摘 要

随着移动通信技术的延绵不断的发展，现如今已经发展到了第五代移动通信技术，并且计划2020实现5G技术的商用。尽管通信技术已经发展的如此迅速，但是现在任然存在着第二代、三代移动通信和第四代移动系统。如果对每一代系统都设计相应的硬件接收机系统，这必将导致极大的浪费和资源的消耗。在1992年5月，MILTRE公司Jeo Mitola提出的软件无线电概念，将无线电的各个功能由软件进行实现，如果要实现新的调制解调方式只需要增加一个软件模块就可以了，它可以产生各种调制波形和实现各种通信协议，所以可以适配旧的通信系统，节约了成本，延长了收发机的使用寿命。本文主要针对软件无线电中的数字调制解调技术做了研究。主要研究了π/4DQPSK和16QAM调制解调技术，并且对调制过程中由于载波提取困难出现的频谱偏移提出对应的解决方法。

关键词：通信技术 软件无线电 π/4DQPSK 16QAM

Abstract

With the continuous development of mobile communication technology, it has now developed into the fifth generation of mobile communication technology, and plans to achieve commercialization of 5G technology by 2020. Although communications technology has developed so rapidly, there are still second-generation and third-generation mobile communications and fourth-generation mobile systems. If corresponding hardware receiver systems are designed for each generation of systems, this will inevitably lead to great waste and resource consumption. In May 1992, the concept of software radio proposed by MIRTRE company Jeo Mitola implemented the various functions of the radio by software. If a new modulation and demodulation method is to be implemented, only one software module can be added, and it can produce a variety of Modulation waveforms and implementation of various communication protocols, so it can adapt to the old communication system, saves costs and extends the life of the transceiver. This paper focuses on digital modulation and demodulation technology in software radio. Mainly studied the π/4DQPSK and 16QAM modulation and demodulation technology, and proposed a corresponding solution to the spectrum shift that occurs due to carrier extraction difficulties in the modulation process.

Key words:

Communication technology

Software Radio

π/4DQPSK

16QAM

目 录

摘要

Abstract

第一章 绪论 1

1.1软件无线电概述 1

1.2软件无线电的研究现状与发展趋势 1

1.3数字调制解调技术的研究现状与发展趋势 3

1.4本文研究的主要内容 4

第二章 软件无线电部分相关原理 5

2.1整数倍抽取重采样 5

2.2整数倍内插重采样 8

第三章 π/4DQPSK调制解调技术 10

3.1 π/4DQPSK信号调制解调原理 10

3.2 π/4DQPSK信号调制技术 12

3.3π/4DQPSK信号解调技术 13

3.4π/4DQPSK信号频偏估计算法 14

第四章 16QAM调制解调技术 19

4.1 QAM信号基本概念和调制原理 19

4.2 QAM星座图性能分析 21

4.2.1 16QAM信号的峰值-均值比γ 21

4.2.2 16QAM信号的最小欧几里得距离dmin 22

4.2.3 基于软件无线电的16QAM调制框图 22

4.3已调突发信号的同步算法 23

第五章 信号的仿真与分析 25

5.1 π/4DQPSK信号的仿真与分析 25

5.2 16QAM信号的仿真 27

5.3 16QAM仿真信号的分析 28

总结 31

参考文献 32

致谢 33

第一章 绪论

1.1软件无线电概述

软件无线电（ software radio），也称为软件定义无线电（ software Defined radio），是以总线方式或者交换方式形成的高速的通用平台，可以在这种平台上安装使用模块化、标准化和通用化的软件，是可以使得无线电台同时支持多种无线电技术的一种开放型体系结构。传统的无线电台是通过硬件作为无线电的基础平台的，而软件无线电是以软件为基础作为无线电平台的，这打破了硬件对无线电台设备的束缚。随着软件无线电的不断发展，促使着移动通信取得了又一次巨大的飞跃，由硬件到软件的巨大的飞跃。

