软件无线电2：矢量信号器和HackRF实现FM调制解调

news2024/9/20 17:18:27

前面实现了在matlab平台下的FM收发，那么如果将matlab中的数据应用在真实的无线电台中会是怎样呢？于是我们借助矢量信号器和HackRF实现了射频下的FM调制解调。注意本文仅用于科研和学习，私自搭建电台属于违法行为。

1. 概述

整体实现框图如下所示：

图1 矢量信号器和HackRF One实现FM调制解调框图

Matlab完成FM调制后，将FM调制后的基带IQ数据通过网口发送到矢量信号器，矢量信号器将基带IQ转换为射频信号发射，用HackRF One作为接收机接收FM信号，最后使用计算机开源软件SDRSharp监听FM解调后的语音。测试所用矢量信号器如图2所示：

图2 矢量信号器

矢量信号器的射频输出用SMA射频线连接到HackRF One的天线接口（或者矢量信号器的射频输出和HackRF One的天线接口分别接一根天线），HackRF One 的USB接口连接至计算机如图3所示。

图3 矢量信号器、HackRF One和计算机接线

用一根网线一端连接矢量信号器，另一端连接至计算机，如图4所示，用于计算机上Matlab软件通过计算机网口将FM调制后的基带IQ数据导入矢量信号器。

图4 网线连接矢量信号器和计算机

2.Matlab生成FM调制基带IQ信号

2.1Matlab读取语音文件

准备一段wav的语音文件，我用笔记本自带的录音机录制了一段自己的语音“软件无线电小方圆.wav“，MATLAB读取语音文件，并获取采样频率信息。

clc;
clear all;
%% ***************read file*************************************
filename ='./data_source/软件无线电小方圆.wav';
[m,fm]= audioread(filename);% fm = 48e3; %音频的采样率
sound(m,fm);
figure(1);
plot(m);title('原始的语音信号');

我的这段语音数据源采样率48kHz。时域波形如图5所示，

图5 原始语音信号时域波形

2.2 相关参数设置和语音数据源初处理

我是用的载波频率192kHz，载波采样率1.92MHz，代码里类似这些参数大家可以根据自己的需求修改。FM宽带调制最大频偏75kHz。因为FM调制是用基带信号控制载波的频率，即与载波信号数据相乘，所以在这之前，我们需要将基带信号的采样率和长度进行处理，使其与载波信号采样率和长度保持一致，处理代码如下：

fs = 1.92e6; %采样率 载波的采样率
fc = 192e3; %载波中心频率
df = 75e3; %最大频偏  宽带75khz  窄带5khz
kf = (df*2^32/fs)/32767;
AC= 1024;%幅度
dt=1/fs;
m_len=length(m)*fs/fm;%按照载波采样率的长度计算
m_t=zeros(1,m_len);
for i=1:length(m)
    for j=1:fix(fs/fm)
        m_t((i-1)*fix(fs/fm)+j)=m(i); 
    end
end

2.3 生成FM调制基带IQ信号

查表法实现FM信号调制，MATLAB产生DDS，代码如下：

%************************* FM调制 ********************
n=0:1/1024:1023/1024;
s_rom=sin(2*pi*n);
c_rom=cos(2*pi*n);
w_r=0;%相位累加器
rrom_addr=0;%
dac_i=zeros(1,m_len);%I路信号 
dac_q=zeros(1,m_len);%Q路信号
for i=1:m_len
    w_r = w_r + kf*m_t(i);
    if(w_r > 2^32) % 做32位累加器的溢出判断
        w_r= w_r - 2^32;
    elseif(w_r <0)
        w_r = w_r + 2^32; % 负的溢出时
    end
    
    rrom_addr=round(w_r/2^22);%读查找表的地址
    if rrom_addr == 0
        rrom_addr =1;
    end
    dac_q(i)=AC*s_rom(rrom_addr);
    dac_i(i)=AC*c_rom(rrom_addr);
end
data =  dac_i +1i*dac_q;

3.矢量信号器生成FM射频信号

Matlab软件通过计算机网口将FM调制后的基带IQ数据导入矢量信号器，然后由矢量信号器转换为射频信号，代码如下：

%% 导入矢量信号器
download_fs_data = fs1/1e6;
download_save_name='test_signal';
ipaddress='192.167.2.179';
SMB_data_Download(x,download_fs_data,download_save_name,ipaddress);

矢量信号器将网口接收到的基带IQ转换为射频信号发射，步骤如下：

步骤一：用网线连接电脑和矢量信号器，并查询矢量信号器的IP地址，设置电脑IP地址，使其和矢量信号器IP地址在同一网段。

步骤二：设置矢量信号器频率和幅值。

步骤三：在MATLAB里，将上一章生成的FM调制基带IQ信号通过网口导入矢量信号器里，即运行Matlab代码，导入基带IQ数据完成后，会自动开启矢量信号器发送使能开关，矢量信号器循环发送FM信号。