基于软件无线电平台的短波电台实现分析研究电子通信管理专业.docx

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1、目录摘要1Abstract2第1章绪论41.1研究背景与意义41.2研究现状1.2.1 通信系统的分类51.2.2 通信系统的实现61.2.3 2.3HiIJ9.彳口71.3研究内容与章节安排7第2章软件无线电开发基础92.1通信原理基础理论91.1.1 软件无线电系统框架102.3 软件无线电平台NIUSRP-2944介绍112.4 1.abVIEW与图形化编程2.5 本章小结12第3章短波电台设计方案133.1 总体设计3.2 控制模块1433*1J司iIiU*153.3.1 单边带滤波器153.3.2 导频信号173.5 文件读写模块183.6 本章小结19第4,早*,仿真与无线链路/!

2、204.2 仿真测试214.2.1 无信道传输失真测试214.2.2 存在信道传输失真测试224.3 无线链路测试234.4 本章小结255,早Z吉j265.1 全文总结265.2 未来展望26参考文献27致谢2930附录缩略语摘要软件无线电是一种极具前景的通信系统实现方式，它具备极强的灵活性与多样性,能够支持多频、多制式无线通信，这对无线通信系统的发展具有革命性的意义。掌握软件无线电基本开发方法，有利于对通信系统中信号波形、调制解调类型、通信协议等的直观认知，由于利用标准化通用平台进行软件无线电开发是大势所趋，掌握通用平台开发的基本方法非常重要。本文首先介绍了现有的各类通信系统与其多样的实现

3、方式，并着眼于短波通信系统与软件无线电技术。接着，本文阐述了进行软件无线电开发所需的基本理论，包括通信原理基础理论与软件无线电通信系统基本框架。在充足理论储备的基础上，本文提出了一种基于软件无线电平台NIUSRP-2944短波电台的设计方案，详细地阐述了短波电台中各个主体模块基于图形化程序开发环境NILabVIEW的设计流程，包括控制模块、SSB调制模块、SSB解调模块与文件读写模块。最后，本文针对该设计方案提供了相应的仿真测试结果与无线链路测试结果，并对测试结果予以分析。研究结果表明，所提出的短波电台设计方案具备良好的可行性。仿真测试中，边带抑制效果达到60dB,恢复信号能全部正确地恢复出所

4、有有用信号分量；无线链路测试中，载波频率在短波频段可调，边带抑制效果达到约60dB,恢复信号能全部正确地恢复出所有有用信号分量，且提高发射功率可以观察到，接收信号信噪比也会随之变化，符合预期规律。关键词：软件无线电；单边带调制解调；短波通信AbstractSoftwareradioisapromisingkindofimplementationsofcommunicationsystems.Ithasstrongflexibilityanddiversitysothattosupportmulti-frequencyandmulti-standardwirelesscommunication,

5、whichhasarevolutionarysignificanceforwirelesscommunicationsystems.Masteringthebasicdevelopmentmethodofsoftwareradioisconducivetointuitiveunderstandingofsignalwaveforms,typesofmodulationanddemodulation,andcommunicationprotocolsinthecommunicationsystem.Inaddition,itisatrendtodotherelevantdevelopmentwi

6、thastandardizedcommonplatform.So,itisveryimportanttomasterthebasicmethodsofcommonplatformdevelopment.Thispaperintroducesvariousexistingimplementationsofcurrentcommunicationsystems,focusingonshort-wavecommunicationsystemsandsoftwareradiotechnology.Then,thispaperelaboratesthebasictheoryneededforsoftwa

7、reradiodevelopment,includingbasicknowledgeofcommunicationprinciplesandframeworkofsoftwareradiocommunicationsystem.Basedonsufficienttheoreticalreserves,adesignofshort-waveradiobasedonsoftwareradioplatformNIUSRP-2944isproposedafterthat.Thedesignflowofeachmainmoduleintheshort-waveradiobasedongraphicalp

8、rogrammingenvironmentNILabVIEWisdescribedindetail,includingControlmodule,SSBmodulationmodule,SSBdemodulationmoduleandFileRead/Writemodule.Finally,thecorrespondingsimulationtestresultsandwirelesslinktestresultsareprovided,whichareanalyzedaswell.Thetestresultsshowthattheproposeddesignofshort-waveradio

9、hasgoodfeasibility.Inthesimulationtest,thesidebandsuppressioneffectreaches60dB.Thereceivedsignalcanrecoverallusefulsignalcomponentscorrectly.Inthewirelesslinktest,thecarrierfrequencyisadjustableintheshort-wavefrequencyband.Thesidebandsuppressioneffectreachesabout60dB.Thereceivedsignalcanrecoverallus

