基于本人本科毕业设计的成果，设计了一套基于开源SDR项目——OpenLTE的实验指导书，可以指引读者通过平台源码、平台提供的实验和结合实验对3GPP规范的解读分析来更直观、更多元立体的学习无线通信技术，而不是纯粹的理论学习或只是进行观摩性质的演示实验。
本小节内容为OpenLTE移动通信实验平台的搭建过程，是后续实验环节的环境基。此处将详细介绍经过多次测试后可较稳定运行环境版本的安装过程。全部环境建立在实体系统的Ubuntu16.04或18.04上，进行安装前请先确认非虚拟机的系统安装完毕。如在虚拟机中运行平台将无法保证USRP与计算机的稳定连接，也无法保证平台的正常运行。
在调试过程中可能需要卸载某些插件，卸载方式均为在编译文件夹中运行：
sudo make uninstall1）在安装UHD前，需先安装所需依赖项。
在终端中运行：
sudo apt-get update若是Ubuntu 18.04系统，运行：
sudo apt-get -y install git swig cmake doxygen build-essential libboost-all-dev libtool libusb-1.0-0 libusb-1.0-0-dev libudev-dev libncurses5-dev libfftw3-bin libfftw3-dev libfftw3-doc libcppunit-1.14 -0 libcppunit-dev libcppunit-doc ncurses-bin cpufrequtils python-numpy python-numpy-doc python-numpy-dbg python-scipy python-docutils qt4-bin-dbg qt4-default qt4-doc libqt4-dev libqt4-dev-bin python-qt4 python -qt4-dbg python -qt4-dev python -qt4-doc python -qt4-doc libqwt6abi1 libfftw3-bin libfftw3-dev libfftw3-doc ncurses-bin libncurses5 libncurses5-dev libncurses5-dbg libfontconfig1-dev libxrender-dev libpulse -dev swig g ++ automake autoconf libtool python-dev libfftw3-dev libcppunit-dev libboost-all-dev libusb-dev libusb-1.0-0-dev fort77 libsdl1.2-dev python-wxgtk3。0 git libqt4-dev python-numpy ccache python-opengl libgsl-dev python-cheetah python-mako python-lxml doxygen qt4-default qt4-dev-tools libusb-1.0-0-dev libqwtplot3d-qt5-dev pyqt4-dev-tools python-qwt5-qt4 cmake git wget libxi-dev gtk2-engines-pixbuf r-base-dev python-tk liborc-0.4-0 liborc-0.4-dev libasound2-dev python-gtk2 libzmq3-dev libzmq5 python-requests python-sphinx libcomedi-dev python-zmq libqwt-dev libqwt6abi1 python-six libgps-dev libgps23 gpsd gpsd-clients python-gps python-setuptools4-dev libasound2-dev python-gtk2 libzmq3-dev libzmq5 python-requests python-sphinx libcomedi-dev python-zmq libqwt-dev libqwt6abi1 python-six libgps-dev libgps23 gpsd gpsd-clients python-gps python-setuptools4-dev libasound2-dev python-gtk2 libzmq3-dev libzmq5 python-requests python-sphinx libcomedi-dev python-zmq libqwt-dev libqwt6abi1 python-six libgps-dev libgps23 gpsd gpsd-clients python-gps python-setuptools若是Ubuntu 16.04系统，运行：
