USRP是GNU Radio最重要的硬件“伙伴”。與GNU Radio軟件相同，USRP也是完全開放的，其所有的電路圖、設計文檔和FPGA代碼均可從EttusResearch的網站下載。基于G1、radio和USRP的組合，用戶可以構建各種具有想象力的軟件無線電應用。

一套USRP由一快主板(Motherboard)和最多四塊子板(Daughter Board)搭配構成。主板的主要功能為中頻采樣以及中頻信號到基帶信號之間的互相轉換。子卡的功能在于射頻信號的接收／發送以及到中頻的轉換。子卡有多種類型，分別覆蓋不同的射頻頻譜范圍，且具有不同的收／發能力和增益。

4．1? USRP主板

主板主要由以下幾個部分構成：

1)AD／DA芯片
USRP采用兩塊Analog Device的AD9862芯片，每塊可分別提供兩路12bit、64MSample／s的AD變換和兩路14bit、128MSample／s的DA變換。那么一塊主板可提供4路模擬轉換器(ADC)和4路的數字模擬信號轉換器(DAC)，也即收／發各兩路的復采樣。此外DAC單元還集成了數字上變頻(DUC)功能。

2)FPGA
FPGA有兩個主要功能：將DAC采來的中頻信號進行數字下變頻(DDC)，變換到基帶，并通過層疊梳狀濾波器(of)對樣值進行可變速率的抽取以符合用戶對信號帶寬的要求。FPGA中同時也實現了針對DAC的插值率波的功能；另一個功能是作為路由器協調適配各路ADC、DAC和USB 2．0接口之間的數據交換。

3)USB 2．0接口
USRP采用USB 2．0接口與PC機連接。最高可達到32MByte／s的數據傳輸速率。如果AD和DA分別采用12bit和14bit的采樣精度，那么每個實采樣點占用2Bytes，每個復采樣點占用4Bytes。如果以一路復數采樣進行單收或單發，則最高可達到32M／4=8M?復采樣每秒，即最高發送或接收8MHz帶寬的信號。如果用8bit采樣，則最高可收／發16MHz帶寬的信號。ADC和DAC始終分別以64M和128M?的速率進行采樣，用戶實際獲得的采樣速率是通過設置抽值率或插值率得到的。

4．2? USRP子卡

USRP的子卡有如下幾種：
USRP是GNU Radio最重要的硬件“伙伴”。與?1)Basic TX、Basic RX：這兩種子卡沒有中頻與射頻間的頻譜變換，僅僅提供主板上中頻信號與天線間的接口。盡管如此，由于ADC和DAC可進行帶通采樣，仍然可支持2MHz~200MHz的載頻。

2)TVRX：可覆蓋50MHz一800MHz廣播電視頻段的接收子卡。
3)DBSRX：可覆蓋800MHz~2．4GHz的接受子卡。
4)RFX400、RFX900、RFX1200、RFX1800、

RFX2400：這些子卡均為支持雙工，可分別覆蓋400Ⅻ?z 500?、800?忸z一1000 m?z、1150 m?z一1450MHz、1．5MHz一2．1MHz、2．3MHz一2．9MHz頻段。

4．3? USRP的原理

主板上共有4個子板接口，可支持兩路并行的發送或接收。整套USRP的原理如圖1所示。

5、GNU Radio安裝

同多數基于Linux的軟件一樣，GNU Radio需要在將其源代碼編譯、安裝之后方可運行。源代碼可從網站．org／trac／wiki?獲得，GNURadio采用SubVersion工具管理全球各地志愿者對代碼更新和擴充，用戶利用客戶端工具SVll可隨時從網站上下載GNU Radio代碼的最新版本。在編譯安裝GNU Radio之前，必須首先安裝一些所依賴的軟件庫，?主要有SWIG、FFTW、cppunit、numarray、Numric和wxPytholl。分別為GNU Radio提供C++與Python互操作性、快速算法和圖形界面等方面的支持。這些軟件同樣也是開源的，可分別從互聯網上下載安裝。GNU Radio的網站上有詳細的軟件編譯安裝方法，此處不再贅述。

USRP的安裝須要在軟件安裝完畢后進行。首先在主板上插上所需子板，然后按順序接駁穩壓電源、直流輸入和USB 2．0連接線，接著就可利用GNU Radio軟件包中自帶的實例程序初步體驗GNU Radio了。GNU Radio提供了豐富的例程可供嘗試，其中包括FM、AM?廣播接收、信號發生器、信號頻譜和波形顯示，GMSK?／QPSK／BPSK信號收發、USB 2．0接口測速等等。其中usrp_fR．PY是一個可顯示出指定頻率附近信號頻譜的腳本。

6、GNU Radio的應用舉例

這一部分將對基于GNU Ra dio已經成功實現或者正在開發中的應用進行介紹，以期使讀者對GNU Radio的功能有一個更直觀的認識。

1)MIMO(Multi—In Muti—Out)

USRP已經為多天線應用做好了準備。一套USRP即可實現雙天線的發送或接收，如果要進一步增加天線數量，可通過將多套USRP同步起來加以實現。此時需要對電路做一些改動(改變幾個電阻和電容的位置)使多塊主板和子板之間達到時鐘同步和相位相關。

2)數字高清電視接收

用一塊MCA020 AD卡采集數字高清電視的信號，在PC上進行解調、解碼和播放。受PC機的運算能力所限，目前還不能實時的收看，因此先將原始信號采集并保存在硬盤上，待采集完畢后再進行解調和解碼，生成可播放的視頻文件。

3)TDMA和TDD

目前的GNU Radio和USRP尚不支持TDMA多址方式和TDD的雙工方式。Eric Blossom?和Matt Ettus以及BBN Technology公司正在對GNU Radio軟件體系以及USRP中的FPGA代碼進行改進和增強，通過為采樣數據加上時間戳，可以對采樣流進行更精確的時間控制，從而實現TDMA?和TDD。

7、結束語

GNU Radio可以被理解為開源軟件的自由精神在無線領域的延伸，開放性和低成本是其最大的優勢。低成本使得技術人員以及資金不那么充裕的研究機構可以像購買PC機一樣擁有一套能自由進入頻譜空間的軟硬件系統，從而為更廣泛的技術創新打下基礎。在GNU Radio的郵件討論組中每天都有來自世界各地的用戶對各種相關技術問題的討論，這些用戶包括學生、大學教師、軟硬件工程師、無線工程師、業余無線電愛好者，而這些人正是推動技術進步的主力。

GNU Radio的開放特性也是其具有廣泛吸引力的重要因素，同時也是其生命力的源泉。由于代碼和技術資料完全開放，人們可以了解到其運作的所有細節，并可自由地對其進行修改和開發。在這種開放的氛圍之下，人們取得的知識、成果可以得到充分的交流共享，更有益于創新。

自組織網絡、頻譜自由動態分配、可重配置智能終端是目前無線通信領域幾大熱點，不難看出，基于GNU Radio和USRP可以快速地設計出終端原型，因而在這些領域的研究中具有相當的潛力。盡管目前GNU Radio在最大頻帶寬度、PC處理能力以及軟件的易用性方面受到一定限制，但相信隨著技術的進步，G 7 Radio必將在無線領域的技術創新中扮演更加重要的角色。

參考文獻

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