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基于GNURadio的软件无线电平台研究

作　者: 王奇
导　师: 张乃通
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: USRP2 GNU Radio SDR 软件无线电
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

晶体管的发展不断促进着无线电技术的数字革命。在过去的几十年里,无线电技术的稳步前进使无线电终端变得体积更小、功能更强大,数字器件逐渐代替无线电终端的每一个模拟器件。数字技术的范围不断向前推进,一直到达射频前端,实现了通信的全数字化,即软件无线电(SR)。然而任何技术的应用和推广都不可回避成本的问题,高速数字器件太过昂贵促使人们寻找一种成本可以接受、性能也能满足要求的数字化无线电技术,因此产生了软件定义无线电(SDR)技术,即在中频将信号数字化,中频和基带处理部分完全以数字方式工作。这种可重新配置的无线电设备更加灵活,因为环路带宽、增益、数据速率等在数字域更容易调整,对SDR进行适当的再编程还可以适应任何信道编码、调制和数据速率。本设计基于开源无线电组织提供的软件无线电技术方案设计我们的无线电通信系统。开源无线电组织提供的GNU Radio库是基于GNU通用公共许可证(GNU General Public License,GPL)的数字信号处理库,这个世界范围开源的软件汇集了全世界无线电工作者的智慧。本设计旨在搭建基于该库的软件无线电平台并进行软件无线电技术研究。所完成的工作主要有:中频数字化软件无线电的研究、中频板的原理图和PCB设计、基带处理平台的搭建、射频板的调试。第一章介绍了软件无线电的相关理论,并分析SDR平台的结构原理,像多频段和宽带天线、模拟射频前端、数据转换以及数字硬件平台等。第二、三章介绍了硬件平台的设计和实现。第二章介绍了软件无线电通用外设(USRP2-Universal Software Radio Peripheral)的各模块功能和设计过程,包括原理图设计、PCB设计、硬件平台的调试以及测试硬件模块的软件编写。第三章介绍了GPP平台的实现过程,包括软件库的安装和数字信号处理模块的测试。第四章着重分析本设计SDR系统的体系结构,把通信系统分为基带、中频、射频三部分,并通过分析发送和接收信道中各部分功能解析整个平台的结构。第五章分析了GNU Radio库中的DB/QPSK调制解调模块的数字实现过程,从而深入学习数字信号处理技术。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-19
  1.1 无线电的发展历史和背景  10-12
  1.2 软件无线电的发展历史和背景  12-13
  1.3 SDR 平台结构  13-17
    1.3.1 多频段和宽带天线  13-14
    1.3.2 射频前端  14
    1.3.3 ADC 和DAC  14-16
    1.3.4 数字硬件的选择  16-17
  1.4 课题的实际意义  17
  1.5 本文主要研究内容  17-19
第2章 USRP2 硬件平台设计  19-43
  2.1 引言  19-20
  2.2 原理图设计  20-31
    2.2.1 FPGA 模块  21-23
    2.2.2 ADC 和DAC 模块  23-24
    2.2.3 波形数据传输接口—千兆网口  24-25
    2.2.4 程序加载CPLD 模块  25-27
    2.2.5 电源和时钟管理模块  27-29
    2.2.6 MIMO 接口模块  29-30
    2.2.7 诊断端口—MICTOR  30
    2.2.8 RAM 模块  30-31
  2.3 PCB 设计  31-33
    2.3.1 封装设计和网表生成  32
    2.3.2 USRP2 板布局布线  32-33
  2.4 USRP2 板调试  33-36
    2.4.1 焊装前电测  34
    2.4.2 焊装后电测  34
    2.4.3 上电测试  34-35
    2.4.4 功能测试  35-36
    2.4.5 测试总结  36
  2.5 USRP2 板固件  36-42
    2.5.1 固件生成  37-38
    2.5.2 固件加载  38-41
    2.5.3 固件功能分析  41-42
  2.6 本章小结  42-43
第3章 GPP 平台搭建  43-48
  3.1 GNU RADIO 简介  43-44
  3.2 GNU RADIO 安装  44-45
  3.3 GNU RADIO 测试  45-47
    3.3.1 连接检测  45-46
    3.3.2 程序测试  46-47
    3.3.3 图形界面GRC 测试  47
  3.4 本章小结  47-48
第4章 GNU RADIO 软件无线电平台结构  48-57
  4.1 发射信道  48-54
    4.1.1 GPP 部分  48-52
    4.1.2 USRP2 部分  52-53
    4.1.3 射频部分  53-54
  4.2 接收信道  54-56
    4.2.1 射频部分  54-55
    4.2.2 USRP2 部分  55-56
    4.2.3 GPP 部分  56
  4.3 本章小结  56-57
第5章基于GNU RADIO 的B/QPSK 调制解调研究  57-63
  5.1 DB/QPSK 调制  58-59
    5.1.1 DB/QPSK 调制原理  58
    5.1.2 DB/QPSK 调制实现  58-59
  5.2 DB/QPSK 解调5.2.1 DB/QPSK 解调原理  59-62
    5.2.2 B/QPSK 解调实现  60-62
  5.3 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  68-70
致谢  70

基于GNURadio的软件无线电平台研究

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