軟件無線電入門教程——使用LabVIEW設計與實現

吳光：博士，高級通信技術工程師，南方科技大學資深教學工程師，長期從事無線通信領域創新性實驗教學設計和研究，主要承擔“信號與系統”“通信原理”“無線通信”“微波工程”“前沿通信系統設計”“基於LabVIEW的通信電子設計”等專業課程的實踐教學。先後參與和承擔了“十一五”國防預研項目“無線傳感器網絡節點定位技術研究”、NSFC-微軟亞洲研究院聯合項目“基於無線網絡的應急搜救關鍵技術研究”，以及廣東省教學質量工程建設項目“無線通信實驗在線開放課程”。

目錄

第1章LabVIEW簡介

1.1LabVIEW編程基礎

1.1.1VI的創建

1.1.2控件創建

1.1.3函數模塊創建

1.1.4連線

1.1.5實例1： 加法器

1.1.6條件結構

1.1.7實例2： 選擇器

1.1.8循環結構

1.1.9實例3： 累加器

1.1.10幫助文檔

1.2LabVIEW編程進階

1.2.1數組

1.2.2簇結構

1.2.3波形

1.2.4動態數據

1.2.5多分支條件結構

1.2.6多層嵌套條件結構 

1.2.7移位寄存器

1.2.8波形顯示

1.2.9子VI的定義和調用

1.2.10調制工具包

1.3LabVIEW設計模式

1.3.1項目需求分析

1.3.2事件結構

1.3.3事件驅動用戶界面模式

1.3.4狀態機模式

1.3.5隊列

1.3.6生產者消費者模式 

1.4項目實例： FM解調軟件

1.4.1項目介紹

1.4.2主程序框架

1.4.3FM解調方案

1.4.4項目編程

1.4.5軟件生成和發布

1.5本章小結

第2章無線電系統設計與仿真

2.1FM系統簡介

2.1.1無線電系統

2.1.2FM系統傳輸模型

2.2FM系統程序設計和仿真

2.2.1系統設計和仿真流程

2.2.2WBFM的數學模型

2.2.3仿真界面

2.2.4程序框圖

2.2.5WBFM單音測試

2.2.6WBFM語音測試

2.3FM調制原理

2.3.1FM的時域表達

2.3.2NBFM的時頻域表達

2.3.3WBFM的時頻域表達

2.3.4貝塞爾函數

2.3.5卡森準則 

2.4FM解調原理

2.4.1反正切法

2.4.2包絡檢波法

2.4.3鎖相環的基本原理

2.4.4FM抗噪聲性能

2.5本章小結

第3章軟件無線電RTLSDR

3.1RTLSDR簡介

3.1.1RTLSDR的應用

3.1.2RTLSDR驅動安裝

3.1.3SDR應用軟件

3.1.4RTLSDR發現趣事

3.2RTLSDR的LabVIEW接口

3.2.1RTLSDR接口安裝

3.2.2RTLSDR接口函數

3.2.3RTLSDR數據采集流程

3.3FM電臺搜索

3.3.1信號的復數表示

3.3.2FM的復基帶表示

3.3.3RTLSDR控制參數

3.3.4FM接收機設計模型

3.3.5FM 電臺搜索實例

3.4FM信號解調和播放

3.4.1FM信號解調流程

3.4.2RTLSDR解調程序框圖

3.4.3基於隊列的FM接收機

3.5RTLSDR硬件結構

3.5.1RTLSDR硬件簡介

3.5.2RTLSDR信號處理流程

3.5.3調諧器芯片R820T

3.5.4控制器芯片RTL2832U 

3.5.5數字中頻接收機結構

3.6本章小結

第4章接收機系統性能分析與優化

4.1信號分析基礎

4.1.1采樣率

4.1.2頻譜測量

4.1.3信噪比估計

4.1.4低通濾波器

4.1.5波形重采樣

4.2FM解調算法優化

4.2.1FIR濾波器解調

4.2.2雙FIR濾波器解調

4.2.3移位寄存器解調

4.2.4FM門限效應

4.2.5信噪比最大化

4.3軟件界面設計

4.3.1界面設計概述

4.3.2功能定義

4.3.3界面布局

4.3.4界面美化

4.3.5設計實例

4.4本章小結

第5章動態鏈接庫封裝和調用

5.1RTLSDR接口函數的封裝

5.1.1動態鏈接庫簡介

5.1.2RTLSDR接口函數封裝

5.2導入共享庫向導

5.2.1導入前準備

5.2.2導入共享庫向導過程

5.3動態鏈接庫編譯

5.3.1編譯前準備

