第五讲:软件无线电调制解调技术
软件无线电中的自适应调制与解调方法研究

软件无线电中的自适应调制与解调方法研究软件无线电(Software Defined Radio, SDR)的出现,使无线通信更加灵活和可靠。
在现代通信系统中,调制与解调是关键环节之一。
本文将探讨软件无线电中的自适应调制与解调方法的研究进展。
一、自适应调制技术的背景随着无线通信的广泛应用,不同类型的通信系统对信道的要求不同。
传统无线通信系统往往采用固定调制方式,无法适应信道条件的变化和不同应用场景的需求。
而自适应调制技术可以根据信道状态和不同应用需求,动态地调整调制方式,以提供更好的通信性能。
二、软件无线电中的自适应调制方法1. 判决反馈调制(Decision Feedback Modulation, DFM)判决反馈调制是一种经典的自适应调制方法,在软件无线电中也得到了广泛应用。
它通过利用接收端的反馈信息,对发送信号进行动态调制,从而实现自适应调制。
判决反馈调制能够很好地适应信道的变化,提高通信系统的容错性和传输效率。
2. 自适应调制与编码(Adaptive Modulation and Coding, AMC)自适应调制与编码是一种结合了调制和编码的自适应方法。
它根据信道条件的不同,动态地调整调制和编码方式,以适应不同的环境。
在软件无线电中,自适应调制与编码技术可以在一定程度上提高通信系统的可靠性和吞吐量。
3. 信道状态信息反馈(Channel State Information Feedback, CSIF)在软件无线电中,通过接收端向发送端反馈信道状态信息,可以实现自适应调制。
接收端根据信道状态信息对接收到的信号进行分析,并将分析结果反馈给发送端,发送端根据反馈信息调整调制方式。
信道状态信息反馈技术能够有效提高通信系统性能,减小误码率和传输延迟。
三、自适应解调技术的研究进展除了调制外,解调技术也在软件无线电中得到了广泛研究与应用。
1. 自适应解调算法传统解调算法通常基于特定的信号模型和调制方式,不能适应不同信道条件和调制方式的变化。
软件无线电中调制与解调技术的研究的开题报告

软件无线电中调制与解调技术的研究的开题报告标题:软件无线电中调制与解调技术的研究引言:近年来,软件无线电技术应用越来越广泛。
在软件无线电系统中,调制与解调技术是其中的重要组成部分,对于提高无线通信系统的性能和可靠性具有重要作用。
本文针对软件无线电中调制与解调技术展开深入研究,旨在探究其原理和实现方法,以期对软件无线电技术的发展做出一定的贡献。
一、研究背景及意义:随着科技的不断进步和信息技术的不断发展,无线通信技术越来越受到人们的关注。
软件无线电技术作为一种新兴的无线通信技术,具有可编程性和灵活性等特点,可以适应不同的信号和通信需求。
调制和解调技术作为软件无线电系统中的重要组成部分,直接影响着系统的性能和可靠性。
因此,研究软件无线电中调制与解调技术,对于推进无线通信技术的发展具有重要的意义。
二、研究内容:1. 调制技术原理研究调制技术是将信息信号转换成适合无线传输的载波信号的过程,其中涉及到调频、调幅、调相等多种技术原理,本文将对这些原理进行深入研究。
2. 解调技术实现方法探究解调技术是将接收到的调制信号恢复成原始信息信号的过程,其中包括相干解调、非相干解调、同步解调等不同的实现方法,本文将对这些方法进行探究。
3. 软件无线电中调制与解调技术实现针对软件无线电系统的具体应用场景,本文将探究软件无线电中调制解调技术的实现方法。
在这个过程中,我们将利用Python等工具来实现软件定义无线电的模拟和仿真,探索不同算法在软件定义无线电中的应用。
三、预期成果:本文将从调制技术原理、解调技术实现方法、软件无线电中调制解调技术实现等方面进行深入研究,探索不同算法在软件定义无线电中的应用。
希望能够提出一些有意义的见解和建议,为软件无线电技术的推广和应用提供一定的借鉴。
四、研究方法:1. 文献资料综述:对相关文献、论文、专利进行收集,进行综述和分析。
