使用 RTL-SDR 加密狗的 Z-Wave 的 GNURadio Companion Blocks答案

【问题标题】：GNURadio Companion Blocks for Z-Wave using RTL-SDR dongle使用 RTL-SDR 加密狗的 Z-Wave 的 GNURadio Companion Blocks
【发布时间】：2019-07-31 23:07:48
【问题描述】：

我正在使用 RTL-SDR 通用加密狗来接收 Z-Wave 协议的帧。我使用真正的 Z-Wave 设备。我正在使用 scapy-radio，还下载了 EZ-Wave。但是，它们都没有为所有 Z-Wave 数据速率、调制和编码实现块。我使用 EZ-Wave 的原始解决方案收到了一些帧，但我认为我无法在所有数据速率、编码和调制下接收帧。现在我正在尝试根据他们的块来实现解决方案来实现所有这些。

Z-Wave 协议使用这些调制、数据速率和编码：

9.6 kbps - FSK - Manchester 
40 kbps - FSK - NRZ
100 kbps - GFSK - NRZ

这些是我的实际积木（现在根本无法收到任何东西）：

例如，我将解释我对接收块的看法

9.6 kbps - FSK - Manchester

RTL-SDR 来源

变量center_freq = 869500000

变量r1_freq_offset = 800e3

Ch0：频率：center_freq_3-r1_freq_offset，所以我在 RTL-SDR 源块上有 868.7 Mhz。

频率转换 FIR 滤波器

中心频率 = - 800Khz 得到频率 868.95 Mhz（欧洲）。老实说，我不确定我为什么要这样做，我需要一个解释。我正在尝试根据 EZ-Wave 实现 40 kbps-FSK-NRZ 的块（我假设）来实现这些块。他们使用 2M 的采样率和不同的配置，我不明白。

Taps = firdes.low_pass(1,samp_rate_1,samp_rate_1/2,5e3,firdes.WIN_HAMMING)。我不明白，什么应该是过渡 bw（在我的情况下为 5e3）

采样率 = 19.2e3，因为数据率/波特率为 9.6 Kbps，根据 Nyquist-Shannon 采样定理，采样率应该至少是数据速率的两倍，所以 2*9.6=19.2。所以我正在尝试将默认的 2M 从源重新采样到 19.2 Kbps。

简单的静噪

我使用默认值 (-40)，但我不确定是否应该更改它。

正交解调

应该进行 FSK 解调，我使用增益的默认值。我不确定这是否是进行 FSK 解调的正确方法。

增益 = 2(samp_rate_1)/(2*math.pi*20e3/8.0)*

低通滤波器

采样率 = 19.2k 使用相同的新采样率

截止频率 = 9.6k，我假设这是根据 https://nccgroup.github.io/RFTM/fsk_receiver.html

过渡宽度 = 4.8 也是 sample_rate/2

时钟恢复 MM

大部分参数都是默认的。

Omega = 2，因为 samp_rate/baud

二进制切片器

用于获取信号的二进制代码

Zwave PacketSink 9.6

应该曼彻斯特解码。

我想问一下，为了在所有数据速率、调制和编码下正确接收 Z-Wave 帧，我应该对我的模块进行哪些更改。当我开始接收时，我可以在 FFT 接收器和瀑布接收器上看到来自我的设备的消息。消息调试不打印数据包（如来自原始 EZ-Wave 解决方案），而仅打印数据包

Looking for sync : 575555aa
Looking for sync : 565555aa
Looking for sync : aa5555aa

根据曼彻斯特解码的 C 代码 (ZWave PacketSink 9.6)，frame_shift_register 中的值应该是什么。我看过类似的帖子，但是这有点不同，老实说，我被困在这里了。