1992年5月，MILTRE公司的Jeo Mitola首次明确提出了软件无线电（software radio）的概念。它的核心理论是构建一个开放性的、标准化的、模块化的通用硬件平台。将无线电台中的各种功能由软件来实现，例如无线接收机中的调制频段、通信传输协议、传输数据格式等都可以使用软件来实现，从而打破了硬件的束缚，使得在旧硬件的平台上使得通信系统得到新的发展。 通过向软件无线电平台中添加不同的软件模块实现不同的功能，而软件无线电通用平台的硬件系统也可以像台式电脑一样更新硬件系统。与此同时，由于软件无线电可以同时兼容旧的通信系统协议，这样就可以延长电台的寿命，使得成本得到了巨大的降低。

1.2软件无线电的研究现状与发展趋势

现如今的通信系统中，传输信号的数据类型丰富多样，假如说按照传输一种数据类型的通信系统就要对应的设计一种硬件电路，那么针对支持传输多种数据类型的通信系统设计的电路必然是非常的复杂的，其成本花费也将巨大的提高。例如说ATamp;T贝尔的实验室中开发出的美国的蜂窝电话系统AMPS，和欧洲在80年代中期开发出的全接入通讯系统TACS相比，只是带宽的频率不同，其余的指标参数都是相同的。当时因为还没有软件无线电的出现，所以针对这两个系统设计了俩个不同的硬件系统，而且这两个系统也不能相互兼容。如果利用软件无线电的思想去实现这两个系统的话，只需要在软件无限电的通用的平台上加入不同的带宽软件模块，就可以在同一个硬件平台上实现这两种不同的通讯系统。这样就可以大大的减少硬件电路的设计，节约了成本，提升效率。在移动通信的发展历程中，经历了4代移动通信的发展，目前正在经历第五代移动通信的发展。从第三代移动通信开始，软件无线电的技术正逐渐在实际过程中使用，但是由于第三代移动通讯还是和上一代通讯系统采用了相同的“定制式”的框架，所有的硬件模块都是根据待定的系统标准进行设计的，不具有通用、兼容性，该通信系统也不具有可扩展的能力，所以说第三代通讯系统还是属于数字无线电。软件无线电技术真正的开始使用是在第四代无线通讯系统中体现出来的，是4G走向未来的通道。它既能减少通讯硬件开发的风险，又能使得开发系列产品变得更加的方便。与此同时，由于使用了DSP，解决了廉价RF（Radio Frequency）的不足的问题，因为实际使用过程中，RF不但特别贵而且使用也不灵活，其宽带的RF也是非线性的，软件无线电的出现弥补了这些不足之处，并且成本也有了很大的降低。

软件无线电技术的前景和发展趋势有着巨大的发展空间，该技术当前早已普遍使用在无线通讯领域，特别是在移动终端和军事方面表现突出。

随着人们对通讯的需求的不断增大，通讯产品迭代周期变短，系统开发费用不断的增大。新旧通讯系统协议同时存在，各种各样的通讯系统之间的互联互通变得非常的复杂和困难。所以急切的需要一个通用的通讯平台既可以支持新的通讯系统，又可以兼容旧的通讯系统。此时软件无线电的出现切切实实的解决了这个巨大的通电，使得通讯系统又迎来了又一次巨大的飞跃。

