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1、基于软件无线电QPSK调制解调实现的研究摘要软件无线电在无线通信领域被称为是自模拟通信过渡到数字通信之后的又一次革命，在军用和民用方面都有着广阔的应用。它是一种新的无线通信技术，基于通用的可编程的硬件平台，把尽可能多的通信功能用软件实现，从而使系统的改进和升级都非常方便，容易实现不同通信系统之间的兼容。调制与解调是整个数字通信系统基带处理的基本组成部分，也基本上构建了数字通信系统的总体性能框架。其中，QPSK调制与解调是一种性能较好，易于实现且已广泛应用于实践的调制解调方式。本文在深入地研究了国内外有关软件无线电调制解调方面论文的情况下，以现代移动通信最常使用的QPSK调制解调模式为研究对象，
2、给出了具体的调制解调实现的方法，Matlab仿真。关键词 : 软件无线电，QPSK，调制解调，matlab仿真。ABSTRACTSoftware radio has called another revolution in radio communication after transition from analogue communication to digital communication. It has vast use in both of military and civil. Software radio is a novel wireless communications
3、technology, which is based on a versatile programmable platform to realize all kinds of communications criterions and to meet the need of many increasing new molds and function. When doing this, the change and upgrade of the system are convenient, and different systems can communicate effectively.Mo
4、dem is the basic elements of the whole digital communication system and the performance of digital communication system is influenced easily and has been used in the projects widely. QPSK is a linear narrowband modulation, which has the features of high spectrum utilization, better spectrum specific
5、ation, and stronger ability of anti-fading and applicability of non-coherent detection.This article by thoroughly studied the domestic and foreign related software radio modulation and demodulation aspect papers , Take QPSK as the research object . Produced the detailed modulation and demodulation r
6、ealization method .Implement and test the QPSK using MATLAB.Key words: Software radio, QPSK, Modulation and demodulation, matlab Simulation.第一章 绪论1.1引言回顾通信的发展历史，可以看到通信技术发展迅速。其原因除了在于生活实际、社会要求和新器件发明的推动之外，通信理论的指导也起着十分重要的作用。在20世纪40年代至50年代通信理论的发展出现了高峰，过滤和预测理论、香农信息论、纠错编码理论、信号和噪声理论、调制理论及信号检测理论等使通信理论在有效性和可靠
7、性等方面的研究出现了突破。当今，随着数字信号处理技术和集成电路制作工艺的发展，现代通信正朝着数字化方向发展，并融入计算机技术。当前广播电视领域的数字化革命也充分说明了这一点，而且它对人们的生活方式影响深远。移动通信发展到现在，出现了多种通信制式、多种通信标准并存的现象。例如第二代移动通信就有GSM、窄带CDMA等，第三代移动通信的主流标准有WCDMA、TD-SCDMA和CDMA-2000。现有系统标准众多，新旧体制并存，而通信技术发展日新月异，新的制式、标准又不断涌现，运营商和移动用户对多模式的需求不断增长。目前第三代移动通通信系统已在我国实施。第三代移动通信的三种主流标准的调制解调方式都涉及
8、到了QPSK，这就要求第三代移动通信系统最好能与GSM移动通信系统，CDMA通信系统相兼容。这就需要研究两种或两种以上模式（或称为多模式）的调制解调问题。如果仍像以前完全用硬件来实现移动通信的多模式调制解调，就会给用户和运营商带来许多问题。一是就硬件方面来实现多模式调制解调难度很大，二是通信技术迅速的升级换代也给运营商和用户的投资带来很大的损失，三是用硬件实现缺少灵活性。针对这种情况，可以在移动通信的调制解调中引入软件无线电，充分利用软件无线电技术带来的系统灵活性和通用性，实现移动通信中多种调制方式的并存，以及实现与先前的移动通信系统调制解调方式的兼容，并对将来新的通信所采用的调制解调方式的引
