Funpack第五期 ADI PLUTO 接收FM广播实例说明

本次参加Funpack活动也是机缘巧合，得到了BG3MDO的推荐。之前一直在玩单接受的SDR，包括RTLSDR和RSP1，选定ADALM-Pluto一个是看重它内部双核的特性，另一方面是它具备TX发射信道。于是参加了本次活动，本来也准备入手一台PlutoSDR，正好借此机会和各位高手一起玩。

那么来简单介绍一下本次项目的实现吧.本项目的目的是使用PlutoSDR实现一个FM广播接收机。硬件平台上使用了PlutoSDR，另外增加了车台外接天线，和端口转接头。软件方面，本次项目主要使用了开源的GNURadio环境。在GNURadio环境中对于输入的RF信号进行ADC；再在进行降采样；接收到的信号再输入进FMDemod模块进行解调；最后将音频信号输出至声卡即完成任务。

首先我们简单介绍一下PlutoSDR的硬件结构，硬件主要分为两大部分进行介绍。

第一部分是模拟前端电路，首先我们可以看到左侧这两个接口 ,分别为信号的输入和输出通道。两个信号输入之后经过阻抗变换变压器变为差分信号，进入AD9363 芯片，以下是AD9363的结构框图。

其中AD9363作为整个系统的射频前端，输入/输出差分通道在信号进入后通过可变增益放大器，然后与RX/TX LO本振信号进行混频，混频后经过低通滤波器；这即是完成下变频/上变频的工作。之后的信号送入ADC/DAC进行模拟-数字变换，然后通过数据接口送出至FPGA接口侧。此部分主要完成模拟信号至数字信号的接口工作。

 第二部分硬件电路，主要是位于图片右侧部分的Zynq 7010芯片，F镁光内存芯片，和闪存芯片。他们三者构成了一个最小化的嵌入式软件运行平台。

Zynq7000 系列集成 ARM处理器的软件可编程性与 FPGA 的硬件可编程性，不仅可实现重要分析与硬件加速，同时还在单个器件上高度集成 CPU、DSP、ASSP 以及混合信号功能。Zynq7000 系列是单位功耗性价比较高的全面可扩展的 SoC 平台。

Pluto SDR 依托于Zynq7010处理器，完成了模拟前端信号与ARM处理器的信号通道。同时在USB OTG接口上虚拟出了虚拟网卡用来进行数据的传输。在安装IIO驱动之后可以很方便地由GNURadio进行数据的采集调用。

本文后半部分即阐述如何在Linux系统内建立一个GNURadio工程并完成FM广播信号的接收任务。

软件方面，本实验基于Ubuntu 20.04 操作系统，安装了GNU Radio 3.8，IIO驱动，来实现FM接收任务。其中Linux实体机虚拟机均可，虚拟机解码音频时候会有卡顿和爆音的情况，故建议使用实体机安装Linux。具体操作系统安装过程此处不再赘述，这里特殊说明一下安装GNURadio和iio驱动时遇到的问题和解决对策。

首先安装GNURadio，此处可按照

https://wiki.gnuradio.org/index.php/UbuntuInstall#Building_GNU_Radio_on_Ubuntu_Linux

按照章节内针对Ubuntu20.04的安装过程使用apt安装各个软件包，即可。需注可以提前修改软件源，来提高安装速度。

GNURadio安装完毕后需要安装gr-iio驱动，以提供PlutoSDR的支持。具体安装流程可参考ADI的官方安装链接。

https://wiki.analog.com/resources/tools-software/linux-software/gnuradio

无特殊情况基本按照自己要求安装即可。需特别注意，如果使用了GNU radio3.8版本，此处需要安装gr-iio的3.8版本分支。链接如下

https://github.com/analogdevicesinc/gr-iio/tree/upgrade-3.8

以上两项安装完毕，如无报错，可以在GNURadio界面内看到右侧多出了Industrial IO一项，在其下方可以找到Pluto SDR Sink 和 Source。本次我们只使用FM接收功能，故这里选择Pluto SDR Source。

至此，整个软件软件环境基本搭建完毕，可以进行FM接收解调流程的编制。 从数据通路和信号流程角度来说，射频信号从PlutoSDR source进入 GNURadio之后，需要进行数字降采样，然后送入FM Demod模块进行FM解调，即可输出基带信号。按照这个思路，可以搭建基本的解调路径后，先运行一下看各个部件是否执行正常。构建好之后的程序如下：

其中Pluto SDR Source 按照下图进行设置

此时，如果Pluto SDR硬件连接正常，且104.40MHz有正常的广播信号，应该可以收到正常的广播声音了。按照本次任务要求，还需要添加频率显示与控制界面。我们可以从GNURadio内添加一个QT GUI Range 控件，由他来生成一个可以滑动的的Bar条，对应一个87.5-108的浮点数RadioFreq，这个数值对应就是Bar条和后边的频率框的数值，调整这个数值就可以完成“选台”的任务了。另外，为了更好地查看信号的情况，我多加了一个频谱查看的QT GUI frequency sink的控件用来查看实时的频谱。增加了模块的GNURadio流程如图

点击快捷菜单的黑色右箭头即可编译生成文件。同时GUI和频谱也就都可以看到了。

上图为接收97.0Mhz的频谱，其中左右两个突起的OFDM调制信号为CDR数字音频信号。

按照任务要求，基本上完成了FM接收以及选台的任务，相关代码已经上传于附件。供各位参考。

关于本活动，我觉得很大程度调动了技术宅们的积极性。建议以后从不同技术高度、技术领域多多组织各种板子的活动。