【正文】 .............................. 11 、 互換等效性 .......................................... 14 、重采樣 ............................................... 15 、 FIR濾波器的概念與結(jié)構(gòu) ..................................... 16 、濾波器的信道化選擇 ........................................ 18 、多相濾波結(jié)構(gòu)的作用 ........................................ 19 四、 GNURadio 的多相濾波器系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) ............................ 20 、 GNR Radio 多相濾波器的基本組建 ............................. 20 、基于 GNU Radio 設(shè)計(jì)多相濾波器設(shè)計(jì)流程圖 .................... 21 、相濾波器的設(shè)計(jì) ............................................ 22 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ....................................................... 26 六、總結(jié) ........................................................... 29 參考文獻(xiàn) ........................................................... 30 3 致謝 ............................................................... 31 一、引言 、軟件無(wú)線 電的介紹 軟件無(wú)線 電 （ Software Defined Radio） ：是無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)的新概念，即是采用現(xiàn)代軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)控制傳統(tǒng)的“純硬件電路”無(wú)線通信。而且軟件無(wú)線電是用 DSP 器件來(lái)替代數(shù)字電路，這樣，系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)和硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立，整個(gè)系統(tǒng) 就能基于一個(gè)通用、開(kāi)放的硬件平臺(tái)，利用各種軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種不同的通信功能，并通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作頻率、調(diào)制方式、系統(tǒng)寬帶的選擇，極大地提高了系統(tǒng)的靈活性。雖然 GNU Radio的主要功能不是用來(lái)模擬仿真的，但是在沒(méi) 有硬件情況下，使用預(yù)先生成的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行信號(hào)處理研究。類(lèi)似的，在發(fā)射通道，數(shù)字信號(hào)由代碼處理計(jì)算生成，再由 DAC 將其轉(zhuǎn)為模擬信號(hào)，最后再?gòu)?RF 前端發(fā)射出去。同時(shí)，在 GNU Radio 進(jìn)行擴(kuò)展也比較容易，如果發(fā)現(xiàn)缺少一個(gè)特定的block，可以快速編寫(xiě)創(chuàng)建，然后添加它。編輯源列表，將原來(lái)的內(nèi)容刪除，添加你需要用到的源，復(fù)制到列表中，保存列表。amp。“ $./” 。 如圖所示 圖 原始信號(hào) [2] 11 圖 無(wú)混疊 [2] Nyquist 采樣理論只是討論了頻譜在（ 0， fH）上的信號(hào)采樣問(wèn)題，但當(dāng)信號(hào)頻率分布 帶寬為 B 的 有限的頻帶（ fL , fH）上，又該如何對(duì)待呢？ 這就提出了帶通采樣定理：頻率帶限信號(hào) x（ t）， 帶寬為 B,頻帶限制在（ fL ， fH ）內(nèi)，那么采樣速率 fs 滿足 fH=2 1k2 f4k2 ff o??? LH 式 （ ） 式中， f0 為中心頻率， k 滿足 fs ≥ 2（ fH — fL）最大正整數(shù)（ 0,2,3? ），這樣 fS 進(jìn)行等間隔采樣所得的信號(hào)采樣值 x（ nT ）能準(zhǔn)確地確定原信號(hào) x（ t）。 較為復(fù)雜的是將減采樣和增采樣應(yīng)用在同一個(gè)信號(hào)處理過(guò)程，此時(shí)，獲得的采樣率的改變率為 P/Q，更為復(fù)雜的技術(shù)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)緩慢時(shí)變或者是任意比值的采樣率變化。事實(shí)上，我們將重采樣器與濾波器相結(jié)合，利用特性用輸出采樣率上的一個(gè)單位延遲來(lái)取代輸入采樣率上 D個(gè) 單位延時(shí)。 圖 重采樣 、 FIR 濾波器 的概念與結(jié)構(gòu) 根據(jù)濾波器的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以將數(shù)字濾波器分為有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)（ FIR）濾波器和無(wú)限長(zhǎng)脈沖響應(yīng)（ IIR）濾波器。 采用窗函數(shù)去設(shè)計(jì) FIR 濾波器的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，容易理解，根據(jù)窗函數(shù)的表達(dá)式，能夠容易求出窗函數(shù)的的 N 個(gè) w（ k）（ k=0,1,2? N1） ,然后用這些數(shù)據(jù)和理想的沖激函數(shù)相乘就可以得到實(shí)際的濾波器的沖激函數(shù) h（ k）。 