如果有任何帮助，我将不胜感激。

【问题讨论】：

标签： gnuradio software-defined-radio z-wave

【解决方案1】：

让我们看看 GFSK 案例。首先，RTL 源的采样率，2M Baud 是相当高的。对于最大数据速率，100 kbps - GFSK，400 ~ 500kbaud 的采样率就可以了。还有电源静噪块。此块可防止低于某个阈值的信号通过。这不好，因为它过滤了可能包含信息的低功率信号。低通滤波器和 MM 时钟恢复模块之间也存在采样率问题。符号恢复模块的输出应该是 100kbaud（因为对于 GFSK，采样率 = 符号率）。使用 omega 值 2 并向后工作，MM 块的输入应该是 200kbaud。但是，低通滤波器以 2Mbaud 产生样本，是预期的 10 倍。您必须进行适当的抽取。

我曾经为我们的 CubeSat 实现了一个 GFSK 接收器。定时恢复由PFB块完成，比MM更可靠。你可以在这里找到论文： https://www.researchgate.net/publication/309149646_Software-defined_radio_transceiver_for_QB50_CubeSat_telemetry_and_telecommand?_sg=HvZBpQBp8nIFh6mIqm4yksaAwTpx1V6QvJY0EfvyPMIz_IEXuLv2pODOnMToUAXMYDmInec76zviSg.ukZBHrLrmEbJlO6nZbF4X0eyhFjxFqVW2Q50cSbr0OHLt5vRUCTpaHi9CR7UBNMkwc_KJc1PO_TiGkdigaSXZA&_sgd%5Bnc%5D=1&_sgd%5Bncwor%5D=0

还可以在此处找到有关接收器的更多详细信息： GFSK modulation/demodulation with GNU Radio and USRP

【讨论】：

【解决方案2】：

感谢您的回答，我已更改采样率。现在我仍在研究 9.6Kbps、FSK 解调和曼彻斯特解码。目前，我的 M&M 时钟恢复的输出如下所示：

我想问你对这个信号有什么看法。正如我所说，它应该是 FSK 解调，然后我应该使用曼彻斯特解码。我还需要使用 PCB 块吗？ Primary，我必须做 9.6kbps，FSK 和 Manchester，所以如果还有时间，我会看看 100Kbps GFSK NRZ。

【讨论】：

多相滤波器组 (pfb) 时序恢复是 MM 时钟恢复的替代方案。当然还有其他时序恢复算法（Gardner、early-late 等）。当没有 ISI 时，定时恢复模块的输出频率响应应该是平坦的。因此，我认为您的流程图有些问题。对我来说，峰值看起来像是一个偏移的直流偏移。我还注意到你做了两次低通滤波。有什么特别的原因吗？顺便说一句，如果您可以上传修改后的流程图图片，我们将很容易提供帮助。
由于 cmets 和链接的字符数限制，我使用 Asnwer 进行了回复。

【解决方案3】：

由于 RTL-SDR 加密狗限制（225001 到 300000 和 900001 到 3200000），采样率为 1M。

当前区块：

我不明白：

频率 Xlating FIR 滤波器的抽头 firdes.low_pass(1,samp_rate_1,40e3,20e3,firdes.WIN_HAMMING)

低通滤波器的截止频率和过渡宽度

时钟恢复 M&M 也是如此，因此请考虑其值“随机”。

时钟恢复输出：

根据您在 ResearchGate 的工作，我正在尝试使用 PCB 块。但是，我没有成功，因为我仍然不了解时钟恢复背后的所有科学。

进行两次低通滤波是因为来自scapy-radio 的 40Kbps、FSK 和 NRZ 编码的原始 Z-Wave 块是这样制作的（并且有效）：

所以我想我将只是更改一些参数和解码器（Zwave PacketSink9.6）。

我还上传了我当前的区块here。

【讨论】：

【解决方案4】：

Moses Browne Mwakyanjala，我也在尝试根据你的工作来实现那个东西。

也许时钟恢复和Manchester decoding 有问题。曼彻斯特解码使用转换 0->1 和 1->0 来编码 0 和 1。如何正确配置时钟恢复以实现曼彻斯特解码的正确采样率和转换？曼彻斯特解码器 (Z-Wave PacketSink 9.6) 能够找到前导码，并且仅以寻找同步结束。

我还想问你，我在哪里可以找到你工作中提到的调制指数“h”？

谢谢

【讨论】：