sudo apt-get -y install git swig cmake doxygen build-essential libboost-all-dev libtool libusb-1.0-0 libusb-1.0-0-dev libudev-dev libncurses5-dev libfftw3-bin libfftw3-dev libfftw3-doc libcppunit-1.13 -0v5 libcppunit-dev libcppunit-doc ncurses-bin cpufrequtils python-numpy python-numpy-doc python-numpy-dbg python-scipy python-docutils qt4-bin-dbg qt4-default qt4-doc libqt4-dev libqt4-dev-bin python-qt4 python -qt4-dbg python -qt4-dev python -qt4-doc python -qt4-doc libqwt6abi1 libfftw3-bin libfftw3-dev libfftw3-doc ncurses-bin libncurses5 libncurses5-dev libncurses5-dbg libfontconfig1-dev libxrender-dev libpulse -dev swig g ++ automake autoconf libtool python-dev libfftw3-dev libcppunit-dev libboost-all-dev libusb-dev libusb-1.0-0-dev fort77 libsdl1.2-dev python-wxgtk3。0 git-core libqt4-dev python-numpy ccache python-opengl libgsl-dev python-cheetah python-mako python-lxml doxygen qt4-default qt4-dev-tools libusb-1.0-0-dev libqwt5-qt4-dev libqwtplot3d-qt4 -dev pyqt4-dev-tools python-qwt5-qt4 cmake git-core wget libxi-dev gtk2-engines-pixbuf r-base-dev python-tk liborc-0.4-0 liborc-0.4-dev libasound2-dev python-gtk2 libzmq -dev libzmq1 python-requests python-sphinx libcomedi-dev python-zmq python-setuptools2）从源代码构建和安装UHD。
克隆源文件到本地，并进入文件目录：
git clone https://github.com/EttusResearch/uhd
cd uhd
若需查看可安装的UHD版本，运行：
git tag -l
若需安装指定版本的UHD（以3.10.0为例），运行：
git checkout release_003_010_000
若没有版本需求，默认安装最新版，此处推荐默认版本。
在存储库中创建一个构建文件夹，并在该文件夹内进行安装：
cd host
mkdir build
cd build
cmake ../
make （可在后加“-jx”参数，x为计算机核数，可加快编译速率）
make test
sudo make install
sudo ldconfig
此时便安装完毕，为了确保LD_LIBRARY_PATH定义了环境变量，并包含安装UHD的文件夹，需设置环境变量：
export LD_LIBRARY_PATH = / usr / local / lib
为了验证是否安装成功，可在不连接USRP的情况下在终端运行：
uhd_find_devices若出现以下结果，则说明安装成功。
3）最后，还要下载USRP的FPGA镜像文件，用于连接后的烧写，运行：
sudo uhd_images_downloader
全部下载完成后会有成功字样提示，不同版本可能会有不同打印字样。
1）源代码下载和版本检出。
克隆存储库，并进入文件夹，运行：
git clone --recursive https://github.com/gnuradio/gnuradio
cd gnuradio
目前GNU Radio正在进行升级的准备工作，建议检出并使用GNU Radio的v3.7.13.4分支或maint-3.7分支，运行：
git checkout v3.7.13.4 或 git checkout maint-3.7
更新子模块，运行：
git submodule update --init --recursive
2）创建构建文件夹，并进行安装。
mkdir build
cd build
cmake ../
make -j8
make test
sudo make install
sudo ldconfig
此时便安装完成，若make test时有失败项，但最后的安装指令运行后没有报错，则也是安装成功。
由于该库在Ubuntu16.04后改名，便无法通过指令安装，要单独下载包进行解压安装。需下载libpolarssl7和libpolarssl-dev。
1.3.9-2 : libpolarssl7 : amd64 : Vivid (15.04) : Ubuntu.1
1.3.9-2.1 : libpolarssl-dev : amd64 : Xenial (16.04) : Ubuntu
解压后在终端运行：
sudo dpkg -i libpolarssl7_***.deb 和 sudo dpkg -i libpolarssl-dev_***.deb
该软件为rtl-sdr的驱动程序，通过源码编译安装，过程较简单，以上环节搭好后应无报错。安装过程依次运行：
git clone git://git.osmocom.org/gr-osmosdr
cd gr-osmosdr
mkdir build
cd build
cmake ../
make -j8
sudo make install
sudo ldconfig
