软件无线电下GMSK调制解调的研究与实现

本文由shuai8818贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。大连海事大学硕士学位论文软件无线电下GMSK调制解调的研究与实现姓名：马佳佳申请学位级别：硕士专业：信息与通信工程（通信与信息系统）指导教师：夏志忠20100601中文摘要摘要近年来，以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的软件无线电技术出现及应用，对无线通信系统的发展起了很大的推动作用，软件无线电技术通过构建一个通用标准的模块化硬件平台，利用软件实现尽可能多的无线通信功能使得无线通信系统具有更高的灵活性和开放性。随着通信技术的发展，作为通信系统关键技术之一的调制解调技术也由最初的模拟调制向数字调制和全数字调制发展，采用合理高效的调制解调算法对无线通信系统的性能非常重要。论文在了解了软件无线电技术的研究现状及关键技术基础上，对基于软件无线电的ＭＳＫ及ＧＭＳＫ调制解调理论技术进行了研究和仿真分析，完成了ＧＭＳＫ调制解调算法在小型化软件无线电开发平台（ＳＦＦＳＤＲ）上的实现。论文对ＭＳＫ和ＧＭＳＫ调制解调原理及其算法进行了深入分析，在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境中对其进行了仿真分析，对ＭＳＫ和ＧＭＳＫ的相位及频谱特性进行了比较；重点对ＧＭＳＫ调制解调算法在一款新型的小型化软件无线电平台上的实现过程进行了详细的分析和描述；介绍了小型化软件无线电开发平台的硬件构成及软件开发环境，对开发平台两种开发模式进行了描述，重点阐述了基于模型开发模式（ＭＢＤＫ）的开发设计流程，结合Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境中的ＲＴＷ及其ＣＣＳ３．３，对根据ＧＭＳＫ调制解调算法搭建的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块进行编译，运行编译后的代码进行实时仿真分析，最后，将ＧＭＳＫ调制解调算法编译链接后生成的可执行文件下载到ＳＦＦＳＤＲ硬件平台中，运用ＲＴＷ提供的外部通信模式实现宿主机与目标机之间的通信，并通过宿主机监视观察执行结果，得出结论。关键词：软件无线电；调制解调；ＧＭＳＫ；ＳｉｍｕＩ．ｎｋ英文摘要ＡＢＳＴＲＡＣＴＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｔｈｅｅｍｅｒｇｅｎｃｅａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｒａｄｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｅｒｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ，ｗｉ也ｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｃｏｒｅ，ｓｉｎｇａｔｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｇｒｅａｔｌｙｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ．Ｓｏｆｔｗａｒｅｒａｄｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｍａｋｅｓｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｍｏｒｅｆｌｅｘｉｂｌｅａｎｄｏｐｅｎｂｙｂｕｉｌｄｉｎｇｃｏｍｍｏｎｓｔａｎｄａｒｄｍｏｄｕｌａｒｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｕｓｉｎｇｔｈｅｓｏｆｌｗａｒｅｒｅａｌｉｚｉｎｇｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｒｆｉｃａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｓｍｕｃｈａｓｐｏｓｓｉｂｌｅ．Ａｌｏｎｇ诵ｍｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｄｅｖｅｌｏｐｓｆｒｏｍｔｈｅａｎａｌｏｇｔｏｄｉ西ｔａｌｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｎｄｆｕｌｌｄｉｇｉｔａｌｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ．Ｕｓｉｎｇｒｅａｓｏｎａｂａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇａｒｃｈｏｆｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｒｅｓｅｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄｋｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｙｏｎｓｏｌ，ｒａｒｅｒａｄｉｏ，ｔｈｅｐａｐｅｒｍａｋｅｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＭＳＫａｎｄａｎＧＭＳｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＫｂａｓｅｄｏｎｓｏＲｗａｒｅｒａｄｉｏ，ａｃｈｉｅｖＧＭＳＫｅｓｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎＳｍａｌｌＦｏｒｍＦａｃｔｏｒＳｏｆｒｗａｒｅＤｅｆｉｒｔｉｔｉｏｎＲａｄｉｏ（ＳＦＦＳＤＲ）．Ｔｈｅｐａｐｅｍａｋｅｓａｎｉｎ叫ｄ印ｔｔｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＭＳＫａｎｄＧＭＳＫｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｒｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｄｏｅｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａａｎａｌｙｓｉｓｎｄｏｆｔｈｅＭＳＫａｎｄＧＭＳＫｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｓｔｈｅｐｈａｓｅｓａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＭＳＫＧＭＳＫ．Ａｌｓｏ，ｉｔｍａｋｅｓａｄｅｔａｉｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄａｎｄｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｎｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆＧＭＳＫｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｎｉｔｈｍＳＦＦＳＤＲｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍ，ｗｈｉｃｉｈｈａｒｄｗａｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｅｗｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍ．ＴｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｏｆＳＦＦＳＤＲｓａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍ，ａｎｄｄｅｓｃｒｉｂｅｓｉｔｓｔｏｗｋｉｎｄｓｏｆｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｍｏｄｅｓａｎｄｄｅｖｅｄｅｓｉｇｎｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｂａｓｅｄＴＷｉｎｏｎＭＢＤＫ．ＣｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅＲＳｉｍｕｌｉｎｋａｎｄＣＣＳ３．３，ｉｔｈｅｃｏｍｐｉｌｅｓｔＳｉｍｕｌｉｎｋｍｏｄｕｌｅｗｈｉｃｈｉｓｂｕｉｌｔａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｍａｋｅｓｒｅａｌ—ｔｉｍｅａｎａｌｙｓｉｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔｄｏｗｎｌｏａｄｓｅｘｅｃｕｔａｂｌｅｆｉｌｅｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｌｉｎｋｅｄａｆｔｅｒｃｏｍｐｉｌｉｎｇｔｈｅＧＭＳＫｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ．ＴｈｅｐａｐｅｒｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｂｅｔｗｅｅｎｃａｔｉｏｎｔｈｅｈｏｓｔｍａｃｈｉｎｅａｎｄｔｈｅｔａｒｇｅｔｍａｃｈｉｎｅｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆＲＴＷ，ｏｂｓｅｒｖｅｓｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｘｅｃｕｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｈｏｓｔｍａｃｈｉｎｅｃｏｍｅｓｔｏａｍｏｎｉｔｏｒａｎｄ英文摘要ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＳｏｆｔｗａｒｅＲａｄｉｏ；Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＧＭＳＫ：Ｓｉｍｕｌｉｎｋ大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成硕士学位论文．＝＝鞑鲑玉绫电王鱼鳖Ｋ遢亟』鲣迥的硒究皇塞现：一。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：丕篮丝学位论文版权使用授权书?本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》（中国学术期刊（光盘版）电子杂志社）、《中国学位论文全文数据库》（中国科学技术信息研究所）等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。本学位论文属于：保密口在——年解密后适用本授权书。不保密舀（请在以上方框内打“√＂）论文作者签名：马镌，传导师签名：日期：Ⅵ／ｏ年软件无线电下ＧＭＳＫ调制解调的研究与实现第１章绪论１．１课题的背景和意义软件无线电（ＳｏｉｈｖａｒｅＲａｄｉｏ）或者称软件可定义的无线电（Ｓｏｆｔ．ＤｅｆｉｎｅｄＲａｄｉｏ）的概念是由ＪｏｅＭｉｔｏｌａ于１９９２年最早提出的，主要是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑，它特指用软件来定义和完成各种功能的无线通信设备。软件无线电的中心思想是：构造一个标准化、模块化、开放式的通用硬件平台，将各种功能用软件来实现，如工作频段、调制解调方式、数据格式、加密模式、通信协议等，并使宽带Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换器尽可能的靠近天线，减少通信系统中的模拟环节，从而研制出具有更高灵活性和开放性的新一代无线通信系统【１１。软件无线电的出现，使无线电技术由以硬件为主导的时代逐渐走向以软件为主的时代。伴随着信号处理技术和宽带模数转换的快速发展，硬件工艺水平的日益提高，以及ＥＤＡ工具和可编程器件的逐步成熟，软件无线电技术逐步从理论概念转换到实际应用中成为可能。为了更好的满足通信系统的要求，需要物理层有高度的适应性和灵活性，具备兼容多标准操作的要求和功能特性【ｌ】。而灵活的多标准通信解决方法是传统的无线电通信系统所不具备的，当通信系统要实现的功能改变时，就必须更新通信系统的硬件组成。尤其是在目前无线电标准和接口种类多样化的时代，为了节约成本，每层可重构的软件无线电设备取代传统的无线电通信系统来实现灵活多样的通信功能成为必然趋势。随着计算机技术的快速发展，尤其是微处理器在通信系统和高速数字信号处理中的应用，无线通信系统逐步由模拟系统向数字系统转变。软件无线电被认为是继模拟通信到数字通信、固定通信到移动通信之后无线通信领域的又一次重大突破。软件无线电可以只通过改变软件模块而不更改硬件组成的情况下使得通信系统增加或更改新的功能，具有很强的灵活性、开放性和扩展性等特点。为了实现软件无线电的通用性、可升级性和兼容性等特性，需要解决三类关键技术【２】：第一，需要对标准化、可扩展、开放式的软硬件平台结构进行研究；第二，需要开发适第１章绪论合于软件无线电系统的数字信号处理器件、高性能射频硬件结构；第三，需要研究适合于软件无线电的多波段、多速率、多模式信号接收理论和实现算法方法。调制解调技术作为通信系统中的关键技术，其效果好坏对通信系统的性能有着直接的影响，所以要根据不同的通信系统功能要求选择合适的调制解调方式并采取有效合理的算法实现，对建立性能良好的无线通信系统尤为重要。随着通信技术的发展，调制解调技术也由最初的模拟调制方式向数字调制和全数字调制方式发展【２１。具有模块化开放式结构特点的软件无线电技术为调制解调算法的实现提供了一个良好的软硬件平台，同时也对调制解调技术提出了一些更高的要求：（１）为了增加系统容量，通信系统会采用频率复用技术，这样系统中存在邻道干扰的同时还会产生同频道干扰，这就要求调制技术必须有好的频谱特性，较低的带外辐射以及较少的干扰存在；（２）由于无线通信系统的频带资源特别紧张，因此调制后的信号应具有较窄的带宽，且具备较高的频谱效率；（３）由于无线通信信道通常存在着一些不利影响如：多普勒频移、多径衰落、延迟扩散等，从而要求调制技术应当具有抗多径衰落等性能，以获得好的信噪比，保证有较低的误码率；（４）由于无线信道通常具有非线性，无线通信发信机中的功率放大器部分也往往具有非线性，因而调制后的信号应当保持恒定的包络或者较小的起伏，以减小信道和功率放大器非线性的不利影响；（５）与相干解调相比，差分解调无需提取相干本地载波，在具有深衰落、多普勒频移等不利条件的通信信道中具有更好的性能，所以差分解调方式成为更受青睐的解调方式；（６）应当选择更易于实现，成本低廉，尽可能缩小设备尺寸的调制解调方式【引。为了