GNU  Radio 中OFDM  Tunnel 詳解

OFDM Tunnel 發射部分解讀

下麵以ofdm tunnel為例來解讀一下物理層。Ofdm tunnel的代碼除了在 gnuradio-examples\python\ofdm 目 錄 下 以 外 ， 還 有 一 些 在 gnuradiocore\src\python\gnuradio\blks2impl目錄下。

先來看發射機，如圖3所示。在transmit_path.py中，語句 self.connect(self.ofdm_tx,self.amp,self)

 說明其中包含兩個模塊，ofdm_tx是一個ofdm_mod類，amp是一個乘法器。 進入ofdm_mod類看一下，其代碼在文件ofdm.py中。Ofdm_mod中，數據包首

 先經過一個send_pkt函數，完成MAC包的打包過程。 send_pkt(self,payload='',eof=False)

 然後MAC包被放進一個隊列 self._pkt_input.msgq().insert_tail(msg)

 後麵的ofdm_mapper_bcv模塊從隊列中取出數據包，根據OFDM調製的參數映 射成一個個OFDM symbol，再送到後續模塊，添加preamble，IFFT變換，添加cyclic prefix，最後調整一下幅度，發送出去。這裏想特別提一下的是，在ofdm_mapper 之後是流圖的形式，在這之前是通過一個message queue與MAC層聯係在一起。這 種連接方式使得“異步的”MAC層數據（而且數據包長不定），跟與係統時鍾“同 步的”物理層連接在一起。這種連接方式是一個很好的例子，值得參考。

 OFDM Tunnel 接收部分解讀

 接收機部分如圖4所示。receive_path.py包含了ofdm_demod和probe兩個模 塊。Ofdm_demod顯然就是ofdm接收機部分。而probe是一個信號檢測模塊，當usrp 收到的信號幅度大於門限時，就認為無線信道已經被其他用戶占用。Ofdm_demod類的代碼在文件ofdm.py中，主要分成同步模塊(ofdm_receiver)，解調模塊 (ofdm_frame_sink)，和MAC幀拆包部分。與發射部分類似，物理層與MAC層也是 通過一個隊列self._rcvd_pktq連接在一起的。Ofdm_receiver部分比較複雜，是 用python寫的，完成了幀同步，頻偏估計，頻偏糾正，FFT的功能。ofdm_frame_sink是一個C寫成的模塊，完成了從調製符號到比特的解映射過程。

下麵就詳細介紹一下接收解調框圖中各個模塊的具體作用。

 1）OFDM Receiver 部分。Filter（gr_fft_filter_ccc.cc）模塊完成對 USRP 接收信號的匹配濾波功能；sync（gr_ofdm_sync_pn.py）模塊的主要功能是完成 接收符號的窗口匹配，匹配成功時發送匹配成功標誌給 sampler 模塊；Nco （gr_frequency_modulator_fc.cc）模塊完成細頻偏糾正功能，相當於鎖相環 PLL；Sig_mix（gr_multiply_cc.cc）模塊對接收到的 OFDM 符號進行處理（將輸 入符號相乘後輸出），然後送給 sampler 模塊；sampler（gr_ofdm_sampler.cc）

模塊根據 sync 模塊的匹配標誌信號尋找 preamble，將 preamble 和 data 分離， 並給出二者的邊界標誌，然後把每個幀前麵的循環前綴（Cycle Prefix）去除， 最後將 OFDM 符號送給 fft 模塊，同時發送幀時序信號（Frame timing signal） 給 Frame acquisition 模塊；fft（gr_fft_vcc.cc）模塊對接收到的數據進行 fft 變換後輸出給 Frame acquisition 模塊（當查看 gr_fft_vcc.cc 時，你會發 現 該 模 塊 並 沒 有 做 實 際 的 fft 變 換 ， 而 真 正 的 fft 和 ifft 變 換 在 gr_fft_vcc_fftw.cc 中進行）；Frame acquisition（gr_ofdm_frame_acquisition）模塊接收來自 FFT 的星座映射點向量，使用已知的 pn 碼和接收到的 pn 碼序列進 行比較得到信道增益，然後使用的到的增益修正其後的數據幀，進行相關和均衡。

 2）ofdm_frame_sink（解調）模塊。該模塊接收 OFDM 符號，把他們接映射 成 0、1 比特流數據，再將這些比特流打包發送到接收消息序列，完成從調製的 OFDM 信號到實際發送比特數據的解映射過程。

 3）MAC 幀拆包部分。主要功能是對解映射後的數據(還是幀結構的)進行幀 拆包，最終獲得實際的有用數據信息。

 開發和調試方法

 整個ofdm tunnel 的物理層還是比較簡單的。它模仿了802.11 的物理層， 在不定長的burst 前麵添加一個定長的preamble，依靠這個preamble 完成時間 同步和頻率同步。但它沒有信道編碼，因此抗噪聲性能較差。

 gnuradio-examples\python\ofdm 目錄下，除了tunnel 調用的函數外，還

 有許多其他的函數。這些函數都是程序的開發過程中需要用到的，它們教會了我 們如何一步步的進行程序開發。特別是對於利用GNU Radio 做物理層研發的人來 說，是很好的參考。下麵簡單說明一下。

 ofdm_mod_demod_test.py——用於物理層收發模塊的仿真測試。

 benchmark_ofdm.py——加上MAC 層以後，做收發的仿真測試。

 benchmark_ofdm_tx.py，benchmark_ofdm_rx.py——加上USRP 之後，做單 向收發的測試。分別測試了連續的數據包傳輸，和不連續的突發數據包傳輸。

 當單向傳輸沒有問題之後，就可以實驗雙向的傳輸了：tunnel.py。

 另外，還有一些matlab程序，幫助調試程序。當我們把log標誌設為True時， 就會產生很多.dat文件。這些文件把各個block的輸出都記錄下來：同步之前， 頻率同步之後，FFT之後，解映射之後等等。然後用Matlab程序一一檢查，就可 以發現究竟哪一步出了問題。

 總結這個例子的開發方法，要創建一個自定義的無線連接程序，

 第一步：用Matlab寫一個物理層收發程序，設計各個功能模塊，確定參數等。

 第二步:用GNU Radio寫一個不包括USRP 的收發程序，與Matlab程序一致， 方便把GNU Radio中的數據導入Matlab 中調試。

 第三步:當物理層沒有問題之後，再添加MAC層。

 第四步：加入USRP。先調試單向通信，再調試雙向的。