若无报错，则此处安装成功。
LibbladeRF为bladeRF的驱动程序，该软件通过源码编译安装，过程较简单，以上环节搭好后应无报错。安装过程依次运行：
git clone https://github.com/Nuand/bladeRF.git
cd bladeRF
cd host
mkdir build
cd build
cmake ../
make -j8
sudo make install
sudo ldconfig
1）源码获取。
此处需先单独下载源码压缩包，网址如下：
openLTE - Browse Files at SourceForge.net
在这里有全部的版本，可以按照自己需求下载对应版本，此处推荐19.04版。
2）编译安装。
下载并解压后（推荐解压至HOME目录），依次运行以下指令：
cd <解压后源码文件夹>（如：cd openlte）
mkdir build
cd build
cmake ../
make -j8
sudo make install
sudo ldconfig
若全程无报错，则安装成功；若有错误，则说明前几步安装有问题，可能由版本不匹配导致。
将USRP B210接入计算机，此处应注意使用USB3.0接口，其他接口速率不支持该实验平台要求，会影响实验过程。由于使用的是USB接口，在通过接口调用USRP时会需要管理员权限，所以在相关指令前应加“sudo”。USRP除数据连接线和裸板外，还需两根天线，否则无法完成部分实验。物理连接完成后，在计算机终端运行：
sudo uhd_find_devices
平台运行正常的打印信息如下：
至此，全部平台搭建工作完成，可进行后续实验，若安装过程中出现报错，请根据报错提示定位错误原因。
通过该实验，结合双工理论知识和终端解码信息，可直观的接触基站的下行广播，以此了解在基站运行并等待用户接入时所发送的信息，进而结合无线接入流程深入了解商用系统中的信令需求。在实验中可根据设定的频段，搜索到频段中存在于附近的频点。本系统仅支持FDD搜寻，所以在商用基站中可搜到附近的联通和电信基站，无法搜索移动基站。
1）进入程序运行文件夹。
路径为：.../openlte/build/LTE_fdd_dl_scan
2）运行频段搜索程序。
运行指令：sudo ./LTE_fdd_dl_scan
运行结果如图2.1，提示要连接控制端口。
另开终端，运行：telnet 127.0.0.1 20000
进入控制端口后可设置搜索频段，运行（以band 7为例）：write band 7
如图2.2。打印ok表示设置成功
设置完成后可开启搜索，运行：start
开启后，程序即开始在设定频段内依次滚动循环搜索，若所检索频率无对应基站，则会显示“未找到”字样。若搜到对应基站，则会打印附录图2.2-1中信息。可看出图中的为“China Unicom（中国联通）”基站。
本实验可实现任意支持4G LTE制式的手机接入OpenLTE的LTE网络，通过对接入环节中各个硬件参数的配置、操作、调试终端信息和本论文提到的理论知识，可通过实践环节深入学习LTE无线接入部分的内容。
1）USIM卡配置。
在实验开始之前，需要配置空白的测试用USIM卡，商用卡无法读取参数，且读取商用卡参数并对其进行操作涉嫌违法。需要配置的参数有：IMSI、Ki和Op，算法必须选择Milenage。写卡需要用到读卡器和写卡程序，本论文使用的读卡器是MCR3512v2.0，所用程序为商家提供。写卡方式不限于本论文使用方法，可根据自己需求和手中资源自定方案，只要符合参数和算法要求即可。
Op为运营商的根秘钥，ki是鉴权秘钥，一般一家电信运营商只有一个OP密钥，为了避免所有卡片预置同一个Op所带来的安全风险，目前很多运营商均采用在USIM卡中预置OPC，OPC是由Op和Ki经过一系列运算后得到的，这样就确保了不同卡片预置不同的OPC，无法通过一张卡片的OPC反算出运营商的Op。
其中Op值应与程序安全部分的定义（如图5.3）相同，否则会鉴权失败。IMSI前五位最好为MCC和MNC，组合“00101”用于测试，便于与OpenLTE适配。本论文测试时使用过的组合如下：
imsi=001012345678903 k=0123456789A1B2C3D4E5F60102030001
imsi=001012345678902 k=0123456789A1B2C3D4E5F60102030001
USIM卡设置完成后即可插入手机中准备测试。
2）手机配置。
在手机中需设置APN为测试网络，手机型号不同设置方式不同，一般在设置中SIM卡相关处，名称与APN可任意设置，MMC与MNC应与USIM卡、基站设置相同。
APN决定了手机通过哪种接入方式来访问网络，用来标识GPRS的业务种类。APN通常作为用户签约数据存储在HSS/HLR中，用户手机在发起分组业务时也可向网络侧SGSN/MME提供APN。SGSN/MME根据用户所提供的APN，通过DNS进行域名解析，从而获取到GGSN/PGW的IP地址，将用户接入到APN对应的PDN中。
设置APN保存并选定后，即做好连接准备，等待基站开启后接入网络。
3）基站配置及启动。
先将USRP B210连接至计算机。
进入目录：.../openlte/build/LTE_fdd_enodeb
运行：sudo ./LTE_fdd_enodeb
提示开启控制端口，另外终端，运行：telnet 127.0.0.1 30000
控制端连接至基站，此时可再另开终端，运行：telnet 127.0.0.1 30001
该终端可用于调试信息打印。