圖中每個(gè)信道的輸出數(shù)據(jù)率已經(jīng)降成原來(lái)的 K倍，但由于 K 個(gè)信道，所以對(duì)于整個(gè)模型來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)率并沒(méi)改變， 2GHz 頻段分成 8 個(gè)信道，就是將 2G 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成 8 路 250MHz 的數(shù)據(jù)，所以取任一路信道輸出時(shí)，就能夠?qū)崿F(xiàn) 8倍的降數(shù)據(jù)率。按以下目錄重新整理和改寫(xiě)： GNURadio 的多相濾波器設(shè)計(jì)方案的整體思路 （ 1） 結(jié)合圖 ，講清楚 多相濾波器 設(shè)計(jì)方案 要實(shí)現(xiàn)的目的是什么。需要注意的是，濾波器的抽頭數(shù)應(yīng)該根據(jù)抽取之前的采樣率 。 GNU Radio 程序代碼第一行基本都是 !/usr/bin/env python 這一行放在腳本的開(kāi)頭處并且給此文件一個(gè)可執(zhí)行模式，這樣就可以直接執(zhí)行 Python 腳本文件。 ? “ eng notation”模塊能夠給使用者標(biāo)記帶來(lái)方便，它是按照工程慣例來(lái)賦一些常量字符或者是常量字。 （ 3） 、 使用“ ”去產(chǎn)生信號(hào)源，其中前綴 c 表示信號(hào)源的類(lèi)型是復(fù)數(shù)型，“ ”決定了信號(hào)源波形類(lèi)型為正弦波。 需要注意以下代碼： ? = (1, , bw, t_bw, attenuation_dB=100,window=) 這是利用加 25 窗處理方法設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，其中第一個(gè)輸入是過(guò)濾器整體增益，采樣率，帶寬和過(guò)渡帶寬這些都 前面都有設(shè)置參數(shù)，而過(guò)渡帶寬和所需的阻帶寬度的歸一化寬度就是設(shè)置該濾波器組的抽頭數(shù)量，并且，抽頭越多，濾波器的衰減就更多，這里指定使用帶外衰減 ATT。 26 五 、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 這個(gè)設(shè)計(jì)仿真的參數(shù)：采樣率 160KHz， 10 個(gè)信道，每一個(gè)輸出了 16KHz 的帶寬和采樣率，抽頭數(shù)為 455 個(gè)，每個(gè)信道有 46 個(gè)抽頭。該軟件使用歷史比較短，國(guó)內(nèi)缺乏比較成熟的資料，而且，軟件版本更新 速度快 ，安裝過(guò)程中會(huì)遇到因?yàn)榘姹径袛喟惭b的情況。 參考文獻(xiàn) [1] Eric Blossom .GNU Radio :探索無(wú)線電的工具 [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2020. 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[8]徐燕，孫麗華 .利用抽取法提高采樣率的濾波器設(shè)計(jì) [D].江西：南昌大學(xué)，2020. 致謝 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的前期準(zhǔn)備和專(zhuān)心寫(xiě)作，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文已經(jīng)接 近尾聲，在此，我衷心地感謝我的指導(dǎo)老師黃高飛老師，從課題的選擇到論文的最終完成，黃老師都用 親切關(guān)懷和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度給我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。 在設(shè)計(jì)和寫(xiě)作的過(guò)程中，我閱讀很多文章，并且引用作者的一些觀點(diǎn)，在此要感謝他們。完成第一步后，那么如何快速地使用 GNU Radio 呢？該軟件是 Python 和 C++兩種語(yǔ)言相結(jié)合進(jìn)行編寫(xiě)，Python 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)高級(jí)的處理，圖形界面和其他一些對(duì)運(yùn)算性能要求不高的功能，而 C++是用于信 息處理模塊的編寫(xiě)， 我通過(guò)對(duì)書(shū)中教程例子，通過(guò)對(duì)代碼的逐行學(xué)習(xí)，整體了解了如何編寫(xiě) C++模塊和 Python 是如何連接這些信號(hào)處理模塊。 這樣，濾波器的運(yùn)算速度就從原來(lái)的 Fs*N，變成了（ Fs*N） /D2，極大地減少濾波器的運(yùn)算 ,特別是信道數(shù)越大，減少越明顯。 ? = (, ) 構(gòu)建信道化多相濾波器（輸出輸入為復(fù)數(shù)型 ，抽頭數(shù)為浮點(diǎn)型）這可以簡(jiǎn)化接口，并通過(guò)允許單一的輸入數(shù)據(jù)流連接這個(gè)模塊，然后，它會(huì)輸出一個(gè)數(shù)據(jù)流給每個(gè)通道。 當(dāng)信號(hào)源設(shè)定結(jié)束后，就開(kāi)始對(duì)信號(hào)源進(jìn)行信道化處理，也就開(kāi)始了流程框圖的信號(hào)處理模塊。 最后，需要強(qiáng)調(diào)的是，以上導(dǎo)入模塊包含了可執(zhí)行語(yǔ)句還有函數(shù)和類(lèi)的定義，模塊被導(dǎo)入后那些可執(zhí)行的語(yǔ)句就會(huì)立即執(zhí)行。我們作為模塊的使用者，就可以利用“ ”來(lái)使用模塊的函數(shù)和全局變量。系數(shù)的設(shè)置和抽取器相似。 （ 2）這個(gè)測(cè)試設(shè)計(jì)方案 用到了什么組件，各個(gè)組件的基本作用要大致描述；