Oi Habr.
A
terceira parte descreveu como acessar o receptor SDR usando Python. Agora vamos nos familiarizar com o programa
GNU Radio - um sistema que permite criar uma configuração bastante complexa de um dispositivo de rádio sem escrever uma única linha de código.
Como exemplo, considere o problema da recepção paralela de várias estações FM em um receptor. Usaremos o mesmo RTL SDR V3 do receptor.
Continua sob o corte.
Instalação
Para começar, o GNU Radio precisa ser instalado, o kit de distribuição para Windows pode ser baixado
aqui . Este sistema é multiplataforma, também existem versões para Linux e OSX (parece que o GNU Radio foi lançado com sucesso no Raspberry Pi, mas não posso dar 100% de garantia).
De fato, o GNU Radio é uma estrutura completa para processamento de sinal digital, na qual o programa é "montado" a partir de módulos separados. Há um grande número de blocos prontos, se você desejar, também pode criar seus próprios. Os módulos são escritos em C ++ e o Python interage entre si. Quem desejar pode olhar para a API com
mais detalhes , mas na prática isso provavelmente não é útil - todas as ações podem ser realizadas visualmente no programa GNU Radio Companion.
O sistema está focado no processamento de fluxos de dados, para que cada bloco geralmente tenha uma entrada e uma saída. Em seguida, conectando os blocos no editor, obtemos um sistema pronto. A interface do GNU Radio em si é bastante simples, a dificuldade está em entender o que um bloco está fazendo. Como mencionado anteriormente, o trabalho de baixo nível com SDR possui um alto limite de entrada e requer algum conhecimento de DSP e matemática. Mas consideraremos uma tarefa simples para a qual nenhum conhecimento especial é necessário. Então, vamos começar.
Introdução
Iniciamos o GNU Radio Companion, criamos um novo projeto, selecionamos o tipo de projeto WX GUI, adicionamos à tela e conectamos os dois blocos, conforme mostrado na captura de tela.
Vemos dois tipos de blocos - Fonte (fonte) e Pia (saída, "dreno"). O RTL-SDR é o nosso receptor, a FFT GUI é um analisador de espectro virtual.
A variável Sample Rate está ajustada para 2048000, esta é a taxa de amostragem do nosso receptor. A frequência RTL-SDR padrão é 100 MHz.
Começamos o projeto - tudo funciona, vemos várias estações de FM. O primeiro programa para o GNU Radio está pronto!
Se olharmos para o log, veremos essas linhas.
Gerando: 'D: \\ MyProjects \\ GNURadio \\ top_block.py'
Executando: C: \ Python27 \ python.exe -u D: \ MyProjects \ GNURadio \ top_block.pySim, podemos ver o arquivo top_block.py que o GNU Radio Companion gerou para nós. O verdadeiro Jedi pode escrever diretamente em Python, mas o código necessário, como vemos, é bastante grande. Nós o criamos em 1 minuto.
No entanto, se removermos a inicialização complicada, veremos que não existem muitas linhas de código principais.
from gnuradio import gr from gnuradio.wxgui import fftsink2 import osmosdr class top_block(grc_wxgui.top_block_gui): def __init__(self): grc_wxgui.top_block_gui.__init__(self, title="Top Block") self.samp_rate = samp_rate = 2048000 self.wxgui_fftsink2_0 = fftsink2.fft_sink_c(...) self.Add(self.wxgui_fftsink2_0.win) self.rtlsdr_source_0 = osmosdr.source(args="numchan=" + str(1) + " " + '' ) self.connect((self.rtlsdr_source_0, 0), (self.wxgui_fftsink2_0, 0)) def main(top_block_cls=top_block, options=None): tb = top_block_cls() tb.Start(True) tb.Wait()
Então, basicamente, pode ser escrito manualmente. Mas ainda é mais rápido com um mouse. Embora a capacidade de alterar o código às vezes possa ser útil se você quiser adicionar alguma lógica não padrão.
Receba Rádio FM
Agora tente pegar uma das estações. Como foi visto nas capturas de tela, a frequência central do receptor é de 100 MHz e a largura de banda é de cerca de 2 MHz. No espectro, vemos duas estações, a 100,1 MHz e 100,7 MHz, respectivamente.
O primeiro passo é transferir o espectro da estação para o centro, agora é de 100KHz para a direita. Para fazer isso, lembramos a fórmula da escola para multiplicar cossenos - como resultado, haverá duas frequências, a soma e a diferença - a estação desejada se moverá para o centro, que é o que precisamos (e filtramos o excesso).
