在这篇文章里，我将讲解最基本的，使用GNURadio-Companion配合LimeSDR进行AM与FM信号的收发的过程。利用SDR进行广播收发是最简单的测试SDR的功能是否正常的方法，也是很好的熟悉GNURadio开发的入手点。
声明
在一些国家和地区，未经审批在某些频率进行无线电收发是不合法的。在进行本文中所描述的实验时，请确保你已经熟悉本地的相关法律法规。如果可能，在发射时请尽量使用一定的屏蔽措施来降低对其他设备的干扰。我不对任何因学习和使用本文描述的技术造成的后果负任何责任。
AM与FM信号
在这篇文章里我将讲解的是AM与FM的收发，更具体的来说，是常用的广播波段的AM与FM广播信号的收发。虽然我觉得应该没什么必要，但是还是稍微讲一下这两种信号比较好。
AM广播信号
AM广播信号，即调幅（Amplitude Modulation）广播信号，是常见的广播信号的一种。虽说AM在日常中见到的最多的是广播，但是在其他方面也有很广的应用。实际上，AM和FM是最基本的两红信号调制方法之一。AM是将载波调制为幅度不一的信号波形，一般情况下载波的频率是不变的，所以最后得到的波频率也是固定的。它的特点是因为是对于幅度的调制，所以在信号波衰减比较快的时候信息损失也很严重（直观上来看，波衰减严重的时候就很平，不加以更强的放大的话很难读取信息），这就是为什么AM广播一般在室外，比较空旷的地方信号好一些，在室内远离窗户的地方基本收不到。而且接收的时候对天线的朝向，谐振效果都有要求。
FM广播信号
FM广播信号，即调幅（Frequency Modulation）广播信号，也是常见的广播信号。它的特点是对于载波进行了频率上的调制，通过频率变化来传递信息。所以实际上FM调制信号的频率是在载波频率附近摆动的。如果用瀑布图显示的话很明显，AM信号是一条亮度不一的直线，FM信号是一条连续但是快速摆动的曲线。因为它是对幅度的调制，而幅度在波衰减的时候一般不变，所以相对地接收起来容易一些。
GNURadio-Companion介绍
GNURadio-Companion（简称GRC）是用来绘制GNURadio流图的一种工具。熟悉一些利用流图开发的工具（比如FPGA块图，Raptor流程图）的人会比较好理解，就是利用一些现有的模块，以一定结构组合在一起，调整参数，实现高级的功能。GRC本质上还是生成了Python脚本，但是利用流图开发简化了很多的开发步骤。
FM接收实现
在进行实际的设计之前，首先确定安装了完整的GRC和gr-limesdr模块。在之前的文章中我也提到，LimeSDR在GRC中是有专门的包的，最好只使用这个包开发，而不要用其他的兼容驱动。
首先熟悉一下模块：
使用到的模块
首先是LimeSDR Source，这个模块可以理解为例化了一个LimeSDR的接收通道，输出格式是Complex格式的信号。它是gr-limesdr的一部分。
QT GUI Frequency Sink，这个模块是QT GUI的一部分，因为归根到底GRC还是使用Python，所以可以很方便地使用QT来实现GUI。这个模块是用来显示频率的，将生成一个窗口，包括一个频率-增益频谱图。
Low Pass Filter，低通滤波器。注意SDR开发的一个基本原则是，SDR只负责将信号传递回来，也就是说，凡是在LimeSuite里面能设置的，都是SDR自身的功能，剩下的都不是。SDR在一些情况下能简单地处理信号（毕竟LimeSDR搭载了一块FPGA），这需要通过直接对SDR编程来实现。其他的信号处理，例如这里我们用的低通滤波器，实际上是用电脑上运行的程序即时处理信号，不需要有实际的射频电路支持（比如我在这里用了低通滤波器，我的SDR上并没有因此多出来一个）。低通滤波器就是只允许频率低于截止频率的波通过的滤波器，高于截止频率的波会被直接消除。因为是数字滤波，所以对传回来的波形没有破坏，消除率也很高。
