11. Анализ записанного сигнала в GNU Radio¶

Цель раздела¶

Познакомиться с GNU Radio как со средой наглядной сборки SDR-цепочек и использовать её для анализа записанного IQ-сигнала.

1. Зачем нужен GNU Radio¶

GNU Radio полезен тем, что позволяет быстро собрать работающую SDR-цепочку из готовых блоков и наглядно увидеть путь сигнала.

Для учебного курса это особенно ценно: студент получает ещё один взгляд на тот же эксперимент:

без написания большого объёма кода;
в интуитивной блочной форме;
с быстрыми структурными изменениями во время анализа.

2. Задача раздела¶

В рамках первого блока студент должен:

открыть записанный IQ-файл;
подать его в граф GNU Radio (flowgraph);
отобразить спектр сигнала;
при желании отобразить временную форму;
сравнить картину с HDSDR, MATLAB и Python.

3. Минимальная структура графа¶

Простейшая схема может включать:

File Source
Throttle
QT GUI Frequency Sink
QT GUI Time Sink

Если файл уже содержит комплексные отсчёты в подходящем формате, этого достаточно для первой демонстрации.

«Подходящий» означает cf32: File Source с типом complex читает пары I/Q в 32-битном формате с плавающей точкой. Файлу курса .ci16 нужен File Source с типом short и следующий за ним блок Interleaved Short To Complex; сырой файл rtl_sdr это беззнаковые байты, и перед преобразованием нужно убрать смещение 127,5; WAV-файл HDSDR читается блоком Wav File Source с двумя выходами, объединёнными блоком Float To Complex. Неверный тип источника даёт такой же уверенный, но неправильный спектр, как на странице 09.

4. Что нужно настроить¶

Нужно правильно задать:

тип данных файла;
формат комплексного сигнала;
частоту дискретизации;
размер FFT;
длину окна отображения.

Если эти параметры заданы неверно, спектр будет интерпретирован неправильно.

5. Что должен увидеть студент¶

Собрав граф, студент должен увидеть:

устойчивый спектральный пик тестового тона;
временную структуру сигнала;
согласие с результатами, полученными в других средах.

6. Чем GNU Radio полезен в этом курсе¶

GNU Radio хорошо дополняет другие инструменты:

HDSDR: быстрое наблюдение реального сигнала;
MATLAB / Simulink: моделирование и системный анализ;
Python: автоматизация;
C++: высокопроизводительная реализация;
GNU Radio: быстрая сборка и наглядная отладка SDR-цепочек.

Так студент с самого начала привыкает к тому, что один и тот же сигнал можно исследовать разными инженерными инструментами.

7. Минимальное практическое задание¶

Достаточно собрать граф, который:

читает IQ-файл;
показывает спектр;
показывает временную форму;
позволяет менять параметры отображения;
подтверждает наличие тестового тона.

8. Что можно расширить дальше¶

На следующих этапах студент может использовать GNU Radio для:

цифрового переноса частоты;
фильтрации;
декодирования;
анализа нескольких сигналов;
воспроизведения и моделирования SDR-цепочек.

Так уже в первом блоке GNU Radio становится удобной учебной платформой, которую можно расширять.

9. Что включить в отчёт¶

Рекомендуется включить:

скриншот графа;
окно отображения спектра;
окно отображения временной формы;
настройки частоты дискретизации;
краткое сравнение с другими инструментами.

10. Выводы¶

После этого этапа студент должен:

уметь собирать простой граф для анализа записи;
понимать роль GNU Radio в SDR-разработке;
видеть, как один и тот же сигнал анализируется в нескольких инженерных средах.