9、入和升级带来非常大的便利，保护了运营商和用户的利益。显然,研究软件无线电中的调制解调技术对于现代移动通信技术发展的非常必要。本文所要做的具体的工作就是要实现软件无线电中的QPSK的调制。1.2软件无线电的起源及发展现状软件无线电技术起源于军事通信应用的需要。通过近20年的发展，无线通信在现代通信中被广泛应用于商业、军事、民用等领域。随着通信技术的发展，在军事通信领域，各军兵种之间采取了不同的通信体制，不同的频段，波形以及调制方式，完成各自的通信任务。在民用通信领域，以第三代移动通信为例，有W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等标准，这些通信系统的组网能力、移动性、安全性等都大大提高
10、了，但是各通信系统间还无法实现无缝通信。随着无线通信的迅速发展，新的通信系统不断出现，产品的生存周期缩短，开发费用上升，使得原来以硬件为主的收发系统难以适应这种快速升级换代的局面。面对这一问题，国际上进行了大量的研究。大部分专家提出，把硬件收发系统作为基本平台，A/D、D/A变换尽量靠近天线，将尽可能多的无线通信功能用软件实现，这就是所谓的软件无线电。美国是软件无线电技术的发源地。1992年5月，MITRE公司的Joe Mitola首次明确提出了软件无线电的概念，其核心是将宽带A/D和D/A尽可能靠近天线，用软件实现尽可能多的无线电功能。之后，开始实施Speakeasy计划并成功研制出多功能，
11、多频段电台。研究基于软件无线电技术的3G的多频带多模式手机与基站，同时融合软件无线电技术与计算机技术，如麻省理工学院的Spectrum Wave计划。欧洲的ACTS（Advanced Communications Technologies Services）计划中，灵活的综合无线电系统FIRST（Flexible Integrated Radio System Technology），未来无线电宽频段多址系统FRWMAS（Future Radio Wideband Multiple Access System）和软件无线电技术SORT（Software Radio Technology）都将软
12、件无线电技术应用在3G中。在日本，从1998年底开始，电气、信息和通信工程师协会（IEICE）成立了软件无线电技术研究小组，推动软件无线电技术的研发工作。在我国，对软件无线电技术也相当重视，在“九五”和“十五”预研项目和“863”计划中都将软件无线电技术列为重点研究项目。我国的大唐公司向国际电信联盟（ITU）提交并被采纳的第三代移动通信标准TD-SCDMA中也采用了软件无线电技术。这标志着我国对软件无线电的研究应用到了一个新阶段。软件无线电通过这些年的发展，迅速显示出其重要意义，逐渐成为可提供高性能的地区性和全球性通信的第三代移动通信的基石。这一技术是无线通信技术从模拟到数字，从固定到移动这两
13、次革命后的第三次革命，也成为了无线通信技术在21世纪初的发展方向。1.3软件无线电的概念、组成结构及其主要特点1.3.1软件无线电的概念软件无线电（Software Radio,简称SR），就是采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来定义实现无线电台的各部分功能：包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全部由软件编程来完成。其基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现各种功能。功能的软件化势必要求减少功能单一，灵活性差的硬件电路，尤其减少模拟环节。软件无线电系统的无线电功能是通过软件而不是固
14、定的硬件电路来完成的。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带的“数字/模拟”转换器，尽早地完成信号的数字化，从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。总之，软件无线电是一种基于数字信号处理(DSP)芯片，以软件为核心的崭新的无线通信体系结构。“软件无线电”的基本概念包含以下三层含义第一是“全数字化”，将宽带A/D和D/A向射频(RF)端靠近，不仅在基带数字化，而且要在中频甚至射频数字化;不仅接收机数字化，发射机也要数字化。第二是把硬件作为无线电通信的基本平台，而尽可能多的通信功能用软件实现，通信体制由软件定义。第三，软件无线电不仅仅是一种实现方法，更代表了一种新型的体制和开放的、可
15、扩展的、模块化的软硬件平台体系结构，实现多频段、多模式、多业务、多个性。软件定义的无线电（SDR）是指在目前技术条件下可实现的软件无线电。也就是说通过使用可编程器件DSP和硬件支持来完成数字领域中的大部分信号处理,但是有些信号处理仍需借助模拟电路来完成，如RF,IF。软件无线电与软件定义的无线电的根本区别，是软件无线电的最终目的就是要使通信系统摆脱硬件系统结构的束缚，在系统结构相对通用和稳定的情况下，通过软件实现各种功能。1.3.2软件无线电的基本组成结构软件无线电主要由三部分组成，即用于射频信号变换，位于A/D、D/A之前的射频处理（含天线）前端；高速A/D、D/A；以及数字信号处理（DSP
16、）单元三部分。图1-1给出了软件无线电系统的结构框图。天线一般要覆盖比较宽的频带；射频前端主要完成模拟上/下变频、滤波、功率放大等任务；A/D转换器要有足够的动态范围，较高的采样率，12位以上的分辨率，以保证足够的动态范围；DSP器件负责承担A/D数字化后的处理任务。鉴于目前DSP器件水平的限制，A/D之后的数字信号可先经由专用数字下变频器处理，降低数据速率，变换到基带，再由通用DSP进行处理，或者采用多片DSP并行处理的方法。图1-1 软件无线电系统的结构软件无线电的基本结构有三种：射频低通采样数字化结构、射频带通采样数字化结构和宽带中频采样数字化结构。它们的结构框图如图1-2所示。前两种结构为理想的软件无线电结构，但对A/D
