gr lora_sdr

Resumen

Esta es la implementación de radio (SDR) definida por la radio GNU (SDR) totalmente funcional de un transceptor Lora con todos los componentes del receptor necesarios para operar correctamente incluso con SNR muy bajas. El transceptor está disponible como módulo para GNU Radio 3.10. Este trabajo se ha realizado en el Laboratorio de Circuitos de Telecomunicaciones, EPFL.

En la implementación de la radio GNU de las cadenas Lora TX y RX, el usuario puede elegir todos los parámetros de la transmisión, como el factor de propagación, la velocidad de codificación, el ancho de banda, la palabra sincronizada, la presencia de un encabezado explícito y CRC.

• El módulo contiene bloques jerárquicos convenientes para TX y RX.

• En la cadena TX, la implementación contiene todos los bloques principales del transceptor Lora: el encabezado y los bloques de inserción de CRC, el bloque de blanqueamiento, el bloque de codificadores Hamming, el bloque entrelazador, el bloque de demostración gris y el bloque de modulación.

• En el lado del receptor existe el bloque de sincronización de paquetes, que realiza todas las tareas necesarias necesarias para la sincronización, como la estimación y corrección de STO y CFO necesarios. El bloque de demodulación sigue, junto con el bloque de mapeo gris, el bloque de desinteresación, el bloque de decodificadores de hamming y el bloque de deshaprimiento, así como un bloque de verificación CRC.

• La implementación se puede utilizar para resultados de rendimiento experimentales completamente de extremo a extremo de un receptor Lora SDR a bajos SNR.
• Un marco de simulación simple está disponible en la carpeta de aplicaciones/simulación.

Funcionalidades

• Enviar y recibir paquetes de Lora entre USRP-USRP y transceptor Lora-Commercial USRP (probado con RFM95, SX1276, SX1262).

• Parámetros disponibles:

  • Factores de propagación: 5-12*
  • Tasas de codificación: 0-4
  • Modo de encabezado implícito y explícito
  • Longitud de la carga útil: 1-255 bytes
  • Sync Word Selection (ID de red)
  • Verificación de la carga útil CRC
  • Verificación de la suma de verificación de encabezado explícito
  • Modo de optimización de bajo datarate
  • Utilización de decodificación de decisión suave para mejoras mejoras

* Los factores de propagación 5 y 6 no son compatibles con SX126X.

Referencia

Publicación original

J. Tapparel, O. Afisiadis, P. Mayoraz, A. Balatsoukas-Stimming y A. Burg, "Un prototipo de capa física de Lora de código abierto en la radio GNU", 2020 IEEE 21st International Workshop on Signal Processing Avances en comunicaciones inalámbricas (SPAWC), Atlanta, Ga, USA, 2020, pp. 1-5. IEEE Xplore Link, enlace ARXIV

Publicación actualizada

J, Tapparel y A. Burg, "Diseño e implementación de la capa física de Lora en la radio GNU". Actas de la Conferencia de Radio GNU, Knoxville, TN, EE. UU., 2024. Procedimientos de radio GNU

Si encuentra útil esta implementación para su proyecto, considere citar el documento mencionado anteriormente.

Requisitos previos

• Gnuradio 3.10
• Python 3
• CMake
• difamación
• aumentar
• Uhd
• GCC> 9.3.0
• gxx
• pybind11

Instalación

El módulo fuera de árbol Gr-lora_sdr se puede instalar desde la fuente o directamente como un paquete de conda.

De la fuente

• Clon este repositorio

   git clone https://github.com/tapparelj/gr-lora_sdr.git

• Ir al repositorio clonado

   cd gr-lora_sdr/

• Opcionalmente, puede instalar las dependientes requeridas utilizando el entorno de conda proporcionado, o instalar directamente las dependientes de forma independiente y evitar el uso de conda. Puede seguir este tutorial o simplemente seguir:
  • Primero descargue el último lanzamiento de Conda, por ejemplo:

     wget https://repo.anaconda.com/miniconda/Miniconda3-latest-Linux-x86_64.sh

  • Ahora ejecute el archivo descargado que es el script de instalador de Anaconda

     bash Miniconda3-latest-Linux-x86_64.sh

  • Y recargar el caparazón

     source ~ /.bashrc

  • Ahora copie nuestro entorno para instalar todas las dependencias del módulo automáticamente

     conda env create -f environment.yml

  • Iniciar el entorno Conda Environment GNU Radio 3.10 que acaba de crear

     conda activate gr310

• Para crear el código, cree una carpeta apropiada y vaya a él:

   mkdir build
   cd build

• Ejecute las principales cmakelists.txt

   cmake .. -DCMAKE_INSTALL_PREFIX= < your prefix > # default to usr/local, CONDA_PREFIX or PYBOMB_PREFIX if no install prefix selected here

• Finalmente, compile los bloques de radio GNU personalizados que componen el transceptor Lora.

