基于树莓派的数字无线电接收机

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1，作品描述
    本设计结合自制的射频扩展板，旨在将树莓派打造成一台软件无线电接收机。与一般的硬件输出iq数据+上位机处理不同，本作品结合开源项目openwebrx，树莓派充当初级iq数据处理机+webserver，用户可以利用浏览器查看瀑布图，收听无线电讯号。仿制在无线电爱好者大名鼎鼎的kiwisdr，这是一台0~30Mhz的无线电接收机+webserver，最多可以同时供四个用户利用浏览器收听无线电讯号，日前深圳已有一台kiwisdr上线，截图如下：

2，小试牛刀，当电视棒遇上openwebrx。
    何为sdr?（Software Defined Radio，SDR) 是一种软件定义无线电技术，近代由于高速ADC和处理器的迅猛发展，在无线电系统的中频普遍被数字中频取代，结合DSP技术可以灵活实现信号处理。
    何为iq数据？参见这里http://www.ni.com/tutorial/4805/en/，简单地说，数字信号处理中将信号分为iq两路，对信号的解调等带来极大的方便。
    何为电视棒？全名叫RTL2832U+R820T电视棒，这原本是类似U盘大小的一台DVB-T数字电视信号接收器，插到USB口，结合厂家的驱动和上位机即可接收观看数字电视信号，后来被人发现该设备接收频率广泛，从几十M到1Ghz,而且输出数据为中频IQ数据，便重新编写驱动，截获上传的IQ数据，电视棒也摇身成SDR接收机。具体应用可以参见https://www.rtl-sdr.com/about-rtl-sdr/，该设备淘宝仅仅售价几十元，是目前为止性价比最高的SDR接收机，国内外玩家同样玩的不亦乐乎。
    何为openwebrx？具体可以参见https://github.com/simonyiszk/openwebrx，这是一个带有web接口的多用户软件无线电接收软件，简而言之，按照相应格式输入iq数据，用户可以通过浏览器访问该webserver，查看频谱，收听解调得到的信号。
    那么，可以将电视棒插到树莓派上，安装相应驱动，然后安装openwebrx，此时就可以访问树莓派的相应端口，树莓派摇身一变成一台数字无线电接收机。
    具体操作可以参照http://blog.sdr.hu/2015/06/30/quick-setup-openwebrx.html。无非就是这么几个步骤：①安装驱动。②安装openwebrx。③配置config_webrx.py。然后启动即可。
     实物和效果见下图：

webserver监听8073端口。
3，硬件实现
    由第二节电视棒构建的软件无线电接收机，我们大体了解了系统组成。硬件上无非需要一个射频接收板，该接收板需要完成放大,数字化，下变频，滤波等工作，输出iq数据通过一定的接口传输给树莓派，树莓派通过相应接口接收iq数据，并且按照openwebrx要求的数据格式打包发送给该软件。原理框图如下：

（1）ADC数据采集板
这里采用ADI的AD9200转换器，是一款10-Bit, 20 MSPS Sampling A/D Converter，前端放大器采用淘宝一款宽带30db放大器。
（2）FPGA信号处理板
直接利用手头的DE0-NANO，板子小巧，资源22K LE也够用。
实物连接图如下：从左到右依次为树莓派，de0-nano，adc数据采集板。

4，软件实现
（1）FPGA
FPGA完成的工作主要由数字下变频，CIC抽取，FIR补偿滤波，spi数据传输至树莓派。主要框图如下：

（2）树莓派
树莓派工作主要是重新打包FPGA上传的数据，然后按照openwebrx要求的数据格式，将IQ数据发送给该软件。根据https://github.com/simonyiszk/op ... w-receiver-hardware原作者的描述，这里采用pipe，将spi上传的数据不断送入管道，然后在config_webrx.py中将数据获取方式改为从管道读取即可。
相应的fpga程序和树莓派c程序在附件中给出。
由于手头没有信号发生器，翻箱子找了个25Mhz的晶振，接到adc输入，由于adc采样率20MHz，根据采样定理，信号会混叠到5Mhz。效果图如下。

5，改进
    硬件部分，放大电路不起作用，原因查找中，致使小信号无法采集到，接上天线无法接收信号，
    软件部分，抽取滤波器通带传输特性不好，远离中心频率时衰减过大，需要进一步改进。
代码打包

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2018-1-9 17:18 上传

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