2. 研究方法探究:根据文献综述,确定所需研究方法。
3. 理论分析:将文献综述和研究方法相结合,对软件无线电中调制解调技术进行理论分析。
基于软件无线电的信号调制识别技术研究

基于软件无线电的信号调制识别技术研究随着无线电通信技术的发展,信号调制技术也得到了极大的提升。
其中,软件无线电(Software Defined Radio, SDR)技术被广泛应用于信号调制识别。
本文将对基于软件无线电的信号调制识别技术进行深入研究。
一、软件无线电技术软件无线电技术是指利用软件实现无线电硬件电路的功能,从而使无线电通信的各种参数可以通过软件来进行控制和调整。
软件无线电技术可以通过修改软件程序来进行频段的切换、传输协议的更改等操作,从而实现灵活性高、功能丰富的通信方式。
软件无线电技术的原理是利用电脑对无线电信号进行数字化,通过数字信号处理技术实现其信号调制、解调、滤波等各种操作,并利用软件进行控制,从而实现不同频段、调制方式的无线电信号处理。
二、信号调制技术信号调制技术是指利用各种方法将数字信号转换为模拟信号,从而适应各种无线电通信信道的传输条件。
信号调制技术可以基于数字信号进行调制,也可以通过模拟信号进行调制。
根据调制方式的不同,信号调制技术可以分为幅度调制(Amplitude Modulation, AM)、频率调制(Frequency Modulation, FM)、相位调制(Phase Modulation, PM)等。
在信号调制识别技术中,需要通过对信号调制方式的识别来确定信号类型和来源。
因此,对于不同信号调制方式的识别是信号调制识别技术的核心。
三、信号调制识别技术信号调制识别技术是利用信号特征和频谱分析等技术来识别信号调制方式的一种技术。
信号调制识别技术主要包括时间域方法、频域方法、调制特征提取方法等。
时间域方法主要是通过观察信号波形来确定信号调制方式。
例如,通过观察信号的正弦周期和幅度变化来确定信号为频率调制信号;通过观察信号振幅变化来确定信号为幅度调制信号等。
频域方法是通过对信号进行频谱分析来确定信号调制方式。
例如,通过观察信号频谱的带宽、中心频率等参数来确定信号调制方式。
2.5.3 软件无线电中的信号解调通用模型及算法_软件无线电原理与技术_[共8页]
![2.5.3 软件无线电中的信号解调通用模型及算法_软件无线电原理与技术_[共8页]](https://img.taocdn.com/s3/m/72da1d750029bd64783e2cda.png)
2.5.3 软件无线电中的信号解调通用模型及算法
同信号调制的过程相对应,信号解调分为正交解调和基带解调两个过程。接收信号 r(t) 由已调信号 s(t)加上噪声 n(t)组成。正交解调把 r(t)转换为 N 维矢量,包括信号和噪声两部分, 作为基带解调的充分统计观测量。在不存在噪声的情况下,基带解调完成矢量空间与信源信 息逆映射,但在存在噪声的情况下,这种逆映射无法完成。对于数字信号,只能根据信源信 息和矢量空间的映射关系,基于最小错误概率准则,判断接收到的观测矢量最可能是矢量空 间中的哪一个点,此时基带解调称为信号检测。而对于模拟信号,只能基于最小均方误差准 则,尽可能无失真地恢复所传输的信源信号波形,此时基带解调称为信号估计或波形估计。 本小节对上面介绍的部分调制信号的解调做相应的介绍。
(2.147)
式中,ωc 表示载波的角频率。所以上式可以表示为:
S(n) A(n) cos(n)cos(cn) A(n)sin(n)sin(cn)
X I (n) cos(cn) X Q (n) sin(cn)
(2.148)
式中, X I (n) A(n) cos(n) , XQ (n) A(n)sin(n) 。这就是我们希望获得的) A0 A0 g(n m) cos(cn m ) m
式中, m i ,i=0,1。
对信号进行正交分解后,得到同相和正交分量。
(2.153)
同相分量:
X I (n) A0 g(n m) cos(m ) m
(2.154)
正交分量:
