关于 USRP 如何将采样频率设置到硬件达到的最低采样频率以下的问题

本文探讨了如何在X310 USRP中实现水声OFDM通信,针对采样率限制提出上采样和降采样策略,以适应85kHz级载波。通过插值和抽取操作,确保数据在有限采样频率下高效传输。

做什么通信不好非要做水声通信。。。你资料少就少吧还一堆问题。。。得,说正事:

目录

1、发送端上采样

2、接收端降采样


最近在尝试将水声 OFDM 在 X310 中运行,首先遇到的地一个问题就是:虽然 X310 支持DC-6GHz的频率,但其采样频率最低却只能为 195.31 KHz,如下:

诶你说气不气,如果按照这样的最低采样频率来发送数据,那我的载波频率必须得大于 195.31 KHz 才行!这对于水声信道来说频率是真TM高。。。看有些使用 X310 来做水声通信的相关的文章也没有说明到底是怎么使用 85KHz 级的载波发送的数据。。。反过来讲,使用 85KHz 级的载波发送的数据则采样率必然要小于85kHz,这不离谱吗?太不厚道了!后来就开始找资料,终于有点眉目了,链接还是上面那个链接,我给截个屏出来如下:

意思就是可以使用重采样的方法进行数据传输。 以下均为个人见解,实测有效,如有问题欢迎交流~

1、发送端上采样

以OFDM系统为例。在将生成后的基带信号送入USRP(UHD:USRP Sink)中进行采样及乘以载频发送前,对基带信号进行上采样,即插值操作(Interpolation,重采样操作所在位置如图1所示:

图1 插值重采样

图中为5次插值重采样,相当于将原始信号重复了5次。基带信号在进入 USRP 之前是一个个离散的数据,还没有符号间隔的概念,在一定的采样率下,每次采样即处理一个基带数据,这里设置的采样率为 200khz,满足硬件的最低限制。因此这时设为数据时间间隔为 1 / fs,即 1/200k=5us 。如果保持 200k 的采样率不变,则对原始基带信号进行5次插值后进行采样,可以认为原始信号的持续时间变为原来的 5 倍,此时的数据时间间隔为 1 / (fs/5),即 1/(200k/5)=25us 。这时的 等效采样率 就变为了 200kHz/5=40kHz 。这样就完成了继续将第硬件采样率下限的目的!

2、接收端降采样

相反地,在接收端就需要对接收到的数据进行降采样,即抽取操作(Decimation。如图2所示。

图2 降采样

这里进行 1:5 的抽取操作用以恢复出原始的数据数量,另外,抽取后的等效采样率同样变为 200khz/5=40khz ,之后的采样率都按照 40kHz 来设置。注意 USRP 在接收时的采样率仍需保持 200khz。

### USRP 采样率 40M 和 80M 采集 WIFI 信号的可行性分析 USRP(Universal Software Radio Peripheral)是一种软件定义无线电设备,广泛用于无线信号的采集和发射。其采样率的选择直接影响到是否能够正确捕获目标信号[^1]。 #### 1. WIFI 信号的基本参数 WIFI 802.11 a/g 的中心频率为 2462 MHz,带宽为 20 MHz。为了完整地捕获该信号,根据奈奎斯特采样定理,采样率至少需要达到信号带宽的两倍,即 40 MHz。因此,40 MHz 的采样率刚好满足捕获整个 20 MHz 带宽信号的需求[^1]。 对于 80 MHz 的采样率,它远高于信号带宽的要求,可以提供更高的采样精度和更好的频谱分辨率。这有助于更准确地分析信号特性,例如信噪比和相位信息[^1]。 #### 2. USRP 的采样能力 USRP 设备支持多种采样率配置,通常可以设置为 25 Msps、40 Msps、80 Msps 等。具体支持的采样率取决于所使用的 USRP 型号及其前端射频芯片的能力。例如,USRP B200/B210 支持高达 61.44 Msps 的采样率,而 USRP X300/X310 则支持更高的采样率,包括 80 Msps 及以上[^1]。 #### 3. 采样率对信号质量的影响 - **40 MHz 采样率**:能够满足 20 MHz 带宽信号的捕获需求,但可能会因为采样点较少而导致频谱分辨率较低。这种情况下,信号的细节可能无法完全展现。 - **80 MHz 采样率**:提供了更高的采样密度,能够更精确地捕获信号的细节。这对于需要高精度分析的应用场景(如 MIMO 系统或信道估计)尤为重要。 此外,较高的采样率还可能导致数据量显著增加,从而对后续的存储和处理能力提出更高要求。 #### 4. 实际应用中的注意事项 在实际应用中,还需要考虑以下因素: - **外部干扰**:尽管 USRP 能够以高采样率捕获信号,但如果存在外部干扰(如其他 WiFi 信道的信号),可能会影响信号的质量[^1]。 - **时间同步**:多个 USRP 接收器独立运行时,可能存在时间不对齐的问题。这在多天线系统中尤其需要注意[^1]。 - **硬件限制**:并非所有型号的 USRP 都支持 80 MHz 的采样率。在选择设备时,需确认其硬件规格是否满足需求。 ```python # 示例代码:配置 USRP 采样率 import uhd usrp = uhd.usrp.MultiUSRP() samp_rate = 80e6 # 设置采样率为 80 MHz usrp.set_samp_rate(samp_rate) print(f"USRP 采样率已设置为 {samp_rate / 1e6} MHz") ``` ### 结论 使用 USRP 以 40 MHz 和 80 MHz 的采样率采集 WIFI 信号是可行的。40 MHz 满足基本的信号捕获需求,而 80 MHz 提供更高的采样精度和频谱分辨率,适用于需要高精度分析的场景。但在实际操作中,需注意外部干扰、时间同步及硬件限制等因素。
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