Criamos duas variáveis para armazenar as frequências freq_center = 100000000 e freq_1 = 100100000, também adicionamos um gerador de sinal com frequência freq_center - freq_1.
Porque Como o sistema é baseado em Python, podemos usar expressões nos campos de entrada de parâmetros, o que é bastante conveniente.
O diagrama deve ficar assim:
Agora você precisa adicionar vários blocos de uma só vez - reduza a frequência do relógio do sinal de entrada (é 2048KHz), filtre o sinal, aplique-o ao decodificador de FM e reduza novamente a frequência do relógio para 48KHz.
O resultado é mostrado na figura:
Nós consideramos cuidadosamente. Dividimos a velocidade do relógio de 2048KHz por 4 vezes com o bloco Rational Resampler (obtemos 512KHz); depois do filtro passa-baixo, existe um decodificador WBFM com dizimação 10 (obtemos 51,2KHz). Em princípio, esse sinal já pode ser alimentado na placa de som, mas o tom será ligeiramente diferente. Mais uma vez, alteramos a frequência do relógio para 48/51, como resultado, a frequência do relógio será 48,2 KHz, a diferença já pode ser negligenciada.
O segundo ponto importante é o tipo de entradas. Um sinal IQ
complexo (entradas / saídas em azul) é recebido do receptor, um sinal
real é emitido pelo decodificador de FM - as entradas e saídas são amarelas. Se misturado, nada vai funcionar.
Já havia mais sobre Habr , é o suficiente para entendermos o princípio geral.
Em geral, execute, verifique se tudo funciona. Você pode executar o programa e ouvir rádio. Iremos além - ainda temos rádio
definido por software - adicionaremos a recepção simultânea da segunda estação.
Recepção multicanal
O segundo receptor é adicionado pelo seu método de programação favorito - Ctrl + C / Ctrl + V. Adicione a variável freq_2, copie os blocos e conecte-os da mesma maneira.
O resultado é bastante surreal - você pode ouvir duas estações FM simultaneamente. Usando o mesmo método (Ctrl + V), você pode adicionar uma terceira estação.
Record
Ouvir duas estações de maneira original, mas na prática não é muito útil. Faremos algo mais necessário, por exemplo, adicionar gravação de som a arquivos separados. Isso pode ser bastante conveniente - vários canais podem ser gravados simultaneamente a partir de um receptor físico.
Adicione um componente Coletor de arquivos a cada saída, conforme mostrado na captura de tela.
A versão do Windows, por algum motivo, requer caminhos absolutos de arquivo, caso contrário, a gravação não funciona. Começamos, estamos convencidos de que tudo está normal. O tamanho dos arquivos salvos é bastante grande, porque o formato padrão é float. A entrada no formato int deixará os leitores como lição de casa.
Os arquivos resultantes podem ser abertos no Cool Edit e verifique se o som é gravado normalmente.
Obviamente, o número de canais gravados pode ser aumentado, limitando-se apenas à largura de banda do receptor e à potência do computador. Além do File Sink, o UDP Sink também pode ser usado, para que o programa possa ser transmitido pela rede.
Executar a partir da linha de comando
E o último. Se você usar o programa de forma autônoma, por exemplo, para gravação multicanal, a interface do usuário, em princípio, não será necessária. No bloco superior esquerdo de Opções, altere o parâmetro Opções de Execução para Nenhuma UI. Execute o programa novamente, verifique se tudo funciona. Agora salvamos o arquivo gerado top_block.py - podemos apenas executá-lo na linha de comando, por exemplo, em um arquivo bat ou no console.
Se alguém estiver interessado, o arquivo gerado é salvo em um spoiler.
Também é conveniente que o sistema seja multiplataforma e o programa resultante possa ser executado no Linux, Windows e OSX.
Conclusão
Podemos dizer que o GNU Radio é um sistema bastante complicado, não em termos de desenhar blocos, é claro, mas em termos de entender como tudo funciona. Mas fazer algumas coisas simples é bastante viável e interessante. O GNU Radio também é convenientemente usado como um “laboratório virtual” para treinamento - você pode conectar um osciloscópio virtual ou analisador de espectro a qualquer parte do circuito e ver a aparência do sinal.
Se não houver desejos individuais, o tópico da recepção do SDR provavelmente poderá ser encerrado - todos os pontos principais já foram considerados e o número de visualizações da primeira à terceira parte cai
quase exponencialmente (embora você ainda possa escrever sobre a transferência, mas isso exige um custo mais caro " hardware ”para testes que RTL SDR). No entanto, espero que alguma compreensão de como isso funcione permaneça com os leitores. Bem, todas as experiências bem-sucedidas.