摘 要

本文主要是关于基于软件无线电的16QAM调制解调技术方面的研究。在信息化时代的今天，各种关于无线通讯的理论和设备层出不穷，这不仅导致了相关的研发费用攀升、硬件系统更新换代和被淘汰的速率增加等问题，还导致了带宽利用效率低下，频谱资源的浪费严重等问题。发展软件无线电技术，发展基于软件无线电的新型数字调制解调技术就是解决以上问题的良方。

论文对软件无线电技术的相关原理、概念、优点、发展情况和应用前景都做了详细的说明，对论文使用的GNU Radio软件无线电开发平台，以及无线电硬件平台HackRF也在自己充分理解和掌握的前提下做了系统介绍，并且展示了自己的成果。对QAM调制解调技术，尤其是16QAM，论文更是从原理上做了详细说明，并且利用GNU Radio软件进行了16QAM信号的发射等操作。

关键词：软件无线电技术；16QAM；GNU Radio

ABSTRACT

This article mainly deals with the design of 16QAM modem based on software radio technology. In the era of highly developed of science and technology, more and more new wireless communication theories and equipment are emerging in large numbers, which not only led to the rising of Ramp;D costs, and the speed of the hardware systems’ replacement is getting faster and faster, but also led to the inefficient use of bandwidth, and the lack of spectral resources. The development of software radio technology, the development of software-based radio based on the new digital modulation and demodulation technology is a good way to solve the above problems.

The paper discusses the principles, concepts, advantages, development and application prospect of software radio technology. The GNU Radio software platform and the wireless hardware platform HackRF are also fully introduced under the understanding of myself, this article also shows many results. The QAM modulation and demodulation technology, especially the 16QAM, the article has made a detailed description of the principle, and finally this article has transmitted a signal of 16QAM successfully.

Keywords：Software Defined Radio；16QAM；GNU Radio

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的和价值 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3本文的内容和结构安排 4

第2章 软件无线电技术与数字化调制解调技术 5

2.1 软件无线电的概述 5

2.1.1 软件无线电技术发展的意义 5

2.1.2 软件无线电技术的概念 5

2.1.3 软件无线电的特征 7

2.1.4 软件无线电技术的运用及发展趋势 7

2.2 数字化调制解调技术概述 8

2.2.1 基本数字调制解调技术的概述 8

2.2.2 正交振幅调制解调技术（QAM）简介 9

第3章 GNU Radio软件无线电技术 10

3.1 GNU Radio软件无线电平台 10

3.1.1 GNU Radio无线电平台综述 10

3.1.2 GNU Radio软件结构模式 10

3.1.3 GNU Radio常用的硬件平台简介 11

3.1.4 图形化的信号处理开发工具 GRC 12

3.2实验平台的搭建和调试 12

3.3 FM广播接收机流向图 15

第4章 16QAM调制解调技术 17

4.1 16QAM调制技术 17

4.2 16QAM解调技术 21

4.2.1 16QAM解调原理 21

4.2.2 载波同步理论 22

4.2.3 符号同步理论 23

4.3 16QAM信号的发射 23

第5章 总结和展望 27

参考文献 28

致谢 30

第1章 绪论

随着信息时代的来临，信息资源的获取和分享对于人们来讲变得越发的重要，人们为此所进行的研究也越来越多。在这样的大背景下，本文针对软件无线电技术和16QAM调制解调方式做了一些研究。

1.1 研究的目的和价值

随着社会的进步和信息技术革命的深入进行，人类在跨过了以蒸汽机为主要动力的第一次工业革命和以电力得到广泛应用为主要标志的第二次工业革命，终于以稳定矫健的步伐迈入了信息技术时代。在这个时代里，信息的获得和分享得到了全社会越来越多的目光的关注，世界各国对此更是给予了很高的重视，大量培养相关的科学技术人才，不断地进行开拓创新，发展本国的科技硬实力，提高自己在国际上的竞争能力。我们每时每刻也都可以感受到这种发展成就所带来的日新月异的变化，社会生活因此变得更加便捷，也愈加丰富多彩。

无线通讯(Wireless communication)技术是信息时代里各国进行研究的重点，它是利用电磁波信号能够在自由的空间里任意传播的特征来进行信息交换的一种通讯方式。无线通讯技术因为它的优点而被广泛应用于气象、农业、军事、商业等诸多领域上，它为人类提供了各式各样的服务，满足了社会上各种各样的需求，对它的研究业已产生了许多重要成果和新的技术，例如NFC（近场通信，Near Field Communication），它又被称为近距离无线通讯，能够允许电子设备之间进行非接触式点对点的数据传输交换；再如我们日常生活中经常提到和使用的蓝牙传输技术（Bluetooth），该技术在其最开始的时候由电信行业的龙头企业爱立信公司提出，现在则是由蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group，简称SIG）负责管理，蓝牙传输技术是一种短距离的无线通讯技术，能够实现固定和移动设备以及个人楼宇域网之间的短距离数据的传输和交换。无线通讯技术虽然带给了我们日常生活很大的方便，让我们能随心所欲进行交流和获取需要的资讯，但是它如此迅猛的发展和立体广泛的运用也引发了一系列的问题，例如这导致了每一个通讯设备能够利用的带宽不断减少，频谱资源也因此变得更为稀缺紧张。缺乏改变的带宽和速率的调制解调方式已经难以满足频谱资源必须得到高效利用的要求，也难以满足当代社会越来越多的需求，也就意味着该技术在很多方面已经落后于时代发展的潮流，迫切需要新的理论新的技术成果来加以弥补。

事实上，信号在传输的过程当中都会占用一定的带宽，无线通讯技术的发展趋势就是数字信号逐渐取代模拟信号成为主流，但是数字信号在传输过程当中所占用的带宽比模拟信号要多很多，这就更加导致了可利用的带宽信道资源的紧张。如何在有限的带宽信道资源中更加高效且有效地传输大量的数据信息，如何解决好带宽的有限性和大量数据传输之间的矛盾，人们作出了很多积极有效的尝试。软件无线电技术（Soft Defined Radio，简称SDR）理论的提出和深入的研究，为无线通讯中频带资源能够得到高效利用提供了一个良好的解决方案。软件无线电技术的应用，可以解决诸如无线通讯产品更新换代过快，研发费用高昂但是频带利用率却很低等问题，无线通讯系统可扩展性差，灵活性低，功能也相对较少等很多现实问题，且SDR技术更加标准，更加灵活，更加开放，有着无可比拟的优势。QAM（Quadrature Amplitude Modulation的缩写）调制解调方式，因为其本身所具有的频谱利用率高的优点，从而被广泛地运用在太空通讯、卫星通讯和移动通信等诸多领域当中。面对繁乱庞杂的无线通信系统，用基于软件无线电的带宽可变的QAM调制解调器来作为传输数据信号通用的调制器，这样就可以极大地降低通信设备和系统的复杂程度，使得各通信模块能够重新反复地得到利用，降低了损耗，与此同时还可以进一步提高频谱资源的利用效率，解决无线频带利用紧张的问题。16QAM调制解调是QAM调制解调方式的一种，故针对16QAM调制解调器的设计是具有现实意义和实践价值的。