X Q (n) A0 g(n m)sin(m ) m
y(t) cos(ct n )
(2.149)
式中,n 为 2PSK 信号某一码元的初相。n=0 时,代表数字“0”;n= 时,代表数字“1”。
《软件无线电技术》PPT课件

3.2 软件无线电结构数学分析化
•数学分析的必要性
1. 要掌握一个软件模块的数据吞吐量、响应时间及其他 参数,对存储器、缓存空间和可处理资源进行量化,要 求数学分析。 2. 当重用自己软件库(或第三方)的软件时,会引起系 统性能下降,甚至崩溃,要用数学模型来刻画快速涌现 的技术。 3. 用拓扑结构特性研究SDR结构,可提高即插即用结构 的应用和资源的有效重用。
•美国
•SPEAKeasy:研制多频段、多模式电台(MBMMR),已 完成两个阶段(Ⅰ、Ⅱ) •MMITS论坛(后更名为SDRF论坛) •PMCS(Programmable Modular Communication System)
研究基于SDR技术的3G系统的多频段多模式手机与基 站。
•中国
提出了3G标准TD-SCDMA,SDR技术是其关键技术之一。
1.6主要研究机构及其应用进展
1.1 软件无线电的基本思想
•由来
•基本思想:在尽可能靠近天线的地方使 用宽带A/D和D/A变换,并且尽可能多地 用软件来定义无线功能 •软件无线电台=高速计算机+天线 •无线电通信的一次革命 •模拟无线电(1G)
•数字无线电(2G) •软件无线电(3G)
所有的无线通信系统均可基于一种通用 可编程硬件平台,工作频段、编解码方式、 调制解调方式、加密解密算法、多址方式等 均可编程,通过注入不同的软件,形成不同 标准的软件无线电终端或基站。这样的无线 电台既可以与现有的其他无线电台进行通信, 还能在不同的无线电系统之间起到“无线电 网关”的作用,保证各种无线通信业务的无 缝集成。
• FIRST(Flexible Integrated Radio Systems Technology) 计划用SDR技术设计多频/多模可编程手机
软件无线电技术的调制解调算法研究

软件无线电技术的调制解调算法研究
软件无线电是最近在无线领域提出的一种新的通信系统结构,它突破了传统的无线电台功能单一,可扩展性差的以硬件为核心的设计局限性,强调以开放性的最简单硬件为通用平台,尽可能的用可升级,可重新配置的应用软件来满足不同时期,不同使用环境的不同功能要求。
软件无线电技术经过10 多年的研究,尽管取得了很多成果,但是对于建立一套完整的理论体系来说,还远远不够。
本文就针对软件无线电理论体系中的全数字调制/解调技术做了大量的研究,重点做了
以下几方面的工作: 1. 完成了一种适合于软件无线电的突发模式下的MSK 接收机。
2. 提出了一种改进的GMSK 调制方法和旨在改善码间串扰的迭代译码技术。
3. 完成了一种完备的GMSK 线性接收机的整体方案设计(包括同步,滤波等)。
4. 总结出了三种比较好的不需要前导字的适合于GMSK 的时钟和相位联合工具算法5. 验证了把
CS(周期平稳过程算法)应用于选择性信道下进行频偏估计的可行性。
浅述软件无线电中的调制解调理论

1.引言软件无线电(So ftware Radio )是Joe M ito la 于1992年在美国电信系统会议上首次明确提出的概念.其基本思想是:构造一个通用的、具有开放性、标准化,模块化的可编程硬件平台,通过加载相应的软件模块来实现对应的电台功能.多模式调制解调理论是实现软件无线电台多模式工作的关键理论。
2.信号空间映射调制是把信源信息变成适合信道传输的模拟波形的过程.信源信息称为调制信号,调制后的波形称为已调信号。
已调信号经过信道到达接收端,解调即为从接收信号中恢复出传送的信息。
这个过程可以放入信号空间去描述。
2.1信号空间信号可以看作是信号空间中的点,它可以表示为空间的一组正交基的线性组合。
调制解调可被看作是信号从一个信号空间到另一个信号空间的变换过程,根据正交展开和映射原理,软件无线电多模式调制解调通用结构得以实现。