10、efulsignalcomponentscorrectly.Itcanbeobservedthatincreasingthetransmitpowercanalsoimprovethesignal-to-noiseratioofthereceivedsignal.Itchangesalongwiththeexpectedlaw.Keywords:SoftwareDefinedRadio;SSBModulation&Demodulation;Short-waveCommunication第1章绪论1.1 研究背景与意义在当今高度信息化的时代，通信已然成为现代社会发展的“命脉”，它正在向着智能化、

11、高速化、综合化的方向发展。尽管现有的通信系统种类十分多样，外在表现形式千差万别，但是了解各类通信系统的模型与构建，并掌握各类通信系统的实现方法，是具有一定研究意义的。在通信系统实现方式的不断演变中，软件无线电技术的诞生，对于无线通信系统具有革命性的意义，它具备极强的灵活性与多样性，能够支持多频、多制式无线通信，这主要是由于软件无线电摒弃了传统通信系统的设计观念,以可编程硬件为核心构建出硬件设备，配合射频集成电路实现无线通信，而各类通信参数与功能的配置则由计算机软件来实现。总体而言，这样的设计理念克服了诸多局限性，将功能设定层面从硬件设备中分离出来，破解了有史以来通信系统功能过度依托于硬件发展的

12、格局，同时，系统灵活性体现在可由计算机任意设定调制解调方式、信道接入方式等功能，系统集中性则体现在多信道共享宽带A/D、D/A转换器与射频前端电路，降低了信号处理成本软件无线电的概念已然应用于诸多研究之中，相关行业从业者多自行利用嵌入式处理器或者可编程逻辑器件来实现软件部分的功能，但是软件无线电通用平台并未普及在行业中。通用平台的两大特点在于模块标准化与总线连接，一个典型的软件无线电平台会将硬件单元划分为射频、中频、基带、信源与信令等各层，它们具有模块化的结构，各层的衔接是依靠数据总线与控制总线3。因此，从长远角度来看，通用平台自身具备的模块化特征，使得利用标准化通用平台进行软件无线电开发是大

13、势所趋，掌握通用平台开发的基本方法非常重要。从教学层面而言，“通信原理”注重的是通信原型设计，而非电路的实际制作，因此从这个角度而言也不应该弱化通用硬件平台的概念，也不必花费精力关注于如何自行搭建信号处理平台，而需更多关注于如何应用平台，这有利于对通信系统中信号波形、调制解调类型、通信协议等的直观认知与体验。1.2 研究现状通信工程作为电子信息领域的重要组成部分，一直备受相关行业从业者的重视与关注，就现有的通信系统而言，长期以来已然形成了种类繁多、实现方式多样、业务量极大的格局。1.2.1 通信系统的分类通信系统的分类依据十分多样，按通信系统设备的工作频段不同，可以将现有的通信系统分为长波通信

14、、中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信、红外通信等。一般而言，不同频段的通信方式有不同的主要用途，长波通信的常见应用包括远程导航、水下通信、声呐、无线电信标等；中波通信往往应用于海事通信、测向、遇险求救、海岸警卫等业务；短波通信的的常规应用包括远程广播、电报、搜寻救生、船间通信、船岸通信、业务无线电等；超短波通信往往应用于电视、调频广播、陆地交通、空中交通管制等领域；微波通信的应用较为广泛，涵盖了包括电视、蜂窝通信、卫星通信、GPS导航、监视雷达、气象雷达、机载雷达在内的多方面通信业务；电磁波波长在Imm以下的通信系统往往称为光通信系统，涉及红外频段、可见光频段以及紫外频段。在诸多通信系统

15、中，短波通信是目前无线通信的基本保障手段，具有重要的应用价值。短波通信，又称为高频(HF)通信，是一种主要利用电离层反射进行远距离传输的通信方式，其工作频率范围一般为330MHz,多数情形下为充分利用该频段的电磁传输特性，会将短波电台的工作范围扩展至1.53OMHz从20世纪60年代开始，国外一些公司便开始针对短波通信的特点进行研究与分析，如德国R/S公司，美国HarriS公司，长期以来我国的广州海格通信、南京熊猫通信等公司也进行着相关的研究。短波通信之所以长期以来未曾离开历史舞台，有其独特的原因。首先，长距离短波通信基于电离层反射，不受有源中继与网络枢纽制约，这是常见超短波通信与微波通信无法实现的；其次，在战争或大型自然灾害面前，卫星通信网络容易遭到破坏，短波通信的抗毁能力却极强；最后，超短波与微波通常无法覆盖到戈壁、海洋等地区，这时候短波通信成为了较为可靠的通信手段。从长远的发展趋势而言，短波通信