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1、上海交通大学 硕士学位论文 基于软件无线电的抗干扰FSK数传通信技术研究 姓名：姚成 申请学位级别：硕士 专业：计算机软件与理论 指导教师：卢宏涛 20070101 上海交通大学工学硕士学位论文 IV 摘 要 以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以现代微电子技术为支撑的 软件无线电技术自从 90 年代初被提出以来，取得了引人注目的进展，引起了包括 军事通信、个人移动通信、微电子以及计算机等电子领域的巨大关注和广泛兴趣。 软件无线电突破了传统的无线电台以功能单一、可扩展性差、以硬件为核心的设计 局限性，强调系统功能软件化和硬件电路模块化的特点，便于实现低成本的更新和 系统兼容，以支持多样
2、化的通信标准。 本论文以软件无线电的理论为基础，结合软件无线电本身数字信号处理的特点 研究 FSK 的解调算法。主要从以下几个方面开展了深入研究： (1) 介绍了软件无线电的基本概念，本课题研究的目的、意义和目前国内外的发 展现状。 (2) 介绍了软件无线电接收机的理论基础和并行处理系统基础。主要包括软件无 线电接收机所需的一些基础理论，包括信号采样定理、数字正交变频、多速率 信号处理基本理论等，以及并行处理系统的基本概念和研究内容。 (3) 研究软件无线电中 FSK 解调算法及 DSP 实现方法。首先介绍 FSK 信号的基 本特征、常用接收方法以及性能，然后重点研究 FSK 信号数字非相干解
3、调模型 和基于多 DSP 软件无线电平台的实现。 (4) 提出了抗干扰 FSK 数传通信系统的数据帧结构，以及相应的帧同步方法。 最后给出了整个论文的结论。 关键词：软件无线电, 数字信号处理, 并行处理, FSK 上海交通大学工学硕士学位论文 V ABSTRACT SDR (software defined radio) has got quiet great evolution since it was raised in the early 1990s, which is based on the theory of modern communication, with the core
4、 of digital signal processing, and supported by the technique of micro-electronic. SDR has attracted the attention of military communication, personal mobile communication, micro-electronic, computers and other electronic fields. SDR breaks the limited design that the traditional radio has a single
5、function with badly expansibility hardware, emphasizes the characteristics of the software realization of the system functions and the modularization of the hardware, and makes it easy to update the system with less cost so as to support multiple communication standards. Based on the theory of SDR,
6、the algorithm of demodulation of FSK signals and a universal multi-DSP platform are discussed and researched with the properties of digital signal processing in SDR receiver and characteristics of fixed-point DSP chip. The experiment on anti-interference FSK data transmission was carried out with th
7、e conventional AM/FM transceivers working on VHF/UHF band on this platform. A research on the topic was carried out deeply in the following aspects. (1) The basic concept of SDR, the motive, the significance and the internal and overseas actuality on the topic of the research was introduced. (2) The
8、 basic theory of SDR receiver and parallel processing system were introduced. It presents the related fundamental theory of the SDR receiver, including the signal sampling theory, signal processing with multiple speed, etc. and the basic concept and content of parallel processing system. (3) The alg
9、orithms of demodulation of the FSK signals and implement on DSP platform based on SDR were researched. First, the basic characteristics of the FSK signals, the receiving methods in common use and the capacity were introduced. Then, the model of the digital non-coherent demodulation of the FSK signal
10、s and the implement on DSP platform were researched emphatically. 上海交通大学工学硕士学位论文 VI (4) The frame structure and the method of synchronization on anti-interference FSK data transmission were presented. At last, the conclusion of the thesis was presented. KeywordsKeywords: Software Defined Radio, Digi
11、tal Signal Processing, Parallel Processing, FSK 上海交通大学工学硕士学位论文 48 缩略语 FSK :Frequency Shift Keying 频移键控 ASK: Amplitude Shift Keying 幅移键控 DSP: Digital Signal Processing数字信号处理 SDR: software defined radio软件无线电 PE: Processing Element处理单元 DPFSK: Discrete Phase Frequency Shift Keying不连续相位频移键控 CP FSK: Conti
12、nuous Phase Frequency Shift Keying不连续相位频移键控 NCO: Number Control Oscillation数字控制振荡器 上海交通大学工学硕士学位论文 II 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：姚成 日期： 2007 年 1
13、月 29 日 上海交通大学工学硕士学位论文 III 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上 海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名：姚成 指导教师签名：卢宏涛 日期: 2007 年 1 月 29 日 日期：2007
14、年 1 月 29 日 上海交通大学工学硕士学位论文 1 第1章 绪论 1.1 研究本课题的目的和意义 无线通信是现代通信中不可缺少的手段，常见的无线通信系统有：短波通信、 蜂窝移动通信系统、微波通信系统、卫星通信系统。这些系统的频段覆盖了 HF、 VHF 和 UHF 等很宽的频率范围，其调制方式有 SSB、FM、GMSK、QPSK 等多种 制式，其多址方式有 FDMA、 TDMA 和 CDMA 等，系统的控制协议也各不相同。 随着无线个人通信系统的发展，使得新的系统层出不穷，产品生存周期越来越短， 原有的以硬件为主的无线通信体制难以适应这种局面，因此软件无线电的概念应运 而生。软件无线电(So
15、ftware Defined Radio, SDR)的概念是由 MILTRE 公司的 Joe Mitola 于 1992 年 5 月首次明确提出的。它把硬件作为无线通信的基本平台，而把 尽可能多的无线及个人通信功能用软件来实现。这样用一部无线电台就可以在不同 频率范围、不同体制的蜂蜜通信网中通信，并可以与各种军用电台互联、互通，从 而彻底解决了各部门的互通等问题。这是继模拟到数字、固定到移动之后，无线通 信领域又一次重大突破14。 软件无线电通过运行在通用硬件上的软件来定义大量的功能，不用修改硬件就 可以增强系统功能，用户在通用硬件平台基础上，以适合具体应用的软件来满足通 信需求。它的优势主要表现在以下四个方面： (1) 系统的结构通用，功能实现灵活； (2) 系统的改进和升级方便； (3) 不同通信系统之间可以进行通信； (4) 具有良好的复用性。 在军事领域，随着技术的进步，战争手段不断变化，在现代的数字化战场上更 加需要广泛的系统互操作性，因此互操作性和无缝通信是军方的一项基本需求。 只有采用软件无线电实现的军用电台的业务种类、工作速率、调制方式、接口类 型、工作频率、加密方式等可实时变化。而且软件无线电各方面有详尽的规范定 义，标准化、模块化程度高，符合即插即用要求，而且兼容大多数现役电台，能 满足各军种需求，是未来军队普遍装备的通信设备，因而市场需
