使用RTL-SDR和Matlab Simulink玩转软件无线电（十三）

3.4 开始探索频谱吧

现在可以开始做一些实际的练习，你可以看看真实的RF信号和频谱。本章大多数的练习都会用到exploring_the_spectrum.slx，它是一个simulink模型。这个模型包含了一个图形界面，你可以观察到不同的信号，如图3.1。开头，我们会让你打开模型，并且熟悉simulink的模块，也包括熟悉Control_Panel界面。然后会简单介绍一下，你就能自己探索了。

对于没有RTL-SDR或者Matlab/Simulink的读者，可以看一下我们提供的操作视频。

练习3.1 打开频谱观测模型

这个练习的作用时介绍这个模型，这个模型在本章中还会多次使用。

(a)打开Matlab。如果你不记得怎么做，重复练习2.4。把工作文件夹设置为练习的文件夹/spectrum

(b)然后打开模型。你可以在当前文件夹中，双击模型名字，或者在PDF文档里单击下面这个链接。

(c)Simulink窗口布局。打开模型后你就会看到一个Simulink窗口，还会有另外两个窗口，它们是两个频谱分析器，FFT频谱分析仪和频谱瀑布图，展示了RF频谱的活动，对应于RTL-SDR当前调谐的频段。

这个模型还有一个窗口叫作Control_Panel，用来与模型进行交互，如图3.8，我们会在3.6节中详细讲。

(d)观察模型。这个模型从功能上来讲与练习2.5里的一样。主要的区别是它可以使用GUI来控制RTL-SDR的中心频率和接收机增益。

RTL-SDR的接收模块（安装硬件支持包后Simulink就会出现这个模块），功能是RTL-SDR的接口。RTL-SDR调谐到中心频率模块指定的值，并且增益也由RF Gain给出。8位IQ采样值从RTL-SDR接收机模块输出，然后到达去除DC分量模块。

去除DC分量模块计算每一帧的平均值，然后把这个平均值减掉，这样直流分量就没有了，对应的是频谱中间的直流波峰被消除了。接下来信号输入到2个频谱分析模块里。第一个模块是用来显示信号的FFT图的，带宽是fsMHz，这个fs正好是RTL-SDR的的采样率。第二个频谱分析仪是瀑布图，它的带宽和前面那个一样。

(e)运行程序。保证你选择的天线连接到RTL-SDR上，RTL-SDR插入电脑，用sdrinfo命令确认Matlab可以访问RTL-SDR。然后点击Simulink窗口上方的运行按钮。状态栏会显示初始化，几秒后，仿真程序会开始。

如果Simulink诊断窗口出现，你可能碰到错误了。这个窗口显示的是你没有把RTL-SDR插入电脑。描述信息会告诉你为什么程序运行不了。单击消息的蓝色超链接会显示出更详细的帮助。

(f)你可能会在想频谱分析仪到底显示的是什么，以及如何使用GUI来控制RTL-SDR。详细的解释会在后两节里说。

(g)你可以让程序运行，这样它会不停接收实时信号并显示，也可以单击暂停按钮，或者点击停止按钮。

3.5 频谱观察——频谱分析仪和瀑布图

exploring_the_spectrum.slx里的两个频谱分析模块用来RTL-SDR收到的RF信号。FFT分析仪展现了接收到的复数信号的频谱，它的带宽是fsMHz。也就是说它显示了如下范围内的频谱活动。

中心是fc，也就是RTL-SDR的中心频率。比如，我们把RTL-SDR调谐到801.4MHz，并且把采样率设置成2.8MHz，那么RF信号在800MHz到802.8MHz中间的信号都会被捕捉到，然后下变频并解调。最终在Simulink的频谱图里把解调出来的基带采样点显示出来，如图3.6，你可以注意到它的频率范围是-1.4MHz到1.4MHz。

这个范围在图3.7中用绿线画出。FFT图里的每个点表示的能量的单位是dBm（分贝／毫瓦），垂直的橘黄色线是对应的说明。这个图给你展现的是接收频段范围内各频率分量的瞬时相对功率大小，在噪声门限上方的各种信号都能方便地看到。你也可以手动调谐RTL-SDR到任何的RF载波频率上来观察一下。

瀑布图展示的是同样的频率范围内的信号，它不止是显示了瞬时功率，还把它们关于时间的变化（50ms内的）也显示出来。使用颜色来表示强度，强度值FFT中的是一样的。从深蓝色（噪声门限）到深红色（高强度信号）。这种类型的图像叫做spectrogram或者瀑布图，因为它可以让你观察一段时间内的活动，我们用垂直的紫色线以及文字在图右侧解释了一下。

尽管我们把它称为瀑布图，但是我们需要指出的是信号产生的方向是从下面到上面的，对应于时间轴的左侧到右侧。Simulink允许用户更改这些显示的设置。但是我们现在先用默认的。详细信息请看练习3.2。