基于GNU Radio和HackRF/LimeSDR的802.11收发机

原创 2024-05-09 14:50:28 1w 阅读 AI写同款

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SDR WiFi平台 gr-ieee802-11 软件无线电实现802.11协议 SDR WiFi平台 gr-ieee802-11 软件无线电实现802.11协议。这篇博客主要介绍SDR WiFi平台gr-ieee802-11。据笔者所知，可能因为802.11协议要求的带宽较大，数据速率较大，对SDR平台的性能要求较高，所以较少实现SDR WiFi平台的项目。阅读详情

AI摘要

本文详细介绍了一种基于GNU Radio的802.11a/g/p OFDM接收机实现方案，包括所需硬件如HackRF One或LimeSDR，以及软件环境搭建过程。文章提供了gr-foo和gr-ieee802-11模块的编译安装指导，调整最大共享内存的方法，和几个关键测试案例。

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!

4、编译和运行wifi_phy_hier.grc

本文介绍的内容来自SRIF 2013中的一篇论文：An IEEE 802.11a/g/p OFDM Receiver for GNU Radio。正如题目所示，本论文实现了一个符合802.11a/g/p规范的接收机，当然作者也做了发射机。

SRIF '13: Proceedings of the second workshop on Software radio implementation forum 2013

Second Workshop of Software Radio Implementation Forum (SRIF 2013) - ACM SIGCOMM 2013

802.11大家都非常熟悉了，具体内容可以参见：

IEEE 802.11, The Working Group Setting the Standards for Wireless LANs

IEEE 802.11_百度百科

一、实验硬件软件

硬件---HackRF One或者LimeSDR都可以，拉杆天线或者专门的2.4G/5G/5.8G天线，具体信息参见：

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.231.380979baTZfPmA&id=526187854860&ns=1&abbucket=20#detail

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.27.22b977ffORpxg7&id=555064600966&ns=1&abbucket=8#detail

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软件---Ubuntu运行支持HackRF、Limesdr的环境，gr-foo和gr-ieee802-11模块。

二、编译安装

1、gr-foo安装

如果你用git clone下载最新的gr-foo，可能会由于你电脑中的cmake版本低，导致出现cmake编译不通过的问题。

（1）更新cmake

我之前的cmake是apt-get install的，版本是3.5.1，版本有点老了，然而gr-foo需要至少是3.8的版本。

参照Installing | CMake，更新方法如下：

从Download | CMake下载你需要的cmake源码，这里我下载的是3.17版本的。

./bootstrap
make
sudo make install

注意：当你执行./bootstrap的时候，可能会碰到提示信息，例如<Could Not find OpenSSL>OpenSSL之类的。你就根据提示信息，关闭openssl的选项就行了。具体操作例如

./bootstrap -- -DCMAKE_USE_OPENSSL=OFF

执行完./bootstrap -- -DCMAKE_USE_OPENSSL=OFF之后，

执行完make之后

执行完sudo make install之后，

更新完cmake之后，你再执行cmake --version，就会发现，你的cmake版本已经更新完成了。

（2）gr-foo安装

因为gr-foo针对gnuradio的不同版本（如gnuradio3.7,gnuradio3.8）实现了相应的版本。由于我Ubuntu中的gnuradio版本是3.7的，如果用最新版本的gr-foo，会提示如下<Could not find a configuration file for package “Gnuradio” that is compatible with requested version “3.8”>信息。

关于如何下载github上指定版本代码的方法，请参见：git选择源代码版本的三种方法_cc13949459188的博客-优快云博客_git 选择版本

这里我们使用第一种方法，到gr-foo的github主页https://github.com/bastibl/gr-foo，在Branch这里，我们选择3.7的版本，然后点击“Clone or download”进行下载，下载解压后的文件夹名字是gr-foo-maint-3.7

依次执行以下编译安装命令：

cd gr-foo-maint-3.7
mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install
sudo ldconfig

