floating-point - 在 gnuradio 中从 Float 转换为 Char 时出错

Question

我正在尝试使用我的 USRP E100 捕获 GPS 信号并将它们保存到一个 .bin 文件中，下面是使用 GNU Radio Companion 实现的流程图:

如您所见，我从 GPS 频率接收到 50M 复样本，并提取了它们的实部和虚部。然后，我将 Float 转换为 Char，并将其保存为 IQIQIQIQ(...) bin 文件。如果没有 Float 到 Char 的转换，一切正常，但如果有，输出文件只填充 0(例如，float 输出“b502 323a b502 32b8 b502 b239 1d12 0b3a”被转换为 char 输出“0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000").

我不知道这里发生了什么，因为如果使用 Float to Char block ，就会出现错误。我也尝试过使用其他类型转换器，例如 Float to Short，我得到了相同的输出:一个 0 向量。

生成流程图时的结果代码如下:

#!/usr/bin/env python
##################################################
# Gnuradio Python Flow Graph
# Title: Gps Datagrabber
# Generated: Wed Feb  3 10:01:35 2016
##################################################

from gnuradio import eng_notation
from gnuradio import gr
from gnuradio import uhd
from gnuradio.eng_option import eng_option
from gnuradio.gr import firdes
from optparse import OptionParser

class GPS_datagrabber(gr.top_block):

    def __init__(self):
        gr.top_block.__init__(self, "Gps Datagrabber")

        ##################################################
        # Variables
        ##################################################
        self.samp_rate = samp_rate = 5*1000000
        self.Tiempo_sec = Tiempo_sec = 10
        self.gain = gain = 15
        self.center_freq = center_freq = int(1.57542e9)
        self.band = band = int(40e6)
        self.Samples = Samples = Tiempo_sec*samp_rate

        ##################################################
        # Blocks
        ##################################################
        self.gr_interleave_0 = gr.interleave(gr.sizeof_char*1)
        self.gr_head_0 = gr.head(gr.sizeof_gr_complex*1, 50000000)
        self.gr_float_to_char_1 = gr.float_to_char()
        self.gr_float_to_char_0 = gr.float_to_char()
        self.gr_file_sink_0 = gr.file_sink(gr.sizeof_char*1, "/home/root/Desktop/USRP_E100")
        self.gr_file_sink_0.set_unbuffered(True)
        self.gr_complex_to_real_0 = gr.complex_to_real(1)
        self.gr_complex_to_imag_0 = gr.complex_to_imag(1)
        self.USRP_sync_123 = uhd.usrp_source(
            device_addr="addr0=192.168.10.1",
            stream_args=uhd.stream_args(
                cpu_format="fc32",
                channels=range(1),
            ),
        )
        self.USRP_sync_123.set_clock_source("external", 0)
        self.USRP_sync_123.set_time_source("external", 0)
        self.USRP_sync_123.set_samp_rate(samp_rate)
        self.USRP_sync_123.set_center_freq(center_freq, 0)
        self.USRP_sync_123.set_gain(gain, 0)
        self.USRP_sync_123.set_antenna("TX/RX", 0)
        self.USRP_sync_123.set_bandwidth(band, 0)

        ##################################################
        # Connections
        ##################################################
        self.connect((self.USRP_sync_123, 0), (self.gr_head_0, 0))
        self.connect((self.gr_head_0, 0), (self.gr_complex_to_real_0, 0))
        self.connect((self.gr_interleave_0, 0), (self.gr_file_sink_0, 0))
        self.connect((self.gr_complex_to_real_0, 0), (self.gr_float_to_char_0, 0))
        self.connect((self.gr_float_to_char_0, 0), (self.gr_interleave_0, 0))
        self.connect((self.gr_complex_to_imag_0, 0), (self.gr_float_to_char_1, 0))
        self.connect((self.gr_float_to_char_1, 0), (self.gr_interleave_0, 1))
        self.connect((self.gr_head_0, 0), (self.gr_complex_to_imag_0, 0))

    def get_samp_rate(self):
        return self.samp_rate

    def set_samp_rate(self, samp_rate):
        self.samp_rate = samp_rate
        self.set_Samples(self.Tiempo_sec*self.samp_rate)
        self.USRP_sync_123.set_samp_rate(self.samp_rate)

    def get_Tiempo_sec(self):
        return self.Tiempo_sec

    def set_Tiempo_sec(self, Tiempo_sec):
        self.Tiempo_sec = Tiempo_sec
        self.set_Samples(self.Tiempo_sec*self.samp_rate)

    def get_gain(self):
        return self.gain

    def set_gain(self, gain):
        self.gain = gain
        self.USRP_sync_123.set_gain(self.gain, 0)
        self.USRP_sync_123.set_gain(self.gain, 1)
        self.USRP_sync_123.set_gain(self.gain, 2)

    def get_center_freq(self):
        return self.center_freq

    def set_center_freq(self, center_freq):
        self.center_freq = center_freq
        self.USRP_sync_123.set_center_freq(self.center_freq, 0)
        self.USRP_sync_123.set_center_freq(self.center_freq, 1)
        self.USRP_sync_123.set_center_freq(self.center_freq, 2)

    def get_band(self):
        return self.band

    def set_band(self, band):
        self.band = band
        self.USRP_sync_123.set_bandwidth(self.band, 0)
        self.USRP_sync_123.set_bandwidth(self.band, 1)
        self.USRP_sync_123.set_bandwidth(self.band, 2)

    def get_Samples(self):
        return self.Samples

    def set_Samples(self, Samples):
        self.Samples = Samples

if __name__ == '__main__':
    parser = OptionParser(option_class=eng_option, usage="%prog: [options]")
    (options, args) = parser.parse_args()
    tb = GPS_datagrabber()
    tb.run()

错在哪里？也许是 USRP/硬件问题？或者我无法将 Float 数据转换为 Char 数据？

Answer 1

当以复数运算时，USRP 默认在 [-1, 1] 范围内缩放每个 IQ 样本。

但是，我认为输入信号可能非常微弱，因此每个 IQ 样本值应低于 [-0.5, 0.5]。 Float to Char block 执行从 float 到 char 的转换。但是将 float 转换为 [-0.5, 0.5] 范围内的整数应该总是产生零。这就是为什么您的文件只包含零的原因。

现在要避免这个问题，有两种可能的解决方案:

解决方案 1:适当缩放传入的 IQ 样本，使其范围超过 [-0.5, 0.5] 范围。这可以通过将信号乘以常数或适当更改 Float to Char block 的 Scale 参数来完成。

解决方案 2:由于您对 8 位样本精度感兴趣，我建议指示 USRP 以带符号的短(16 位)格式在流程图中传递样本。每个 IQ 样本的范围将在 [-2^15, 2^15] 内。然后只需执行Short to Char 转换，但要确保每个样本的幅度不大于 2^7，否则会出现削波效果。使用此解决方案，流图中流动的数据要少得多，因为与复杂形式相比，每个 IQ 样本的大小只有一半。此外，整数向下转换速度更快。