   (sudo) make install -j $( nproc )

• Si instaló como sudo run

   sudo ldconfig 

• Ahora debería poder ejecutar algunos códigos. Por ejemplo, abra la interfaz de usuario Companion de Radio GNU y verifique si los bloques de Gr-Lora_SDR están disponibles en la lista de bloques (por ejemplo, en Lora_tx).

   gnuradio-companion &

• Se puede realizar una verificación final del funcionamiento del transceptor ejecutando el siguiente script, transmitiendo un marco cada dos segundos:

   python3 examples/tx_rx_functionality_check.py 

Uso

• Se puede encontrar un ejemplo de un transmisor y receptor Lora en gr-lora_sdr/ ejemplos/ (tanto Python como GRC).
• Los archivos .GRC se pueden abrir con Gnuradio-Companion para establecer los diferentes parámetros de transmisión.
• El archivo de Python generado por GRC se puede ejecutar con python3 ./{file_name}.py

De conda

Gracias a Ryan Volz, este módulo OOT también se puede instalar directamente como un paquete de conda. Tenga en cuenta que Gnuradio también se instalará en el entorno de conda.

• Cree o active el entorno de conda en el que desea instalar este módulo. Consulte la Guía de inicio de Conda si aún no está familiarizado con él.
• Instale el módulo desde el canal Anaconda Tapparelj con:

   conda install -c tapparelj -c conda-forge gnuradio-lora_sdr

• Dependiendo de sus necesidades, es posible que desee instalar paquetes complementarios para Gnuradio con:

   conda install -c conda-forge gnuradio

• El Metapackage de Gnuradio instala todos los siguientes subpackages:
  • gnuradio-grc
  • gnuradio-iio
  • gnuradio-qtgui
  • gnuradio-soapy
  • gnuradio-uhd
  • gnuradio-video-sdl
  • gnuradio-zeromq
• Si no desea todos esos y sus dependencias, puede instalar las que desea individualmente:

   conda install -c conda-forge gnuradio-uhd

Uso

• Ejemplo de gnuradio-companinon Flowgraphs se instalan con el paquete y se pueden encontrar en:
  • (Linux/MacOS) $CONDA_PREFIX/share/gr-lora_sdr/examples
  • (Windows) %CONDA_PREFIX%Librarysharegr-lora_sdrexamples

Problemas frecuentes:

• No make después de sacar una nueva versión de Git
  • Si los parámetros de un bloque han cambiado en la nueva versión, primero debe limpiar la instalación anterior antes de construir el módulo nuevamente.
  • Desde dentro de la carpeta de compilación, ejecute

     (sudo) make uninstall
     make clean
     make -j4
     (sudo) make install
    

• "ImporterRor: ningún módulo llamado Lora_Sdr":
  • Este problema proviene probablemente de faltar pythonpath y ld_library_path
  • Consulte https://wiki.gnuradio.org/index.php/modulenotfoundError para modificar esas variables. Si establece un prefijo durante la llamada "CMake", omita directamente al punto C. (Verificar que las rutas existan en sus carpetas podrían ayudarlo).
• Los bloques OOT no aparecen en Gnuradio-Companion:
  • Los nuevos bloques se pueden cargar en Gnuradio-Companion agregando las siguientes líneas en Inicio/{Nombre de usuario}/. Gnuradio/config.conf (si este archivo no existe, necesita crearlo):

     [grc]
     local_blocks_path=path_to_the_downloaded_folder/gr-lora_sdr/grc
    

Colegio de cambios

• Agregar opción para ignorar las verificaciones de palabras de sincronización e imprimir los valores recibidos

• Agregar impresión opcional de la carga útil recibida como valores hexadecimales

• Se agregó soporte de entrada de secuencia etiquetada (para la definición de marco de longitud de marco)

• Formato de flujo LLR fijo entre fft_demod y deinterleaver

• Se agregaron etiquetas al inicio, longitud y resultado de CRC de la corriente de salida de la transmisión de salida CRC.

• Opción de separador agregado para la entrada de archivo

• Opción de longitud del preámbulo agregado

• Parámetro agregado para el marco de la reducción de cero

• Agregar soporte de optimización de tasa de datos de bajo

• Agregar soporte de factores de propagación de más de 7

  ...

Crédito

Este trabajo fue inspirado en https://github.com/rpp0/gr-lora por Pieter Robyns, Peter Quax, Wim Lamotte y William Tenaers. Qué arquitectura y funcionalidades se han mejorado para emular mejor la capa física de Lora.

Licencia

Distribuido bajo la licencia de licencia GPL-3.0. Vea la licencia para más información.