使用RTL-SDR和Matlab Simulink玩转软件无线电（十）

2.4 运行第一个RTL-SDR接收机程序

现在你已经安装好硬件支持包、驱动，并且把我们的自定义库加入了Matlab路径，你就可以开始尝试第一个程序了！这一节包含两个练习，第一个练习你可以运行Simulink实现的频谱分析仪，另一个是功能一样但是使用Matlab代码实现。在两个例子中，RF信号都由RTL-SDR接收，下变频，数字化，最后显示到MathWorks提供的频谱分析仪中（频域示波器）。我们对于这两个练习都录制了视频。

如果你之前没有使用Matlab和Simulink的经验，没有信心直接使用RTL-SDR，你可能要先看一下第四章，然后再回来看练习2.5和2.6。

练习2.5 初次使用RTL-SDR：Simulink

这个练习帮助你尝试在Simulink里使用RTL-SDR。系统会获取并显示一些你身边的真实RF信号（实际的结果跟你的地理位置有关）。我们会展示在Simulink中RTL-SDR的中心频率的调谐方法，并且教你如何设置前端增益。做这个练习的过程也能检验你的硬件支持包对于Simulink已经正确配置，并且你的RTL-SDR的硬件工作正常。

(a)打开Matlab。如果你没打开Matlab，回到练习2.1(a)，打开后，把当前文件夹设置为/intro。

(b)你需要的文件是rtlsdr_rx_startup_simlink.slx，它会显示在Matlab窗口的当前文件夹下。你可以在那里双击这个模型，或者如果你是以PDF的方式在读本书，你也可以直接单击下方的这个链接，然后直接打开。

(c)浏览模型。模型加载完毕后，你应该看到下方这个Simulink窗口，你可以运行它来接收信号。

RTL-SDR接收机模块（装好硬件支持包后，Simulink就支持了）是你的RTL-SDR的接口，使用中心频率模块来设置RTL-SDR的频率，调谐器增益也是这样设置的。图1.11展示了RTL-SDR中具体哪个硬件跟这些参数对应。在1.6节里说过，RTL-SDR接收的信号以8位采样值从设备中流出来。这些IQ采样值从RTL-SDR接收机模块的Data口出来，是复数信号。想了解复数的细节，请看第五章。

信号输入给两个频谱分析仪，第一个是快速傅立叶(FFT)表示的，它的带宽是fs，正好是RTL-SDR接收机的采样率。第二个频谱分析仪是瀑布图，带宽跟第一个一样。

(d)打开接收机文档。这些模块上方的长方形包含了文件信息，对应的联系，也提供了本书的pdf文件，双击它看看。

(e)检查RTL-SDR接收机模块的参数。双击RTL-SDR接收机模块，查看它的参数窗口。你可以看到中心频率和增益参数是由输入口指定的。把这些参数这样传入可以在模型运行时更改。其他参数可以在对话框里设置。

RTL-SDR的地址

RTL-SDR的采样率

RTL-SDR调谐器频率准确度

模块输出数据类型

输出帧里的采样量

是否允许测试输出

你可以在对话框里看到这些

回到1.7节，确认一下你知道这些参数与RTL-SDR硬件的关系。完成后点击取消按钮，回到Simulink。

(f)准备运行。熟悉模型后，可以试试了，看一下信号吧！RTL-SDR要插在电脑上，并且要有天线，请参考练习2.3。参照练习2.3(c)在Matlab命令行里输入sdrinfo，检查Matlab能够与RTL-SDR通信。

看看Simulink上方的工具栏，注意结束时间框里设置了inf。表示程序会不停运行（结束时间是无限），从你开始运行一直到你手动点击停止，这样你想看多久就看多久。看一下运行和停止按钮。

(g)运行程序。点一下运行按钮。左下角的初始化出现几秒后，程序会开始运行，你会看到两个频谱仪。如果必要你可以拖动它们的位置。你会看到一些熟悉的信号，只要它们正好在你周围。我们的例子默认设置为观察100MHz的频率，这是FM频段，所以你看到的应该是你周围的FM信号。如果你没有看到明显的信号，也不要担心。

(h)如果你在频谱图里可以看到任何信号，你都成功了。你所有的设置都正常。如果不行，请点击停止按钮，再检查一下天线正确连接在RTL-SDR上，Matlab可以通过sdrinfo命令来检查与RTL-SDR的连接。如果频谱观察仍然没有信号，请上desktopSDR.com的疑难解决页面，或者访问MathWorks的RTL-SDR硬件支持包的文档。

