GNU Radio软件无线电技术 白勇,胡祝华 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名：GNU Radio软件无线电技术

定价：80.00元

作者：白勇,胡祝华

出版社：科学出版社有限责任公司

出版日期：2017-08-01

ISBN：9787030507570

字数：

页码：

版次：31

装帧：平装

开本：128开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《GNU Radio软件无线电技术》首先介绍软件无线电技术的发展背景和历程，然后对一些常见的软件无线电平台进行详细的介绍（章）；其次介绍软件无线电技术中的主要理论，包括信号采样理论、多速率信号处理技术、数字滤波器技术以及软件无线电的基本结构等（第2章）；接着，针对GNURadio软件无线电中的软硬件平台进行详细的介绍（第3章），并给出GNURadio软件无线电系统环境在Ubuntu上的安装与测试方法（第4章）；随后，介绍GNURadio中的附带工具和功能软件，重点介绍GRC的使用方法，以及如何使用GRC和Python来开发通信系统（第5、6章）；在此基础上，《GNU Radio软件无线电技术》还详细分析基于C 语言来开发信号处理模块的问题（第7章），同时对QPSK&GMSK;调制方式、OFDM无线传输以及MIMO技术的GNURadio仿真实现进行详细的介绍和分析（第8章）；*后，《GNU Radio软件无线电技术》对常见的基于GNU Radio的软件无线电科研项目（OpenBTS、Hydra和GQRS）进行深入的分析和探讨（第9章）。
　　《GNU Radio软件无线电技术》可以为那些想通过构建GNURadio平台来开发和验证自己的创新想法或创新实践的科研和工程人员提供系统性的知识脉络和开发思路。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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数字时代的通信基石：软件定义无线电的奥秘与实践 想象一下，你的手机、Wi-Fi路由器，甚至是你身边那些默默工作的无线传感器，它们是如何实现如此灵活、高效且不断进化的通信能力的？在数字浪潮席卷全球的今天，无线通信已经渗透到我们生活的方方面面，而支撑这一切的，正是那一项项前沿而又至关重要的技术——软件无线电（Software Defined Radio, SDR）。本书将带领您深入探索软件无线电的广阔天地，揭示其核心原理、关键技术以及在现实世界中的无限可能。 从硬件束缚到软件自由：软件无线电的革命性转变 传统的无线电系统，其功能的设计和实现高度依赖于固定的硬件电路。这意味着一旦硬件制造完成，系统的功能便基本固定，任何升级或修改都需要重新设计和制造硬件，成本高昂且周期漫长。这种模式在技术飞速发展的今天显得尤为滞后。 软件无线电的出现，彻底打破了这一僵局。它的核心理念是将传统的硬件功能，特别是信号处理的许多环节，通过软件来实现。射频前端（接收和发射信号的接口）、模拟数字转换（ADC）和数字模拟转换（DAC）等基本硬件仍然是必需的，但信号的解调、调制、编码、解码、滤波以及协议的处理等核心通信功能，则转移到了灵活可编程的数字信号处理器（DSP）或通用计算机上。 这种转变带来了革命性的优势： 灵活性与可重构性： 通过软件更新，一台SDR设备可以轻松切换不同的通信标准、调制方式甚至频率，实现“一机多用”。这对于需要支持多种通信制式（如GSM、LTE、Wi-Fi、蓝牙等）的设备而言，意义非凡。 快速迭代与创新： 新的通信算法和协议可以迅速通过软件实现和部署，极大地缩短了研发周期，加速了技术创新。 