Rational Resampler，这是一个降采样模块。因为我们在信号接收的时候采样率非常高（几M到几十M），但是实际上音频信号采样率要低很多（几十k），所以一方面没有必要保留这么高的采样率，会占用大量运算资源，另一方面采样率不匹配最后输出的音频会很奇怪。所以在数字解调中，一般会在合适的时候对输入的波形进行降采样，和后面匹配上。但是在哪里降采样是比较需要注意的，如果在刚接收到波形就降采样，还不如本身就用低采样率去接收……一般是在对波形的处理之后（例如刚才的滤波器，或者倍乘器，放大器等等之后），真实解调之前（有的解调模块不能接受很高的采样率）。
WBFM Receive，这是针对WBFM（Wide-Band FM）的解调模块，也是FM收音机的核心模块。
Multiply Const，是一个乘法器，作用是把输入波形乘以一个数再输出。
Audio Sink，可以理解为例化了一个实际的音频输出设备。送至这个模块的信号，在模块内设置好之后，最终会被送到某个音频输出设备。
构建接收机
在刚才的解释之后，明白怎么构建一个接收机就很容易了。以下是最简单的搭建办法：
具体配置可以放大图片之后看。需要注意的是，LimeSDR的接收增益很容易被忽略，需要设置成一个比较高的数值，否则基本没有接收到的东西。
配置完成之后，点击运行即可运行。需要注意的是，LimeSDR Source需要一个设备标识参数，这个参数可以在配置完LimeSDR的环境之后（具体可以参考上一篇博客），连接LimeSDR，运行
LimeUtil --find
观察输出可以得到这个序列号。
FM发射实现
在尝试过使用LimeSDR接收FM信号之后，用它发射信号就容易很多了。基本思路是一样的，先将信号源配置和调试，滤波等等成合适的状态，再进行调制，最终发射。
使用到的模块
Wave File Source和Audio Source，这是两个不同的音频源，一个是从文件中读取，另一个是从设备中获取。但是需要注意的是，因为Linux下所有的东西都是以文件的形式进行处理的，所以音频设备不会直接给出选项。此时留空就是默认设备，如果要选择其他的音频输入设备，需要明确自己的音频驱动是什么，单独写一个配置文件，为总线上的设备指定一个名称和调用方法。
Fractional Interpolator，分数插值器，是用来进行插值法升采样的模块。在这里的作用是让信号的采样率匹配。
QT GUI Sink，是QT的一个综合性GUI模块，包含4个图形，频率，时域，瀑布图和李萨如图，可以节约空间和流图复杂度。
WBFM Transmit，是WBFM的调制模块，将声音信号调制到载波上。
LimeSDR Sink，是例化的LimeSDR发射机，配置方法与LimeSDR Source大同小异。
构建发射机
FM发射机的实现也很简单。
AM收发实现
AM调制与解调
AM信号的调制与解调非常简单。因为AM本质上是把要传输的信号和载波直接做乘法，所以不需要额外做调制，只需要调高采样率用需要频率的载波发射出去就可以。同样地，也不需要解调，直接调低采样率输出就可以。因为SDR是基于数字化采样的方式，所以实现AM收发很容易。
LimeSDR在民用AM频率段上的收发
LimeSDR-USB（也就是我用的这种板子）支持的频率范围是100kHz到3.8GHz，但是上面的射频前端的物理频率最低只到30MHz低于30MHz的部分需要将射频频率调到30MHz，由NCO将信号调制到所需的频率。这样的做法，效果可想而知。因为LimeSDR主要还是设计来在比较高的频率上进行收发（基站，卫星等等），所以本身电路设计上对比较低的频率优化就不怎么样。
所以需要注意的是，在此之前我们在GNURadio COmpanion的配置中都把NCO频率设置为0,也就是不启用。但是现在需要你通过计算来设置NCO频率，才能在500k～1600kHz的范围进行通信。因为比较简单直接给出设计：
