软件无线电3-微相E316和HackRF实现FM调制解调

news2024/9/28 19:15:39

前面介绍了基于Matlab、矢量信号器和HackRF One实现射频下的FM调制解调，今天分享的内容是用微相E316替代矢量信号器完成发射工作。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

微相E316和HackRF One实现FM调制解调测试框图如1所示：

图1 微相E316和HackRF One实现FM调制解调框图

Matlab将FM调制基带IQ数据存为IQ文件，上位机通过网口将IQ文件发给微相E316，微相E316将基带IQ数据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。

微相E316的网口和USB口连接计算机，如图2所示：

图2 微相E316和计算机间接线图

微相E316的射频输出用SMA射频线连接到HackRF One的天线接口（或者微相E316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 HackRF One接线图

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4所示，

图4 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 FM调制生成基带IQ信号

查表法实现信号发生器，MATLAB产生DDS，生成FM调制基带IQ数据，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;

2.4 Matlab生成IQ文件

Matlab完成将2.3节里生成的FM调制基带IQ数据存为IQ文件，代码如下：

for i=1:N
   sig(2*i-1)= real(data (i));
   sig(2*i)= imag(data (i));
end
fileID = fopen('WBFM.iq', 'wb');
% 写入数据，'short'指定数据类型为short（2字节整数）
fwrite(fileID, sig, 'short');
% 关闭文件
fclose(fileID);