成本效益： 随着通用计算能力的提升和SDR芯片的普及，SDR的硬件成本逐渐降低，而软件的复用性又进一步摊薄了整体开发成本。 可扩展性： SDR平台可以方便地通过增加计算资源或开发新的软件模块来扩展功能。 软件无线电的核心构成与工作流程 要理解SDR，我们需要对其核心构成有一个清晰的认识。一个典型的SDR系统通常包含以下几个关键部分： 1. 射频前端（RF Front-end）： 这是SDR与物理无线环境交互的接口。它负责接收来自天线的无线电信号，并将其转换为适合ADC处理的中频（IF）或基带（Baseband）信号；反之，它也负责将基带数字信号转换为射频信号，通过天线发射出去。射频前端通常包括滤波器（用于滤除干扰）、放大器（用于增强信号强度）、混频器（用于变频）等。 2. 模数/数模转换器（ADC/DAC）： ADC负责将射频前端输出的模拟信号转换为数字信号，以便后续的数字信号处理。DAC则将数字信号处理器输出的数字信号转换回模拟信号，供射频前端进行发射。ADC和DAC的采样率和分辨率是影响SDR性能的关键指标。 3. 数字信号处理器（DSP）/FPGA/CPU： 这是SDR的心脏。这里运行着实现各种通信功能的软件算法。DSP擅长处理高速、实时的数字信号；FPGA（现场可编程门阵列）提供了高度的并行处理能力，适合实现定制化的硬件加速；而通用CPU则为SDR提供了强大的计算能力和灵活性。许多高端SDR系统会集成这三者，以发挥各自的优势。 4. 主机（Host）/软件平台： 这是SDR设备的“大脑”，负责用户交互、任务调度、软件的加载和管理。它运行着操作系统的SDR应用，并与DSP/FPGA/CPU协同工作，共同完成复杂的通信任务。 SDR的工作流程可以大致分为两个方向： 接收端： 天线接收到的无线电信号经过射频前端处理，形成中频或基带模拟信号。ADC将其转换为数字信号。DSP/FPGA/CPU上的软件算法对这些数字信号进行数字下变频、解调、解码、滤波、纠错等一系列处理，最终提取出原始信息。 发射端： 原始信息首先经过编码、调制等数字处理，生成待发射的数字基带信号。DSP/FPGA/CPU将其传递给DAC。DAC将其转换为模拟基带信号。射频前端对其进行上变频、放大、滤波等处理，最终转换为射频信号，通过天线发射出去。 软件无线电的关键技术领域 SDR的实现涉及多个关键技术领域，每项技术都至关重要： 数字信号处理（DSP）： 这是SDR的核心。高效的DSP算法是实现各种调制解调、滤波、均衡、信道编码、解码等功能的基础。了解FFT（快速傅里叶变换）、FIR（有限脉冲响应）和IIR（无限脉冲响应）滤波器、各种调制解调方案（如QPSK, QAM, OFDM）等DSP技术是理解SDR的关键。 射频工程（RF Engineering）： 尽管SDR将许多功能移至软件，但高性能的射频前端仍然是不可或缺的。低噪声放大器（LNA）、功率放大器（PA）、混频器、滤波器以及阻抗匹配等射频设计知识，对于构建高效、低功耗的SDR系统至关重要。 通信原理与协议： SDR实现的是具体的通信功能，因此必须深入理解各种通信原理，包括信道模型、噪声、干扰、衰落等，以及各种通信协议，如TCP/IP、Wi-Fi标准、蜂窝移动通信标准（GSM, WCDMA, LTE, 5G NR）等。 嵌入式系统与硬件平台： SDR设备通常运行在嵌入式系统上，对硬件平台的选择（如DSP芯片、FPGA、ARM处理器）和软件的优化（如实时操作系统RTOS）有很高的要求。 软件开发与工具链： SDR的灵活性很大程度上依赖于其软件。掌握C/C++、Python等编程语言，以及GRC（GNU Radio Companion）、MATLAB/Simulink、Xilinx Vivado/Intel Quartus等SDR开发工具链，是进行SDR开发的基础。 