用USRP设备接收高频信号

简介

3和30 MHz 电磁波谱通常被称为高频波段。由于这一波段信号的传播特征，高频通常被用于远程超视距通讯。Ettus Research USRP™ （通用软件无线外设）是用高频通讯进行试验的理想选择，因为它可以直接对整个高频波段进行采样。LabVIEW™, GNU Radio, Simulink™及其他软件框架也支持USRP 软件定义无线电。运用USRP硬件及可用的软件，可在几个不同的应用区域进行试验：

• 全球短波电台广播 接收

• SSB, CW, RTTY及其他模式下的双向语音及数据通讯。

• 国际定时广播

• 科学目的,包括电离层特性和太空天气

教育工作者、业余无线电操作者、军队及很多其他类型的用户可能会很感兴趣。

硬件

本笔记中，USRP N200 是和LFRX子板一起使用的。USRP N200 包括100 MSPS, 14-bit ADC和一个 400 MSPS, 16-bit DAC。接受和传送方向的复杂基带信号可同步达到25 MSPS。LFRX子板应用两个高速可操作放大器从SMA 连接器提供两种不同的信号。这些信号可以经过USRP无线设备当作通频带信号进行处理，或者结合形成一个复杂基带信号。这种可操作的放大器可装置成一个带30 MHz截止频率的低通滤波器。如果在复杂基带模式下使用，可提供高达60MHz 的带宽。低通滤波器的频带宽度内，LFRX 从

SMA连接器上将单位增益提供给ADC。软件无线电的ADCs（高级国防通讯系统）提供一个相对高的噪音指数，大约为20-30分贝。为了提高接收机的总体噪音指数，集成一个外部低噪音放大器。在这个实验中,低噪声放大器安装在同轴上输入到USRP.。理想情况下，LNA,应该直接连接到天线上。幸运的是,在这样的频率下，电缆的损失很小。除了外部放大，不同的过滤器用于提高整体的选择性和接收机的动态范围。尽管LFRX拒绝超过30 MHz的信号，但多余的过滤会带来带内及带外端口的额外衰减，这样就比高频波段可能收到的微弱信号要强的多。端口的例子包括调频和调幅广播，电视广播等等。这些信号由数百千瓦电产生并且在接收机一百公里内。这样，就比我们准备接收的数千公里外的高频信号还要强的多。

表1所示的是该装置所用的过滤器及它们通过的频率。DC-32 MHz 过滤器应用灵活性最大，但也让强的带内干扰通过从而减少了接收机的动态范围。SBP-30+过滤器–27完成的最佳结果是产生了几个感兴趣的信号，包括业余的10米频带，电缆布线的级联型噪音指数，, BPF, LNA 和USRP硬件约为14分贝。高频大气噪声比自然界 热杂讯层高很多，因此很低的噪音指数一般没什么作用。

表1 测试过滤器

其中一个过滤器的图片和此装置中用到的LNA 如表1所示

表图1 高频  BPF与宽带LNA相结合

为了轻松快速的实验，Ettus Research实验室屋顶的天线用于此实验中。这是一个盘锥形天线，主要用于50 MHz和1 GHz 之间的操作。尽管这种天线不能优化用作高频接收，但仍远远能够接收有趣信号。

软件

为了展示灵活性，实验要求多种模式转换下低时间投入，GNU软件无线电用于进行有必要接收的电子信号进行处理，解调和显示感兴趣的信号。由OZ9AEC, Alexander Csete设计的改装版SSB接收器应用于此实验，进一步证明了USRP 无线电操作者可以从开放资源环境中受益。Csete’s

GNU无线电组件经修改后用于 UHD（通用软件无线电外设硬件驱动器）资源，对所有USRP 模型的使用具有最大的灵活性。

最后的流程图（可从Ettus Research website（网址）上下载）如图2所示。鉴于屏幕尺寸分辨率，流程图的某些图形组件被截断了，但主要DSP模块都是可见的。

