LuaRadio介绍 - 技术栈

介绍

LuaRadio是一个用于构建信号处理流程图的框架

在软件定义的无线电流图中，源和接收块倾向于实现某种I/O，如从SDR加密狗读取样本，或将样本写入IQ文件，而处理块倾向于计算，如滤波器和乘法器。

数据类型说明

LuaRadio块具有与其输入和输出端口相关联的数据类型。例如，一个乘法器块可能支持名为in1和in2的复数值输入，并支持名为out的复数值输出。它还可以支持实值输入in1和in2，并支持实值输出out。与输入和输出端口相关联的每个数据类型集合称为类型签名。

LuaRadio为流图中的每个块自动选择正确的类型，以便在块之间的连接中输出和输入类型匹配。

关于采样率

LuaRadio块有一个与之相关的采样率，不需要人工强制设置(类似Gnuraido)，下游区块继承并可能修改其上游区块的采样率。例如，插值块和抽取块将分别对采样率进行乘法和除法运算。

关于流图的结束状态说明

虽然有些流程图可以描述连续运行的系统(例如，宽带FM广播电台接收器)，但LuaRadio流程图不一定永远运行。如果一个源终止，当最后的样本在图中传播时，框架将优雅地折叠流图。

与GnuRadio的对比

目的

LuaRadio不是GNU Radio的替代品，而是一个更倾向于脚本和原型的替代品，强调快速、无编译的块开发。
体量对比

GNU Radio往往有很大的空间占用。一个典型的二进制GNU Radio安装的重量超过100MB。当安装包含开发支持时，boost开发头文件和许多其他库和工具(gsl, blas, swig, orc等)可以再增加100MB或更多。

在时间和依赖方面，GNU Radio也有很大的编译要求。GNU Radio框架及其模块的编译通常是缓慢的，并且由于对boost的依赖，可能是不稳定的。当底层GNU Radio或boost运行时更新时，编译版本的GNU Radio模块和应用程序可能以复杂的方式中断。这些模块和应用程序可能需要常规的重新编译(有时是按照特定的顺序)，以便与更新后的库以及彼此正确链接。

LuaRadio的总内存占用大约为1MB，它的块不需要编译。LuaRadio对非实时应用的依赖为零，并且可以在实时应用中使用liquid-dsp或VOLK进行加速。liquid-dsp共享LuaRadio对最小依赖的亲和力，并使嵌入式Linux平台更容易访问软件定义的无线电。
协议对比

GNU Radio使用GPL v3。

LuaRadio的许可是MIT。
扩展

GNU Radio块通常是用c++编写的，并且往往有许多用于构建、Python绑定、图形编辑器绑定和测试的样板。这可以通过工具来缓解，例如gr_modtool，但对某些人来说，这可能会增加框架的不透明性。

LuaRadio块是用纯Lua编写的，基本上没有样板文件，不需要编译或绑定。使用LuaRadio，脚本的便利性既适用于定义流程图，也适用于开发块。
数据结构对比

GNU Radio块每个只能支持一种类型签名，这就把块类型区分的问题推给了用户。GNU Radio已经开发了一个丰富的命名法，用于用类型签名注释它们的块名，使用像_cc和_ff这样晦涩的后缀，例如multiply_cc, multiply_ff, fir_filter_ccc, fir_filter_ccf, fir_filter_fff等。

LuaRadio块可以支持多种类型签名。例如，MultiplyBlock和FIRFilterBlock可以同时接受复数值和实值的输入/输出类型，框架将根据流图中块的连接自动区分正确的类型签名。这有助于代码重用和整合，以及在定义流程图时的易用性。
关于采样率

GNU Radio要求用户手动指定需要它的每个块的采样率。一些块需要规范化参数(例如角频率)，这也要求用户计算正确的规范化。

LuaRadio在所有块之间自动传播采样率。这减少了块所需的配置量。
性能对比

一般来说，LuaRadio的性能与GNU Radio的性能处于同一级别。在计算成本较高的模块中，比如过滤器，LuaRadio的性能与GNU Radio相当，甚至略好一些。在其他情况下，LuaRadio的性能可能在GNU Radio的30%到80%之间，但这通常是针对已经处于非常高吞吐量领域的块。在少数情况下，LuaRadio的性能超过了GNU Radio的性能。

总体来说GNU Radio的总体性能仍然优于LuaRadio。
成熟度

GNU Radio拥有更大的社区、更多的模块、更多的硬件支持和更成熟的代码库。

LuaRadio没有像GNU Radio Companion (GRC)那样的图形流图编辑工具。

例子-混频两个单音信号

lua代码-test.lua

local radio = require('radio')

-- Blocks
local source1 = radio.SignalSource('cosine', 125e3, 1e6) -- 125 kHz cosine source, sampled at 1 MHz
local source2 = radio.SignalSource('cosine', 75e3, 1e6) -- 75 kHz cosine source, sampled at 1 MHz
local mixer = radio.MultiplyBlock() -- Multiply block
local throttle = radio.ThrottleBlock() -- Throttle block
local sink = radio.GnuplotSpectrumSink() -- Spectrum plotting sink
local top = radio.CompositeBlock() -- Top-level block to contain the flow graph

-- Connections
top:connect(source1, 'out', mixer, 'in1')
top:connect(source2, 'out', mixer, 'in2')
top:connect(mixer, throttle, sink)

-- Run it
top:run()
运行脚本

./luaradio test.lua
流图
频谱图
说明

此脚本实现了将125KHz和75KHz的两个单音信号混频，得到200Khz和50Khz的和频和差频信号。