基于UHD源码实现的四通道收发实例

1. Introduction

        本次项目所用的PC环境为Ubuntu16.04，USRP型号为 N310。具体的N310设备简介可以参考ETTUS官网的用户手册（https://files.ettus.com/manual/page_usrp_n3xx.html)

图1

如图1所示，USRP-N310共具有四个收发通道，可以同时实现四路信号的收发。从LTE系统开始，MIMO技术已经逐渐开始应用。在未来的5G-R（5G for Railway）系统中也将采用MIMO技术。目前基于USRP的多通道收发范例都是通过Labview实现的，该语言由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但是Labview与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而Labview使用的是图形化编程语言。同时Labview入门较困难，不适合SDR（Software-Defined Radio）初学者，因此推荐使用UHD（ USRP Universal Hardware Driver）范例进行二次开发。UHD范例全部是由C++编写，适合SDR初学者阅读和开发。

2. UHD安装教程

CSDN上可以查找到很多关于UHD安装的资料，此部分不做详细阐述。具体的安装流程可以参考ubuntu16.04下安装uhd与gnuradio

需要注意的是，博主采用的UHD版本是v3.15.0.0,克隆UHD源码后，需要采用git checkout进行分支切换。

UHD github链接

3. 官方实例

UHD范例所在路径如下：XXX/uhd/host/build/examples (XXX为 第2部分中源码所在位置）

图2

本博客的四通道收发范例基于UHD基础范例：tx_waveforms编写，因此先介绍tx_waveforms范例的功能和代码架构。

相关范例的CPP文件在路径: XXX/uhd/host/example下，修改完相应的CPP文件后，需要重新进行 

sudo make

sudo make install

sudo ldconfig

进行编译，编译通过后便可运行相关的范例实例。

uhd_tx_waveforms可以通过USRP实现简单的波形发送（方波、正弦波、斜波等波形），该范例可以通过用户命令行配置，实现振幅、中心频率、带宽、天线等选择、设置。

范例功能：自定义带宽、采样率、频率、天线等参数，进行固定波形发送。

--args arg                指定USRP IP地址

--spb arg (=0)            指定每个buffer的采样数

--nsamps arg (=0)         发送的总采样数

--rate arg                采样发送速率

--freq arg                射频中心频率

--lo-offset arg (=0)         LO偏移频率

--ampl arg (=0.300000012) 发送波形幅值 [0 to 0.7]

--gain arg               射频增益

--ant arg                选择天线端口

--subdev arg             主板选择

--bw arg                 模拟前端滤波器

--wave-type arg (=CONST) 固定波形选择 (CONST, SQUARE, RAMP, SINE)

--wave-freq arg (=0)      发送波形频率

--ref arg (=internal)        时钟源 (internal, external, mimo, gpsdo)

--pps arg                 PPS source (internal, external, mimo, gpsdo)

--otw arg (=sc16)         over-the-wire sample mode 线缆采样模式

--channels arg (=0)       指定数据流传输通道

--int-n                   tune USRP with integer-N tuning （具体功能不太懂，百度可以查到相关论文，貌似是可以降低低频处的噪声信号）

范例的代码架构如图3所示，时间有点紧迫，因此这个框图采用在线软件画的，可能不是很清楚，需要的朋友可以私聊我，可以给你发具体的PDF文件。

图3

• sig_int_handler [ void sig_int_handler(int) ]

此函数可以实现ctrl + c强行结束程序

• po::variables_map vm 、 po::store(po::parse_command_line(argc, argv, desc), vm)、po::notify(vm)

通过调用boost库，可以实现从命令行直接读取参数，对变量进行赋值。

• create a usrp device

uhd::usrp::multi_usrp::sptr usrp = uhd::usrp::multi_usrp::make(args)

通过读取命令行设置的args （usrp 地址）实现对USRP的选择、驱动

• 选择USRP子板

usrp->set_tx_subdev_spec(subdev);

通过读取命令行设置的subdev 实现对USRP子板的选择

• 确定已用通道编号

boost::split(channel_strings, channel_list, boost::is_any_of("\"',"));

C++标准库，boost:split（存储切割结果的容器，要分割的内容，分割条件“\” 将channel list按照分割条件切割，存进channel_strings