2.2已调信号空间的正交分解与矢量表示经过载波调制的已调信号是一种带通型信号,它可表示为S(t)=a(t)cos(ωc t+θ(t))=I(t)cos ωc t-Q(t)sincos ωc t 其中,I(t)=a(t)co s(θ(t)),Q(t)=a(t)sin(θ(t))分别称为信号S(t)的同相分量和正交分量。
利用I (t)和Q (t),可得到信号的瞬时幅度a (t)=I 2(t)+Q2(t)!,瞬时相位θ(t)=tan -1[Q(t)/I(t)]。
信号的瞬时频率θ’(t)。
信号中的所有信息都可由I(t)和Q(t)运算得到。
选择co s ωc t 和sin ωc t 作为正交基,可以张成二维信号空间,已调信号可表示为s(t)=I(t)cos ωc -Q(t)sin co s ωct,那么已调信号s(t)就对应二维矢量s=(I(t),Q(t))。
3.信号调制传统的信号调制的定义是基于调制信号来改变载波的幅度、频率、相位等参数,若从信号空间映射的角度来定义信号的调制解调,则容易构建出软件无线电多模式调制解调的统一结构.用m(t)表示信源调制信号,信号调制可分解为两个过程:由信源信号获得信号的同相分量I(t)与正交分量Q(t),此过程称为基带调制。
无线通信系统中的调制解调技术使用教程

无线通信系统中的调制解调技术使用教程无线通信已经成为当今社会必不可少的一项技术,它在我们的生活中起到了至关重要的作用。
调制解调技术是无线通信系统中的核心技术之一,它用于在无线信道中传输数据。
本文将为您介绍无线通信系统中调制解调技术的基本原理和使用方法,帮助您更好地了解和应用这项技术。
首先,让我们来了解调制解调技术的基本原理。
调制是将要传送的信息信号转化为适合在无线信道中传输的载波信号的过程,而解调则是将接收到的调制信号转化为原始信息信号的过程。
调制解调技术通过改变载波信号的某些特性来实现信号的传输和恢复。
在无线通信系统中,常用的调制方式有幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)等。
幅度调制是将要传输的信号的幅度变化应用于Carrier波,通过不同的幅度值来表示不同的信息。
频率调制是根据信号的频率变化来调制载波信号,频率越高表示信号幅度越大,频率越低表示信号幅度越小。
相位调制是根据信号的相位变化来调制载波信号,相位的改变表示信息的变化。
不同的调制方式适用于不同的通信场景,可以根据需要选择合适的调制方式。
接下来,我们将介绍无线通信系统中调制解调技术的使用方法。
首先是调制的过程。
调制的第一步是对原始信号进行采样和量化处理,使其转变为离散的数字信号。
然后,通过将数字信号应用于载波信号的特定参数(幅度、频率或相位)来实现调制。
调制完成后的信号通过天线发送到空中的无线信道中进行传输。
解调的过程与调制相反,首先是接收由天线接收到的调制信号,然后通过解调器将其转换为原始信号。
解调器会根据调制信号中的特定参数(幅度、频率或相位)来还原出原始信号。
最后,解调的原始信号经过反量化和重构处理,恢复为连续的模拟信号。
除了基本的调制解调技术之外,无线通信系统中还应用了一些改进和增强的技术来提高通信质量和速度。
例如,正交频分复用(OFDM)技术将信号分为多个相互正交的子信道进行传输,有效地提高了频谱利用率和抗多径干扰能力。
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只要把数据进行适当的编码,同样可以用调频的 方法实现MSK信号的调制。
典型数字信号的调制算法
GMSK调制信号
GMSK调制就是把输入数据经过高斯低通滤波器 进行预调制滤波后,再进行MSK调制信号的数字 调制方式。
语音x(n) x(n) y ( n) g ( n) t k x ( n )
LPF Q支路
V3
科斯塔斯环原理框图
V5
正交锁相环法(科斯塔斯锁相环)
设输入的抑制载波双边带信号为:
m(t ) cos C t
并假定环路锁定,且不考虑噪声的影响,则 VCO输出的两路互为正交的本地载波分别为