在控制端可输入“help”打印出可修改的参数与可运行的命令形式，在开启基站前，需要设置几个重要参数：频段、频点、带宽、天线增益、MCC和MNC，以上参数均有默认值，可使用默认参数运行，但天线增益默认为0，无法实现信号的收发，此处天线参数应根据用户终端能力、附近干扰情况确定，tx与rx的增益范围均为0至100dB。本论文实验测试使用的组合有：
tx_gain=60/65/100 rx_gain=30/35/100
配置完参数后，需要将用户添加至基站，需要的用户参数有：IMSI、IMEI和Ki值，IMSI与Ki均为写卡时的参数。IMEI为手机上自带的不可更改参数，需要在手机上查询。
完成以上操作便可以开启基站，以上操作与开启后控制终端结果显示如图3.1，基站端显示如图3.2。
上图中出现的“ULLLLLL”表示计算机与USRP的采样率不匹配，在系统运行中少量出现属于正常现象，因为系统启动时会有时延，进而导致硬件资源调动延迟，但若大量出现则说明计算机配置不足。更多关于该输出信息的介绍请参阅UHD官方文档。
4）手机接入。
前三步完成后，便可打开手机的“网络搜索”，来搜索可接入的LTE网络。等待一段时间后，会显示可接入的网络名称，正常情况会出现名为“USIM”或“Test PLMN 1-1 4G”的网络，点击后即开始无线接入流程，期间的部分信令交互实现细节会打印到调试终端上。等完成承载，该手机便成功注册到所选基站了，控制终端打印信息如图3.3。
到此为止，本实验操作过程完成，若想了解接入流程，便可分析调试终端的输出信息，并对照源码分析细节。
本实验基于实验一进行，是利用Wireshark监听OpenLTE在频段搜索时的网络流程，可通过监听信息更全面的了解频段搜索时所进行的信令交互。
在Ubuntu下安装并运行Wireshark，在进行频段搜索时选定127.0.0.1地址进行监听，可发现随着程序运行，每搜索一个频点，便会有一对数据的传输，如图4.1。
本实验目的在于对OpenLTE与srsLTE的双向验证，由于两者均为LTE项目，所以应当遵循同样的规范，所以两者应可以互连，通过互连过程中两者各自的提示信息和源码实现细节，可以对照学习LTE的相关知识。
实验需要两组设备，一组为srsLTE的基站，另一组用于OpenLTE的频段搜索。srsLTE基站的启动及设置请参阅同组同学的实验设计成果，本论文不做介绍；频段搜索内容请参阅实验一。
两端开启后，可从OpenLTE的搜索结果中发现srsLTE的基站信息，如图5.1所示。可从搜索结果中看出全部的基站广播消息，结合理论内容便于多维的理解接入流程。
通过项目自带例程来实现基站下行广播消息的生成与读取。在消息的生成过程中，可对部分广播消息进行自定义更改，在读取时会将全部编码信息解码，模拟一个广播消息的发方收方的消息处理过程。本实验的目的在于对下行广播消息编码与解码的观察与研究。
因为是模拟，所以全过程无需USRP，在一台计算机上进行即可。文件生成时要进入目录：.../openlte/build/LTE_fdd_dl_file_gen/python
运行：sudo ./ LTE_fdd_dl_file_gen.py <生成文件的名称>
会进入广播消息编辑界面，可编辑的信息均列出，操作命令格式也在提示信息中标明。全部参数均有默认值，可自定义修改，修改后按照指示结束编辑，便会在本目录下生成一个二进制文件，模拟为信号发送前的基带信号。
将上一步生成的二进制文件复制到读取文件的执行目录：
.../openlte/build/LTE_fdd_dl_file_scan/python
复制完成后可在该目录执行命令：
sudo ./ LTE_fdd_dl_file_scan.py <生成文件的名称>
此时便进入读取界面，可根据终端提示信息解码二进制文件，该处省略了模拟信号的传输环节，直接便是数字信号的输入。可对照编码前和解码后的广播消息是否一致，此处可以结合无线接入流程、结合频段搜索结果对广播消息进行多维观察学习。
本实验基于srsLTE实验平台完成，由于OpenLTE性能较不稳定，且不支持用户数据的传输，为了维护LTE实验的完整性，需要引入一个用户间通信的功能，而srsLTE可进行数据传输，便在该平台完成实验。可通过本实验实现贴近商用效果的LTE应用功能，实现真正的理论实际相结合。
1）USIM卡配置。
srsLTE与OpenLTE不同，有核心网程序和基站端程序，需在两者运行前将用户数据添加到数据库里，在运行时核心网会读取数据库中用户信息。在数据库中有两组默认的用户信息，可使用该处默认的信息配置USIM卡，也可自己设置参数后将其添加进数据库。
数据库原始文件为：…/srsLTE/srsepc/user_db.csv.example
但由于安装方法不同，使用中的数据库会在不同的地方，名为user_db.csv。具体介绍请见同组同学基于srsLTE的论文。本论文使用的是数据库中默认值，写卡步骤参阅实验二。
2）手机配置及连接。
手机的APN配置与连接设置参阅实验二。此处要使用两部手机
3）开启核心网与基站。
srsLTE要先运行起核心网程序，再运行基站程序。两者工作后将自动搜索可连接终端，正常情况下，两部手机均可接入网络，接入后基站显示如图7.1所示。
核心网运行命令：sudo srsepc
基站运行命令：sudo srsenb
4）手机通信。
由于两手机连入LTE网络后，核心网会分配IP地址给两手机，所以可以利用TCP/IP协议进行应用层的数据传输，本实验利用一组聊天APP实现数据传输，一端作为服务器，另一端作为用户端.。
PS：最后附实物图
引用OpenLTE：
Ben bwojtowi. openLTE wiki[EB/OL]. https://sourceforge.net/p/openlte/wiki/Home/，2019-4-10.