• 确定通道总数

利用for循环，channel_nums.push_back(std::stoi(channel_strings[ch])); 将channel_strings转换为十进制放入vector channel_num的尾部，以便后续读取

• 锁定母板时钟

usrp->set_clock_source(ref)

• 设定发送速率 & 实际发送速率

// 输出命令行预设速率

std::cout << boost::format("Setting TX Rate: %f Msps...") % (rate / 1e6) << std::endl;

// 输出实际发送速率

usrp->set_tx_rate(rate);

std::cout << boost::format("Actual TX Rate: %f Msps...") % (usrp->get_tx_rate() / 1e6)

• 设定发送频率 & 实际发送频率

// 预设频率

std::cout << boost::format("Setting TX Freq: %f MHz...") % (freq / 1e6)

// 实际发送频率

利用for循环（ size_t ch = 0; ch < channel_nums.size(); ch++ ），遍历每个通道

usrp->set_tx_freq(tune_request, channel_nums[ch]);

std::cout << boost::format("Actual TX Freq: %f MHz...")

% (usrp->get_tx_freq(channel_nums[ch]) / 1e6)

• 设定发送增益

usrp->set_tx_gain(gain, channel_nums[ch]);

std::cout << boost::format("Actual TX Gain: %f dB...")

% usrp->get_tx_gain(channel_nums[ch])

• 设定模拟前置滤波器带宽

usrp->set_tx_bandwidth(bw, channel_nums[ch]);

std::cout << boost::format("Actual TX Bandwidth: %f MHz...")

% usrp->get_tx_bandwidth(channel_nums[ch])

• 设定天线

usrp->set_tx_antenna(ant, channel_nums[ch]);

• 创建发送数据流 (Create a transmit streamer)

uhd::stream_args_t stream_args("fc32", otw);

// stream_args_t (cpu, otw)

cpu是指内存中的数据格式

fc64 - complex<double>

fc32 - complex<float>

sc16 - complex<int16_t>

sc8 - complex<int8_t>

       otw是指在线缆上传输的数据类型

              sc16 - Q16 I16

          sc8 - Q8_1 I8_1 Q8_0 I8_0

          sc12 (Only some devices)

uhd::tx_streamer::sptr tx_stream = usrp->get_tx_stream(stream_args);

从usrp中提取成员 get_tx_stream赋值给 tx_stream

创建buffer，通过通道间复用buffer实现多通道数据流发送

std::vector<std::complex<float>> buff(spb);

std::vector<std::complex<float>*> buffs(channel_nums.size(), &buff.front());

数据发送模式（先存再发）

利用for循环，向buff里存波表数据

for (size_t n = 0; n < buff.size(); n++) {

                      buff[n] = wave_table(index += step); }

发送数据

num_acc_samps += tx_stream->send(buffs, buff.size(), md)

4. 基于UHD源码编写的四通道实例

本实例是基于标准范例tx_waveforms编写，主要框架与第3部分框架相同，具体的程序逻辑可以参考图3。

本实例修改了部分help提示信息，便于使用者理解，同时代码里也有少量的英文注释。

--file arg 支持发送用户自定义的波形、信号信息。（文件后缀需要为.bin类型）使用者可以采用Matlab生成信号波形，然后经过USRP发送，连接示波器进行性能验证。

--otw arg 代表了线缆上传输的数据类型（Over the wire type)

sudo ./tx_samples_from_file --args "addr=192.168.20.2" --file "zp10M.bin" --rate "15.36e6" --freq "2100e6" --gain "15" --ant "TX/RX"  --channels "0,1,2,3" --otw "sc8" --int-n 4

（实验室的师姐使用该范例验证了Matlab 5G toolbox下的FRC信号，具体的IQ排列可以参考Matlab代码）

图4

终端运行状态：

图5

USRP N310运行状态

红灯亮代表该通道已激活，处在运行状态

图6 N310运行状态图

（范例完整代码将上传Github,但是今天梯子挂掉了，明天换个新的加速器后上传代码）

Github 链接如下：

XXXX

标签：范例,UHD,tx,--,收发,源码,usrp,arg,channel
来源： https://blog.csdn.net/zp54630499/article/details/118497390