v1 cos (C t ) v2 sin (C t )
式中,θ 为VCO输出信号与输入已调信号 载波之间的相位误差。
V5= 1/2 m(t)cosθ≈1/2 m(t)
就是解调输出。
2)位同步
位同步是指在接收端的基带信号中提取码元定时 的过程。 它与载波同步存在异同。载波同步是相 干解调的基础,而位同步是定时的基础。 位同步是正确取样判决的基础,所提取的位同步 信息是频率等于码速率的定时脉冲,相位则根据 判决时信号波形决定,可能在码元中间,也可能 在码元终止时刻或其他时刻。
显然,XI(n) 为同相分量,XQ (n) 为正交分量。 因此,解调的关键是求出 XI (n) 与 XQ (n),因为 信号信息都包含在里面了。 载频同步 载波相位同步 码流频率同步 I/Q提取机带信号
信号解调通用模型
知道了XI (n)与 XQ (n),我们可以对各式各样的 信号进行解调。总的说来,信号的调制方式包含 在一下三大类中: 1)AM类 A(n) [ X I (n)]2 [ X Q (n)]2 2) PM类 (n) arctg[
LPF
解 调 算 法
解调输出
X Q (n)
数字正交解调的通用模型
信号解调通用模型
尽管调制的样式多种多样,但实质上不外乎用调 制信号去控制载波的某一个或者几个参数。因此, 一般的已调信号都可以表示成:
s(n) A(n) cos[C n (n)]
的形式。通过对上式的分解,我们可以得到:
式中的 m 2 (t ) 可能是直流1,或者可以分解为直流 和交流分量。由于锁相环作为载波提取环时, 其 环路滤波器的带宽设计的很窄,只有 m 2 (t ) 中的直 流分量可以通过,因此vd可写成:
vd kd sin 2
正交锁相环法(科斯塔斯锁相环)
如果我们把图中除环路滤波器(LF)和压控振荡 器(VCO)以外的部分看成一个等效鉴相器 (PD),其输出vd正是我们所需要的误差电压。 通过环路滤波器滤波后去控制VCO的相位和频率, 最终使稳态相位误差减小到很小的数值,而 Vd 没有剩余频差(即频率与ωc同频)。此时VCO的 输出 V1= cos(ωct+θ) 就是所需的同步载波,而
n n
n
典型数字信号的调制算法
最小频移键控(MSK):就是调制指数最小 (h=0.5)的连续相位的FSK。
s(t ) cos(C t ak
n
2T
t n )
式中T为码元宽度,an为±1, n 是第n个码元的 起始相位:
n 1 n n n
an an 1时; an an 1时;
正交锁相环法(科斯塔斯锁相环)
信号 m(t ) cos C t 分别与v1、 v2相乘后得:
v3 m(t ) cos C t cos(C t )
1 m(t )[cos cos( 2C t )] 2 v4 m(t ) cos C t sin( C t )
s(n) A(n) cos(C n) cos[ (n)] A(n) sin( C n) sin[ (n)] 令: X (n) A(n) cos[ (n)] I X Q (n) A(n) sin[ (n)]
信号解调通用模型
则 s(n) 可以表示成:
s(n) X I (n) cos[ (n)] X Q (n) sin[ (n)]
n n _
请给出该调制的正交分量 I (t ) 、 Q(t ) 的表达式;
_ s(t ) an g (t nT ) cos(ct t ) an g (t nT ) cos(2t t) 2 2 n n
g (t nT ) cos(t 2) cos(ct )
对于调幅信号具有抗失配能力
A(n) [ X I (n)]2 [ X Q (n)]2
解调算法的载频失配问题
对于调频信号,正交解调得到:
X Q ( n) X Q (n 1) f (n) arctg arctg X ( n ) X ( n 1) I I [k m(n) n ] [k m(n 1) (n 1) ] km(n)
显然调相信号没有抗失配能力,因此本地信号必须 实现同频同相: 工程上采用载波同步技术来实现!!