GNU Radio：开源软件无线电的强大引擎 在开源软件的世界里，GNU Radio（GR）无疑是软件无线电领域最知名、最具影响力的项目之一。GNU Radio提供了一个功能强大且灵活的框架，允许开发者使用图形化的界面（GNU Radio Companion, GRC）或以Python/C++编程语言来设计、构建和测试复杂的软件无线电应用。 GNU Radio的核心理念是“模块化”和“数据流”。它将各种通信处理单元抽象成一个个“模块”（Blocks），这些模块可以接收输入数据，执行相应的处理，然后输出数据。开发者可以通过连接这些模块，构建出完整的信号处理链。GR提供了海量的预定义模块，涵盖了从信号源生成、滤波器、调制解调、频谱分析到数据输出等几乎所有常见的信号处理功能。 使用GNU Radio，用户可以： 快速原型开发： 通过GRC的图形化拖拽和连接，可以迅速搭建出SDR系统的信号处理流程，无需编写大量的底层代码。 灵活的算法实现： 对于GRC无法直接提供的功能，开发者可以利用Python或C++编写自定义模块，并将其集成到GRC流程中。 支持多种硬件： GNU Radio支持市面上绝大多数主流的SDR硬件，如USRP、RTL-SDR、HackRF等，极大地降低了SDR硬件的门槛。 强大的社区支持： 作为一个开源项目，GNU Radio拥有一个活跃的全球开发者社区，提供了丰富的文档、教程和技术支持。 软件无线电的应用领域：无处不在的无线智能 软件无线电技术的飞速发展，已经使其在众多领域展现出强大的应用潜力： 移动通信： 4G、5G乃至未来的6G通信系统，都深度依赖SDR技术来实现其复杂的功能和快速的演进。智能手机、基站等设备都是SDR的典型应用。 无线局域网（Wi-Fi）： 新一代Wi-Fi标准（如Wi-Fi 6/6E/7）的实现，需要SDR来支持更复杂的调制方式、更高的吞吐量和更灵活的信道管理。 航空航天与国防： SDR在军事通信、雷达系统、电子对抗、卫星通信等领域发挥着举足轻重的作用。其可重构性使其能够适应不断变化的战场环境和通信需求。 物联网（IoT）： 各种无线传感器、智能家居设备、工业自动化系统等都依赖SDR技术实现低功耗、高可靠的无线连接。 科学研究与教育： SDR作为一种低成本、易于获取的实验平台，为无线通信、信号处理、信息安全等领域的科学研究和教学提供了强大的工具。学生可以通过SDR亲身体验通信系统的运行，加深对理论知识的理解。 频谱监测与分析： SDR可以被用来实时监测和分析无线电频谱，识别干扰源，检测非法信号，保障频谱资源的有序利用。 展望未来：软件无线电的无限可能 随着半导体技术的不断进步、算法的日益成熟以及计算能力的持续提升，软件无线电的性能将越来越强大，应用也将更加广泛。未来，我们可以预见： 更加智能化的SDR： 结合人工智能（AI）和机器学习（ML）技术，SDR将能够自主学习、优化通信参数，甚至自适应地改变通信协议，以应对复杂的无线环境。 更低功耗、更集成化的SDR： 随着技术的进步，SDR芯片将更加小型化、集成化，功耗也将进一步降低，从而能够部署到更多对能耗敏感的设备上。 开放与标准化的SDR生态系统： 更多开源项目和标准化工作的推进，将进一步降低SDR的开发门槛，促进SDR技术的普及和创新。 更深层次的融合： SDR将与5G/6G、人工智能、云计算等前沿技术深度融合，催生出更多颠覆性的应用场景。 掌握软件无线电技术，就是掌握了未来数字通信的核心能力。它不仅是一门技术，更是一种思维方式，一种拥抱变化、持续创新的力量。本书将为您打开这扇通往数字通信前沿世界的大门，带您深入探索其中的奥秘，并为您提供实践的工具和方法，助力您在这个充满活力的领域中，创造属于自己的精彩。