如果你对频谱图展示的信号不熟悉也不要紧，你可以在后面的章节学到更多有关信息，我们会详细讲频谱观察的知识。如果你觉得看够了，请点击停止按钮。

练习2.6 初次使用RTL-SDR: Matlab

SDR接收机在本练习中和练习2.5的Simulink里的功能一样，它都用RTL-SDR获取RF信号并显示出来，只不过这次是使用Matlab的m代码实现的。本例子中，我们会告诉你如何在Matlab中调谐RTL-SDR，以及如何控制硬件参数，比如前端增益，中心频率等。完成练习后，你也能验证Matlab里调用的硬件支持包是否配置正确，并且RTL-SDR正常运行。如果你想要学习Matlab的m代码基础，你可以先看看第四章。

(a)打开Matlab。如果你没有打开Matlab，回到练习2.1(a)。等到Matlab初始化完毕，把当前文件夹改为/intro/

(b)你要打开的文件是rtlsdr_rx_startup_matlab.m，你会在当前文件夹的面板里找到。你可以双击文件，或者直接在pdf文件里点击如下链接。

(c)阅读代码。你会看到如何用这个函数的简介，分了好几段，它们的标题是：

参数

系统对象

计算

仿真

(d)观察参数。参数部分有许多变量，它们与练习2.5中的Simulink的RTL-SDR接收机模块对应。中心频率设置成100MHz(100e6)，采样率是2.4MHz(2.4e6)，这些值都跟前面一样。其他参数包括输出数据的帧大小、类型和程序运行时间。注意这个脚本只会运行60秒。如果需要，你也可以把这个参数改大一些。

(e)观察系统对象。这个模型只是一个上手教程，没有用到多少对象，我们只用了3个系统对象。第一个是RTL-SDR对象，它读取了之前设定好的参数值并送入模块。第二个模块是频谱分析仪，类型与Simulink里的一样。它设置成了FFT类型。最后还有一个频谱分析仪模块，它设成了瀑布图类型。这两个都与练习2.5一样。如果你觉得你没有完全了解系统对象的原理，我们推荐你看4.5节。

(f)观察计算部分。rtlsdr_frmtime值是通过计算一帧的数据量除以采样率得到的，它用来控制仿真运行的时间。

(g)观察仿真部分。最后部分是仿真运行的地方，接收功能也在这里实现。确认Matlab可以与RTL-SDR通信后，进入while循环，这个循环只要不超过sim_time就不停止。使用step函数，从RTL-SDR里获取一帧数据，存储到rtlsdr_data变量中。这个帧是一个矩阵，长度时rtlsdr_frmlen，默认时4096个采样值。再使用一次step函数把它送入频谱分析仪，这样就能用FFT函数来对这些数据进行运算并显示出结果。最后run_time计数器在每次运行的最后增加了每一帧需要消耗的时间。

(h)打开接收机文档。这个接收机在Matlab里实现，我们无法在这里加入一个包含文档的长方形模块，我们做了一个函数来代替这个操作。输入如下命令到Matlab的命令行，就能看到文件信息，对应练习，以及本书pdf电子版。

(i)准备运行脚本。你熟悉脚本以后，你马上就能试试看信号了！保证RTL-SDR接入电脑，然后它的天线也插好了，参考练习2.3。使用sdrinfo命令，检查Matlab能够与RTL-SDR通信，参照练习2.3©

(j)运行脚本。如果你看到Matlab界面上方的Editor选项卡，你会找到一个运行按钮。

单击运行按钮，等待几秒钟，Matlab就会与RTL-SDR建立连接并开始运行，你会在频谱分析仪里看到频域信息。函数在sim_time规定的时间里，会不停之行while循环，不停地从RTL-SDR里把数据帧给Matlab，并且更新到频谱分析仪里。

如果你想要在sim_time时间到达前就停止程序，可以回到命令窗口并按下Ctrl-C，这样会终止循环。注意：这会使程序输出一个红色的错误信息！你没有做错，只是一个异常提示。

(k)FFT和瀑布型频谱分析仪在运行的过程中会同时出现。你应该能看到和下图类似的信号，比较明显的一个波峰。与练习2.5一样，RTL-SDR调谐到100MHz，这是FM频段，你看到的很有可能就是FM信号。如果你没有看到明显的信号不要担心。

(I)如果你什么都看不到，或者有报错，按Ctrl-C停止程序，然后检查天线是否正确插入RTL-SDR，并且Matlab能与RTL-SDR通信。如果还是不行，请查看本书网站上的疑难解答，或者访问MathWorks的RTL-SDR硬件支持包文档。

总结

本章讲述了一些基础知识，你能掌握使用Matlab和Simulink来运行RTL-SDR的应用。需要做一些工作来保证MathWorks的工具盒安装正常，路径设置，安装本书的练习文件，并且你也学会了本书后文的一些标准。这一章的目的是帮助你完成一些例子，你可以确认设备正常运行，并且实时观察空中的无线信号。下一章我们会进一步讲频谱观察，我们还会讲其他信号的例子，包括FM广播，GSM信号，LTE信号，还有你身边的其他种类的信号。