第三节:软件无线电中的同步技术
在相干解调时,接收端需要提供一个与接收信 号中的调制载波同频同相的相干载波。这个载 波的获取称为载波提取或载波同步。 在数字通信中,还需要知道码元的起始时刻以 及帧的开始与结束,故还需要帧同步与位同步。
软件无线电中的调制通用算法
从理论上来说,各种信号都可以用正交调制的方 法来实现,其表达式:
s(t ) I (t ) cos(C t ) Q(t ) sin( C t )
调制信号的信息都应该包括在 I(t) 和 Q(t) 内。另 外,由于各种调制信号都在数字域实现的,因此, 在数字域上实现时要对上式进行数字化。
可见当载波失配和差相是常量时,解调输出只不过 增加了一个直流分量 ,减去该分量,就可以得 到解调信号。 有一定的抗失配能力!但性能下降!
解调算法的载频失配问题
对于调相信号,如BPSK/QPSK/MSK等,正交解 调要得到相位:
X Q ( n) ˆ (n) arctg (n) n (n) X I ( n)
2)解调算法的载频失配问题
通用正交解调算法是建立在相关接收的基础上。 接收机本地产生同频同相的本振信号:
sin(C n ) , cos(C n )
如果本地产生的本振信号存在频率和相位偏差, 称为失配,将影响接收性能。
X I (n) A(n) cos[ (n) n ] X Q (n) A(n)sin[ (n) n ]
f ( n) ' ( n) X I (n) X 'Q (n) X 'I (n) X Q (n) 2 2 X I ( n) X Q ( n) X I (n) X 'Q (n) X 'I (n) X Q (n) X I (n)[ X Q (n) X Q (n 1)] X Q (n)[ X I (n) X I (n 1)] X I (n 1) X Q (n) X Q (n 1) X I (n)
X Q ( n) X I ( n) X Q ( n) X Q (n 1) 3)FM类 f (n) arctg[ ] arctg[ ] X I ( n) X I (n 1) ]
信号解调通用模型
在调相类与调频类的解调中,对 (n)的计算时要进 行除法与反正切运算,这对非专用的数字处理器来 说是比较复杂的。因此,我们不得不寻求其他的简 便方法来解决这个问题。
移相 提纯 脉冲形成
迟延
迟延相干法原理框图
包络检波-滤波法原理
这是一种从频带受限的中频 PSK 信号中提取位 同步信息的方法,其波形图如下图所示。当接收 端带通滤波器的带宽小于信号带宽时,使频带受 限的 2PSK 信号在相邻码元相位反转点处形成幅 度的“陷落”。
经包络检波后得到图 (b) 所示的波形,它可看成 是一直流与图 (c) 所示的波形相减, 而图(c) 波形 是具有一定脉冲形状的归零脉冲序列,含有位同 步的线谱分量, 可用窄带滤波器取出。
(βn取值为±1;αn发0时取1,发1时取-1)
n
四进制数字相位调制(QPSK) s(t ) g (t nT ) cos(C t n )
(n) 是受信息控制的相位参数,它有四种可能
的取值。对QPSK而言: I (t ) g (t nT ) cos(n ) Q(t ) g (t nT )sin(n )
1)载波同步
载波同步的方法可以分为两类: 插入导频法:发送有用信号的同时发送 导频信号; 直接法:从收到的信号中提取。 1) 平方变换法 2) 同相正交锁相环法 3) DSP通过软件实现
正交锁相环法(科斯塔斯锁相环)
I支路
V4
LPF
V6 Vd
V2
信号输入
VCO 环路滤波
2
输出信号
V1
s (n) I (n) cos(
nC
S
) Q(n) sin(
nC
S
)
2)典型数字信号的调制算法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
振幅键控信号(2ASK):一个二进制的振幅键控 信号可以表示为一个单极性脉冲和一个正弦信号 相乘。
s(t ) an cos(C t )
2FSK是符号0对应载波频率为ω1,符号1对应载波 频率为ω 2的以调波形。
n n
2 an g (t nT )sin(t 2)sin(ct )