当软件无线电出现以后，使得通讯发展迅猛发展，是继固定通讯到移动通讯、模拟通讯到数字通讯两次变革后，从硬件转变为软件无线电的有一次巨大的飞跃与变革。软件无线电技术在经历的几代移动通讯的过程中都起着至关重要的作用，解决了新旧通讯系统互联互通的问题，打破了硬件对通讯行业发展的束缚，使得通讯行业的开发成本巨大的降低。众所周知，很多高科技产品最开始都从军用产品转化为的民用产品，软件无线电也不例外。它最早是由美国在联合多种部队同时进行军事演练时提出的一个新概念。因为不同的部队具有不同的通讯协议，其通讯系统所在的频段也不相同，因此在当时没有软件无线电的情况下，多部队联合作战会遭遇到难以互相沟通互相联系互相操作的问题。在以前，不同部队的军事通讯电台不管是通讯工作频段，还是通讯数据传输的种类或者说是通讯体制，陆军、空军和海军都是不相同的，而且互相不能兼容对方的通讯系统。在1995年的时候，美国提出了一个为了解决多部队、多军联合作战遇到的难以互相沟通互相联系互相操作的问题，从而开发出了可以适应多部队、多军队联合作战的通讯电台的计划，该计划叫做SPEAK easy.开发的通讯电台必须支持多种通讯频段，具有多种通讯模式的特点，称这个电台叫做MBMMR电台。随着时间的不断推移，对通讯系统的需要越来越多，美国国防部又提出了SPEAK easy Ⅱ计划和SPEAK easy Ⅲ计划。软件无线电技术不仅仅在多部队、多军队联合作战时候有用，而且该新技术在军事作战中也有巨大的发展前景，尤其是在电子战中作用至关重要的。电子战的通讯频段非常的广泛，几乎可以包括整个通讯频段范围。其处理的通讯信号种类特别多，都在处于被动的接受的状态下工作。而且当今电子战正对的通讯系统的都是固定的，没有任何的灵活性。一旦该电子战系统针对的通讯信号数据发生了任何的变化，这个系统就会进入瘫痪，毫无战争作用，只是一堆没有用的废铁。所针对这个毫无任何灵活性的电子战系统，必须开发出一个可以适应在通讯信号变化的情况下任然可以发挥作用的电子战作战系统。该电子战系统必须具有干扰的通讯频段范围很宽，要灵活的适应信号波形，而且它的扩展能力必须要强，兼容性要好。该新型电子战不但可以对通讯信号进行干扰，而且还可以对雷达信号进行干扰，能够主动识别出敌方和我方的通讯信号和对导航系统做出适应的整体电子战作战系统时现代信息作战不可缺少的要求。针对新型的电子战系统的这些要求，考虑到软件无限点多具有的特点和优点，最佳的途径是利用软件无线电来实现这些需求是再合适不过的了。软件无线电技术在不断的发展，不断的走向成熟，承载着上两次移动通讯变革的创新精神，不断进步发展，相信在不久的将来，新的通讯技术可以更加有效的处理多种通讯业务，最终使得世界上各种各样的通讯系统都能够互联互通，实现无缝的链接，并且能够互相兼容。

1.3数字调制解调技术的研究现状与发展趋势

信号调制技术的数字化的发展情况非常的迅速，当今的通讯系统的重要的手段就是将信号的调制和解调技术进行数字化。在电台信号发射机的发射端用一个高频段的信号载波也运输处在低频段的传输信号载波，处在高频段的载波的波形参数随着有用信号的参量随之变化。信号的解调就是信号的调制过程的逆过程，它是将有用的低频段的信号从高频段的载波的波形中提取出来，从而达到传输信息的目的。

基带的信号传输系统和频带的信号传输系统共同组成了数字传输系统。在基带的信号传输系统中，该系统要求信号传输的信道具有低通的特点，但是，在实际的通讯环境中，无线通讯信道很多都是带通的信道。所以必须我们必须利用高频率的载波信号对处在基带的数字信号在频带传输的系统中进行调制。数字调制技术的载波调制和模拟通讯中的信号的调制是没有什么差别的，也是通过改变载波的波形的幅度、相位或者频率中的一个参数或者多个参数。但是考虑到数字信号具有离散时间和离散值的特点，使得传输信号的载波也出现离散化，我们将这种数字离散化的调制方式叫做“键控法”。在目前已经研究出来的数字调制技术中，有三种数字调制技术是基本的数字调制技术。通过控制载波的幅度来传输信号的振幅键控（ASK），通过选择传输高频载波的频率来传输信号的移频键控（FSK），还有通过改变传输信号的载波的相位来传输信号的移相键控（PSK）。这三种调制技术是基础，存在着很多的不足之处和缺点，比如说频带的利用率特别的低。抗多径的干扰能力也非常的差等等。这些年来人们为了解决这些基础的调制技术的缺点，开发出了新的调制技术和解调技术，并且在实际通讯中已经运用。

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