Matlab看实时TD-LTE信号(Matlab小伙伴可大展身手了)(Matlab TCP interface to HACKRF rtl-sdr)

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本文介绍如何用MATLAB通过TCP接口实时读取HACKRF接收到的信号(电视棒或者其他SDR设备可如法炮制)。其实并不复杂,可以说相当简单。

首先用gnuradio-companion建立如下grc:(图1)

这里osmocom Source源模块(用来接收HACKRF usb传来的数据)设置为:

采样率2M,频率1890MHz(中国移动TD-LTE频率,你也可以设置为你所在位置的其他信号频率),RF增益14dB,中频增益20dB,基带增益40dB(增益需要根据你所在地点的信号情况进行合理设置),带宽1M(只看中心频率带宽1M内的东西,比如PBCH,CRS之类的,也可以根据你的需求修改设置)。

TCP Sink模块(用来接收源模块数据,并通过TCP转发)设置为:

地址:127.0.0.1 (即本机)

端口:5000 (可改)

模式:Server (不要选Client)

接口数据类型应该选complex,因为源模块现在只能输出complex数据,I和Q均为float32数据,交替发送。

然后运行这个grc,此时如果一切正常,应该看到不断的输出OOOOOO,并且代表正在运行的那个小窗口也不会出现,因为现在没人连到这个TCP Server取数据,数据都还憋着,因此Overrun。

接下来打开Matlab,输入如下代码:

tcp_obj = tcpip('127.0.0.1', 5000, 'ByteOrder', 'LittleEndian', 'InputBufferSize', 2e6*2*4, 'Timeout', 2);
% 建立tcp对象,ip地址和端口要和grc里的一致,在我的计算机上必须设置为小端模式才能正确解析数据,最后两个参数是缓冲区大小和超时门限
  
  
fopen(tcp_obj);
% 和TCP Server建立tcp连接
  
  
% 进入无限循环实时显示HACKRF收到的信号
  
while(true)
   [x, count] = fread(tcp_obj, 0.02e6*2, 'float32'); % 读取10ms长度的信号。采样率2e6,因此0.02e6代表10ms,正好LTE一帧
   if count < 0.02e6*2 %如果未能成功读取我们希望的长度,报错
     disp('Not enough samples returned!');
   else %如果成功读取,则计算每个样点的能量,并显示在时间轴上
     plot(x(1:2:end).^2 + x(2:2:end).^2);
     drawnow;
   end
end

运行以上代码,如果一切正常,代表Gnuradio正在运行的小窗口应该立刻出现,OOOO应该停止打印,而且MATLAB会弹出实时的LTE信号在时域上的能量包络。根据显示,可以判断出TD-LTE上下行配置,PBCH位置,以及每个slot中两个包含CRS的ofdm符号的位置,因为HACKRF时钟和基站一般存在微小误差,因此看到的时域信号应该是在向左或者向右滑动的,取决于你的HACKRF时钟偏快还是偏慢。抓取其中一次的显示如下图:(图二)

上图总共是10ms TD-LTE无线帧的时域能量分布。根据设定的2M采样率,大约横轴0.1~0.8,1.1~1.8的地方为基站下行信号,其他时间是留给上行的时间,从上下行配比来看应该是典型的TD-LTE上下行配置2。0.6~0.8之间应该是PBCH和SSS、PSS,靠近1.8的地方应该是间隔5ms的另外一对SSS、PSS。从大约0.1开始每相邻的两个突起应该是1个时隙内包含CRS的两个OFDM符号的位置,即相邻四个突起为1ms子帧。

至此,用MATLAB通过TCP方法来实时读取HACKRF接收信号的方法初步验证完毕。

以上的方法其实通用性很强,不少其他开源SDR工具其实也都提供了TCP或者UDP转发功能,比如rtl_tcp,dump1090等,均可以通过TCP或UDP与MATLAB接口。

关于UDP,其实不太好用,因为它包长最长只有1472字节,连续实时接收大量信号时,因为UDP的分包操作,很难保证可靠性。还是首选TCP。

注意:你可能会遇到Gnuradio或者Matlab报告地址已被占用,或者拒绝连接的错误,这是你可能需要关掉Gnuradio或者MATLAB重来。以上Matlab代码中只是打开了TCP对象并无限使用,没有关闭它,所以你再次运行时极有可能遇到拒绝连接或者已被占用的错误。可以在Matlab程序被你终止后手工运行如下Matlab代码来关闭TCP连接清除对象(也可以在Matlab代码一开始做这些清理工作),避免重起:

if exist('tcp_obj','var')
   fclose(tcp_obj);
   delete(tcp_obj);
   clear tcp_obj;
end 

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