【注意】：这里的foo他默认安装到了/usr/lical/lib/python2.7/dist-packages/foo文件夹中，后边会提到，这可能会导致GRC Python找不到这个foo，导致出现ImportError信息。解决办法请看本文后边。

正确安装完之后，你的GRC中会出现这个foo模块。

2、gr-ieee802-11安装

在编译安装gr-ieee802-11的时候，同样需要注意选择3.7版本的。否则，如果直接git最新的3.8版本，如果你电脑的gnuradio版本是3.7的话，也会出现以下的<Could not find a configuration file for package “Gnuradio” that is compatible with requested version “3.8”>信息。

同样，到gr-ieee802-11的github主页https://github.com/bastibl/gr-ieee802-11，在Branch这里，我们选择3.7的版本，然后点击“Clone or download”进行下载，

依次执行以下编译安装命令：

cd gr-ieee802-11-maint-3.7
mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install
sudo ldconfig

3、调整最大共享内存

由于transmitter使用Tagged Stream模块，因此它在处理之前必须将完整的frame存储在缓冲区中。由于ubuntu默认的缓冲区空间太小，应用如下命令进行设置：

sudo sysctl -w kernel.shmmax=2147483648

4、编译和运行wifi_phy_hier.grc

这是运行本项目其他grc文件的前置步骤。但是，我在第二个电脑上重新按照本博客的方法来安装后，没有碰到这个问题，所以，暂时先留在这里吧。

【注意】如果不先运行本程序，其它grc（例如gr-ieee802-11-maint-3.7/examples/wifi_rx.grc）会出现missing block。

OFDM PHY：物理层被封装在一个分层块中，以便在GNU Radio Companion中获得更清晰的收发器结构。

用GNU Radio Companion打开/examples/wifi_phy_hier.grc 点击build进行创建，该模块将会安装加载到GRC中。

5、可能碰到的问题及解决方法

我在第二个电脑上重新按照本博客的方法来安装后，没有碰到以下两个问题，所以，暂时先留在这里吧，大家根据自己的实际情况来看，如果你安装完了gr-ieee802-11之后，运行不会碰到以下两个问题，那么就可以暂时忽略不用看这部分。

（1）import foo ImportError No module named foo

这是由于我按照上述cmake make make install的时候，把foo安装到了/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/foo中，导致这时候Python找不到foo，因为Python默认的是从/usr/lib中来寻找的。所以，通过将/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/foo复制到/usr/lib来解决。

解决方法：

sudo cp -r  /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/foo /usr/lib

（2）ImportError：libgnuradio-foo.so: cannot open shared object file: No such file or directory

根据提示信息，定位到是可能找不到libgnuradio-foo.so，从电脑这种查找要一下这个libgnuradio-foo.so的位置，得知它是在/usr/local/lib/文件夹中，把它复制到/usr/lib文件夹中。

解决方法：

sudo cp /usr/local/lib/libgnuradio-foo.so /usr/lib

（3）Xterm executable is missing

暂时可以忽略不管他。

三、测试例子

1、wifi_loopback.grc

在已打开的GRC（在打开的终端中，输入gnuradio-companion来打开GRC，）中运行wifi_loopback.grc，依次点击build和运行按钮后，你会看到类似的结果。

2、wifi_rx.grc

打开wifi_rx.grc，该文件的作者用的是USRP，这里由于我们使用的是HackRF或者LimeSDR，所以需要将UHD Source修改为osmocom source或者LimeSuite Source（Rx）模块。

我这个最近新安装的ubuntu电脑，用hackrf的时候，碰到一个小插曲问题，就是osmocom source模块中的device如果默认什么都不填写的话，会碰到如下问题：

解决方法：在osmocom source模块的Device Arguments栏中，输入：hackrf=0，这是根据osmocom source模块的documentation选项卡中提示的来确定的。【也请大家各自验证一下是否会存在此问题。我记得之前我用osmocom source模块是不会碰到此类问题的。】