Tutorial 1 : Introduction to GNU Radio and Software Radio

> 其实么，不准备翻译这个的，因为确实这一节废话比较多，但是呢，为了完整性，所以还是花了点时间稍微翻译了一下。所以不细致的地方勿喷。

# GNU Radio和Software Radio的介绍

## 什么GNU Radio?

GNU Radio是一个能够使用户独立设计、仿真、部署高性能的无线电系统。它是一个高度模块化、面向流程图的架构。这让我们可以可容易理解处理过程，并用来解决复杂的信号处理问题。

GNU Radio目前已经有许多方面的应用，比如音频处理、移动通信、卫星追踪、雷达系统、GSM、DRM等等。

它自身并不需要特定硬件平台的支持。它也不为特定的无线电通信标准（例如，802.11，ZigBee，LTE等）提供开箱即用的应用，但是它可以（并且已经被）用于开发基本上任何频带限制通信标准。（这段来着谷歌翻译）

## 为何需要GNU Radio?

以前，开发无线通讯设备时，工程师不得不开发特定的芯片来编码或者解码特定的发射信号，还要给这些东西debug

Software-Defined Radio(SDR)，即软件无线电，采取模拟信号处理，并且在屋物理和经济可行的情况下，将其移动到计算机上处理无线电信号。

当然，你可以在从头开始编写的程序中使用计算机连接的无线电设备，根据需要连接算法以及自己移入和移出数据。但这很快变得麻烦：为什么要重新实现标准过滤器？为什么你必须关心数据在不同处理块之间如何移动？使用高度优化和对等处理的实现方式不是比自己写更好吗？你又如何使你的程序在多核架构上运行流畅，但在嵌入式设备上也同样运行良好并消耗很少的功率？

GNU Radio是专用于为商用计算机写信号处理程序的框架。GNURadio提供了许多可复用的模块和标准算法库，并对大量通用平台进行了高度优化，因此其具有很高的扩展性。它还自带了许多例子，以供新手开始学习。

## 数字信号处理

作为一个软件框架，GNU Radio致力于数字化信号，使用通用计算机来实现通信功能。

### 一个小小的信号理论
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数字信号处理需要处理的信号是数字的。但是什么是数字信号。为了更好的理解，让我们看一个普通的信号场景：用一个手机记录声音。

物理上，人说话会产生一个声信号。在这个例子中，由人的声带振动会对空气产生压力，这个压力呢，还是时变的，这样的一个东东，就是可以被定义成信号。（这段什么鬼，，不是废话么。。就是给小白看的。。）

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5848f982ab64413781029a70)

当声信号到达耳机时，耳机会将这个时变的信号转化为电信号，可以用幅度来表示其大小。

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5848fa82ab6441703200e6fe)

现在有了电信号，此时，它还是一个模拟信号。计算机呢，现在还处理不了它，所以呢，我们还得将其转化为数字信号。至于什么事数字信号呢。看下面这个图就明白了。

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5848fb0bab6441703200e709)

这个过程就是要对模拟信号进行采样，得到一个数字序列。这个工作一般由ADC来完成。现在AD转化之后就有了数字信号，然后就可以处理该信号了，包括但不限于应用数字滤波器、压缩、发射、识别。

### 将DSP应用到无线电发射
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同样的原理可以被应用到无线电。

一个电磁波，可以通过天线转化成时变的电压。

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5848fc37ab6441703200e7c7)

这个电信号通常是已经用MHz和GHz的载波调制过了。

用不同的接受设备（比如，[Superheterodyne Receiver](http://en.wikipedia.org/wiki/Superhet)），[Direct Conversion](http://en.wikipedia.org/wiki/Direct_conversion_receiver，[Low Intermediate Frequency Receivers](http://en.wikipedia.org/wiki/Low_IF_receiver))处理。

## 一种模块化的流程图方法来处理数字信号

将单独的信号处理阶段（filtering, correction, analysis, detection...）当做模块处理，这样会使得流程非常直观。

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5848fe2fab64413781029b2c)

创建一个信号处理应用时，也就是在创建一个完成的图。GNU Radio中我们称作 flowgraph。

![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5848fe78ab6441703200e803)

GNU Radio是一种开发这些processing blocks和创建flowgraph的框架，

使用GNU Radio，你可以将已存在的blocks植入到flowgraph中去。GNU Radio会自动的处理模块之间的数据传输。

GNU Radio自带许多blocks。比如下面这些：

1. Waveform Generators 
    * Constant Source
    * Noise Source
    * Signal Source
    * ...
    
 2. Modulators 
    * AM Demod
    * Continuous Phase Modulation
    * PSK Mod / Demod
    * DPSK Mod / Demod
    * GMSK Mod / Demod
    * QAM Mod / Demod
    * WBFM Receive
    * NBFM Receive
    * ...
    
 3. Instrumentation 
    * Constellation Sink
    * Frequency Sink
    * Histogram Sink
    * Number Sink
    * Time Raster Sink
    * Time Sink
    * Waterfall Sink
    * ...
    
 4. Math Operators
    * Abs
    * Add
    * Complex Conjugate
    * Divide
    * Integrate
    * Log10
    * Multiply
    * RMS
    * Subtract
    * ...

5. Channel Models 
    * Channel Model
    * Fading Model
    * Dynamic Channel Model
    * Frequency Selective Fading Model
    * ...
    
 6. Filters
    * Band Pass / Reject Filter
    * Low / High Pass Filter
    * IIR Filter
    * Generic Filterbank
    * Hilbert
    * Decimating FIR Filter
    * Root Raised Cosine Filter
    * FFT Filter
    * ...
    
 7. Fourier Analysis
    * FFT
    * Log Power FFT
    * Goertzel {{collapse(Resamplers)
    * Fractional Resampler
    * Polyphase Arbitrary Resampler
    * Rational Resampler {{collapse(Synchronizers)
    * Clock Recovery MM
    * Correlate and Sync
    * Costas Loop
    * FLL Band-Edge
    * PLL Freq Det
    * PN Correlator
    * Polyphase Clock Sync
    * ...

使用这些模块，许多标准任务，像归一化信号，同步，测量和可视化都能够通过连接合适的blocks去完成。

同样，你可以编写自己的blocks，结合已经存在的blocks提供新的功能。或者你可以开发出自己的blocks处理输入输出数据。

逆风起笔