基于GNU Radio和USRP的认知无线电平台研究

尔伯特（Hilbert）数字滤波器和用于复合或真实信号上变频的数字混频器。这些特点使系统结构从本质上减少了重构和抗混叠滤波要求。

注意到在 RX 板和 TX 板上的 PGA 都是可编程的，也就是说可以通过 GNU Radio调用 USRP 的相关函数来定义的。

（2）FPGA

明白 FPGA 的作用对 GNU Radio 的使用者来说是最重要的。USRP 采用一块型号为EP1C12 PQ240 的 FPGA，等效门数为 65 万门。它就像一个小的，高性能的并行计算机一样，可以完成所需的设计任务。设计 FPGA 需要一些技能，并且如果不慎还会烧坏硬件电路板。这里 USRP 的设计者提供了一个标准的适应性很广的 FPGA 配置。使用者在应用过程中不需做过多改动。

所有 ADC 和 DAC 都是连接到 FPGA 上，这块 FPGA 扮演的是主角，它要进行高带宽数学处理并降低数据速率以便数据能通过 USB 传到 PC 上处理。在接收通道上，FPGA 对 ADC 采进来的数字信号进行数字下变频 DDC，并通过层叠梳状滤波器 CIC 对数据进行可变速率的抽取。在发送通道上，原理是相同的，只不过要反过来进行。因为数字上变频 DUC 是在 AD9862 里进行的，FPGA 对数据进行的是梳状内插。

因为 FPGA 可以并行处理数据，所以 USRP 能实现全双工数据处理，在这种模式下，接收和发送两路是完全互相独立的。唯一需要注意的是收发复合的速率不能超32MByte/s。

FPGA的两个主要功能：将 ADC 采来的中频信号进行数字下变频 （DDC） 变换到基带，并通过层叠梳状滤波器 CIC 对采样值进行可变速率的抽取以符合用户对信号带宽的要求。FPGA 包含有四个 DDC，每个 DDC 有 I 和 Q 两个输入口。ADC 的每一个输出都会被连接到四个 DDC 当中的一个 I 或者 Q 端口当中。这是由 MUX 来决定的。如下图所示，MUX 就像一个路由或者电路交换器，它决定哪个 ADC 输出连到哪个 DDC的输入端，这可以用 USRP 中的内部函数进行控制。

DDC能实现两个作用：首先，它把中频信号下变频到基带信号。其次，对信号抽取使信号速率能被 USB2.0 采用，并与 PC 的运算能力匹配。其结构图见图 3.5：

抽取器可认为是一个低通滤波器，后面紧接一个下采样器。假设抽取倍数是 N。如果我们看数字频谱，低通滤波器选出[-π/N，π/N]的频带，然后下采样器把频谱扩展到[-π，π]。扩展后的频谱成分与原来的频谱成分在[-π/N，π/N]是一一对应的，或者说前者可以准确地表示后者在[-π/N，π/N]的频率分量。所以，这时对扩展后的频谱进行处理等同于对原来信号频谱的处理，但前者的数据流率只有后者的 N 分之一，大大降低了对之后信号处理（解调分析等）速度的要求。

抽取之后的数据都是以 16 位有符号整数的 I/Q 信号形式通过 USB2.0 接口的，结果形成通过 USB2.0 的 8M Sample/s 的复数采样速率（参见下文有关 USB2.0 的说明）。

数字下变频之后，产生的 IQ 信号通过 USB 接口进入 PC，接下来就是软件编程的世界。

在发送路径，情况则是相反的。我们需要发送一个基带 IQ 信号到 USRP 板上。数字上变频器（DUC）会对信号进行修正，通过内插上变频到中频，最后发送到 DAC 进行模数转换。下来的工作交由子板完成，形成 RF 信号进行发送。

(3)前端子板

在母版上有四个插槽，总共能够被两个接收子板和两个发送子板使用，

或者供两个收发子板使用。子板提供RF 接收接口或者调谐器和发送器。这就允许在使用实采样时，每个子板能使用两个独立的 RF 和天线。如果使用复采样，每个子板能使用一个 RF 和天线。通常，每个子板都有两个 SMA 连接口供输入或者输出使用。子板上有一个 I2C的 EEPROM 以便储存子板的标识信息和一些校准信息比如：直流偏置值和 IQ 误差，当子板插到母板上时能够被系统正确识别。

子板有多种类型，分别覆盖不同的射频范围，且具有