图2 ——简单GRC 流程图。此流程图用于展示高频接收机的性能。由于屏幕分辨率有限，有些处理模块被剪掉了，但最重要的模块还是有显示的。

实验

如前所述，高频带提供对世界各地各种信号的访问。此实验过程中接收到的信号包括业余无线电操作者、英国及南美洲的短波广播、不同频率高频带内测试传播的灯塔。表2的接收器应用程序截图见表3和表4。表3所示的是上——边带(USB)语音传输。表4展示的是来自于W6WX灯塔的CW 广播接收。象征符号（圆点和线条）在瀑布图中清晰可见。地图中显示的接收传输的几个地点如下。

表3——50 kHz FFT和带USB应用过滤器的瀑布图。这就显示了带瀑布图的FFT语音/音频。USB 在1.5 kHz 和~2.6 kHz宽带中应用。强大的连续波载波FFT(左)所示很容易被大衰减的软件定义过滤器拒绝。

表4——软件定义无线电应用展示的是连续波接收有1 kHz 抵消。

瀑布图FFT档计数显示页面被降低以拓宽连续波信号的出现以便更好的显示窄连续波的音调。穿过瀑布图FFT的时间域可以看见圆点和线条。

有趣的是，即使实验中用不理想的天线，也能从2347公里远的地方接收到信号。显然，当这套装置配备上高频天线后，会有更好的性能。接收到的站点图如图5所示。图6展示的是10米频带的高水平通讯，当频带开通时，会提供很多有趣信号。这是250千赫的频谱中的一个频段。接收到的更多信号中有很多，USRP 无线电带宽内的未在USRP.中显示。USRP硬件能数字化和传递25 MHz 的高频带到主机上。

图5 展示的是从第一高频实验中某些接收到的站点位置

图6 250 kHz FFT 带更宽宽带图的截屏展示的是250 kHz.频率下的几个信号。有更多在此FFT宽带外部。以10米的速率,这种高水平的活动提供了许多机会来接收不同的站点。最佳结果是用过滤器完成的，可提供业余的10米频带访问。在这个特定应用程序中，这个10米频带也是很有趣的，因为它允许科技人员和新手类运营商访问高频。所有其他高频带都需要一个一般的或者额外级的证件，这也在高频范围的上端，这就为手机操作提供了更低的波长和更短的天线。

下载流程图和资料单

如果你想创建此接收器，显示单项制造商的资料单如下图所示：

表2——高频接收器资料单

*SPB-30+ BPF 推荐用10米操作

建议用已调天线进行带操作

值得注意的是 添加了一个高频放大器，一个天线开关和简单软件更新，将此装置转换为一个双向通讯广播。此流程图的GRC 文件可在此查看：

http://files.ettus.com/app_notes/hf_rx/ssb_rx.grc

用户的其他注意事项和选择

当USRPN200 用于此发展中时，UHD应用其他USRP模型提供灵活性，包括USRPB100,USRPE100/E110嵌入式模型或者USRP1无线电。USRP1 andUSRPB100 是用户寻找低成本方案的理想选择，而E100/E110 对于那些想用一个嵌入或者独立装置的用户是很有趣的。将E100/E110 用作带主板、监视器和内外音频的全功能PC是有可能的。

另外，过滤器和放大器的选择是基于EttusResearch 实验室的可用性。在高频范围内，有可能找到适用于特定频带的过滤器和放大器。微型电路 是这些组件的一个很好的 通用资源。

如前所述，这种设置将对高频操作的天线设计有益。然而，接受性能和接收合同的范围仍然很重要。用户可以购买天线，建立一个或者用一个可用的。

结论

此应用笔记展示了一个带Ettus Research USRP软件定义无线电的简单的高频接收机和少量的外部组件。GRC 流程图用于解调不同类型的信号包括SSB, CW 和AM。超过2000英里可观距离接收信号。如果你对此应用笔记仍有任何疑问，请发送至support@ettus.com。

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