5.3.2編譯步驟

5.4調用庫函數的配置

5.4.1函數配置

5.4.2端口參數配置

5.4.3回調函數配置

5.4.4錯誤檢測配置

5.5本章小結

第6章LabVIEW和MATLAB混合編程

6.1混合編程基礎

6.1.1混合編程簡介

6.1.2MATLAB編程簡介

6.1.3MATLAB編譯器安裝

6.2MATLAB可執行文件生成

6.2.1MATLAB生成EXE文件

6.2.2MATLAB生成DLL文件

6.2.3MATLAB生成COM組件

6.2.4MATLAB生成.NET庫文件

6.3混合編程實例

6.3.1MATLAB Script實現FM解調

6.3.2DLL實現FM解調

6.3.3COM組件實現FM解調

6.3.4.NET組件實現FM解調

6.3.5混合編程的比較

6.4本章小結

第7章軟件無線電接收機

7.1軟件無線電結構

7.1.1低中頻接收機結構

7.1.2超外差結構

7.1.3鏡像抑制濾波

7.1.4零中頻結構

7.2數字下變頻器

7.2.1數字振蕩器

7.2.2數字混頻器

7.2.3抽取低通濾波器

7.3抽取和內插

7.3.1帶通采樣定理

7.3.2整數倍抽取結構

7.3.3整數倍內插結構

7.3.4分數倍速率變換

7.4數字濾波器

7.4.1CIC濾波器

7.4.2Noble恒等式

7.4.3HB濾波器

7.5本章小結

第8章開源軟件無線電

8.1開源軟件無線電簡介

8.1.1GNU Radio平臺

8.1.2無線電開發流程

8.2GNU Radio開發環境

8.2.1GRC編程

8.2.2GNU Radio安裝

8.2.3虛擬機GNU Radio環境

8.2.4Win 64開發環境

8.3開源軟件無線電HackRF 

8.3.1HackRF硬件架構介紹

8.3.2HackRF開發板資源

8.3.3HackRF的開源項目

8.4開源軟件無線電LimeSDR 

8.4.1LimeSDR Mini硬件架構

8.4.2LimeSDR Mini開發板資源

8.4.3LimeSDR Mini開源項目

8.5本章小結 

第9章高性能軟件無線電

9.1USRP概述

9.1.1USRP簡介

9.1.2USRP硬件接口

9.1.3USRP內部結構

9.2USRP頻譜掃描

9.2.1靜態IP地址設置

9.2.2USRP驅動安裝

9.2.3USRP頻譜掃描

9.3正弦信號的發射和接收

9.3.1正弦信號的發射

9.3.2正弦信號的接收

9.3.3USRP控制參數

9.3.4USRP驅動模塊

9.4基於USRP的FM收發機

9.4.1基於USRP的FM發射機

9.4.2基於USRP的FM接收機

9.4.3基於USRP的研究項目

9.5本章小結

第10章數字通信算法

10.1數字通信算法簡介

10.1.1多徑傳播模型

10.1.2基帶信號處理流程

10.1.3星座圖測量

10.1.4眼圖測量

10.2數字調制和解調

10.2.1技術需求

10.2.2符號映射

10.2.3抽樣判決

10.3脈沖成形和匹配濾波

10.3.1技術需求

10.3.2脈沖成形模型

10.3.3匹配濾波

10.4同步技術

10.4.1符號同步

10.4.2幀同步

10.4.3頻率同步

10.5信道估計和時域均衡

10.5.1多徑效應引起的問題

10.5.2離散時間等效信道

10.5.3時域均衡系統設計

10.5.4信道估計方法

10.5.5窄帶信道估計和均衡

10.6正交頻分復用

10.6.1寬帶信道引起的問題

10.6.2OFDM的基本思想

10.6.3OFDM的基本模型

10.6.4OFDM中的循環前綴

10.6.5OFDM的優勢及其應用

10.7信道編碼

10.7.1信道編碼簡介

10.7.2生成矩陣和校驗矩陣

10.7.3低密度奇偶校驗碼

10.7.4泰勒圖

10.7.5BitFlipping解碼算法

10.8多天線技術

10.8.1信道容量

10.8.2多天線模型

10.8.3Alamouti傳輸方案

10.8.4線性預編碼

10.8.5MIMOOFDM技術

10.9本章小結

參考文獻