LimeSDR 信号生成发射与接收分析

本文介绍如何使用LimeSDR和GNURadio生成并分析各种信号,包括正弦波、余弦波、方波、三角波和锯齿波。通过SignalSource模块生成信号,QTGUISink模块进行信号展示,osmocomSink模块发射信号,osmocomSource模块接收信号,并对信号进行频域、时域、瀑布图、星座图分析。

本文内容、开发板及配件仅限用于学校或科研院所开展科研实验!

本文利用LimeSDR和GNU Radio生成正弦波、余弦波、方波、三角波、锯齿波等信号,并能够利用设备同步接收这些信号,能够对接收到的信号进行频域、时域、瀑布图、星座图等方面的分析。

原始用例来源于LimeSDR gr-limesdr自带的example

https://github.com/myriadrf/gr-limesdr/tree/master/examples

目录

总程序图

Signal Source 模块(信号源模块)

QT GUI Sink模块

osmocom Sink模块

osmocom Source模块

其他模块

实验实例(三角波信号)


总程序图

如图所示,信号生成与分析的 GNU Radio Companion (GRC)框图程序 (Signal generator & Signal analyzer.grc.grc)。

Signal Source 模块(信号源模块)

模块作用---生成原始低频信号。该模块包括以下几项属性 (Properties),双击该模块可以打开其属性对话框

ID---该模块的唯一ID标识号

Sample Rate---信号源采样频率

Waveform---波形,在这里有 正弦波、余弦波、方波、三角波、锯齿波可以选择

Frequency---信号源频率

Amplitude---振幅

Offset---补偿

QT GUI Sink模块

模块作用---用于显示频域、时域、瀑布图、星座图等相关波形。

osmocom Sink模块

模块作用---信号发射。

Device Arguments必须填写drive=lime,soapy=0

这是通过osmocom Sink模块使用LimeSDR需要的,如果你想替换成GRC中的LimeSuite Sink(Tx)模块也是可以的。

在本实验中需设置的参数有Sample Rate(采用率)、Frequency(频率)、Freq.Corr.(频率偏差)、RF Gain(射频增益),其他参数可根据需要自行选择设置。

osmocom Source模块

模块作用---信号接收。

Device Arguments必须填写drive=lime,soapy=0

这是通过osmocom Source模块使用LimeSDR需要的,如果你想替换成GRC中的LimeSuite Source(Rx)模块也是可以的。

在本实验中需设置的参数有Sample Rate(采用率)、Frequency(频率)、Freq.Corr.(频率偏差)、RF Gain(射频增益),其他参数可根据需要自行选择设置。

其他模块

实验实例(三角波信号)

在本次实验中生成100MHz的三角波信号,并对其接收进行信号分析。生成信号与接收到信号时域分析图:

生成信号与接收到信号频域分析图:

生成信号与接收到信号瀑布图:

生成信号与接收到信号星座图:

### 信号捕获数据采集 LimeSDR Mini 能够在10MHz到3.5GHz的频率范围内进行信号捕获,支持多种无线通信标准,包括UMS、LTE、LoRa、蓝牙、RFID、Zigbee和数字广播等[^1]。通过其双通道发射接收能力,设备可以同时处理多个信号流,适用于复杂的多频段分析任务。使用 GNU Radio 或 PothosSDR 等开源工具链,可以实现信号的实时采集和处理。 ### 信号分析处理 在捕获信号后,LimeSDR Mini 可以结合 GNU Radio 等工具对信号进行深度分析。GNU Radio 提供了丰富的信号处理模块,例如滤波、调制解调、频谱分析等。通过这些模块,可以实现对无线电信号的解码、干扰检测、信号强度分析等操作。例如,可以使用 GNU Radio Companion(GRC)构建可视化信号处理流程图,实现信号的实时分析和可视化显示。 ### 实际应用示例 以下是一个使用 GNU Radio 的简单示例代码,展示如何构建一个信号接收分析流程: ```python from gnuradio import gr, blocks, analog class signal_analysis_block(gr.top_block): def __init__(self): gr.top_block.__init__(self, "Signal Analysis Block") # 参数配置 samp_rate = 1e6 # 采样率 freq = 433.92e6 # 接收频率 gain = 50 # 增益 # 源:模拟信号源 self.src = analog.sig_source_c(samp_rate, analog.GR_SIN_WAVE, freq, 1, 0) # 滤波器:低通滤波器 self.filt = blocks.low_pass_filter(1, samp_rate, 100e3, 10e3) # 沉:音频输出 self.sink = blocks.wavfile_sink('output.wav', 1, int(samp_rate), 16) # 连接块 self.connect(self.src, self.filt, self.sink) if __name__ == '__main__': try: tb = signal_analysis_block() tb.start() tb.wait() except KeyboardInterrupt: pass ``` ### 高级功能扩展 LimeSDR Mini 内置的 FPGA 可编程性允许用户根据特定需求定制硬件逻辑,例如实现特定的信号处理算法或加速某些计算密集型任务。此外,设备支持通过 USB 3.0 接口进行高速数据传输,确保了主机计算机之间的高效通信。结合开源工具链,用户可以实现更复杂的无线电信号分析功能,例如实时 GPS 信号欺骗测试等[^2]。 ### 合规性注意事项 在进行无线电信号分析时,必须遵守相关法律法规,避免非法使用无线电频谱。某些频段的信号发射和干扰可能受到严格监管,未经授权的操作可能违反法律。因此,在使用 LimeSDR Mini 进行信号分析时,应确保所有操作符合当地法规要求。
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