软件无线电入门教程 使用LabVIEW设计与实现

2012年，芬兰一名工程专业的学生Antti Palosaari在V4L GMANE开发者论坛上表示，他能够用Realtek(瑞昱)的一款电视棒侦听无线电信号，由此引发了软件无线电硬件解决方案的研发热潮。在过去的9年，各种软件无线电的硬件实现方案相继推出。例如，在业余无线电领域有Realtek的RTLSDR、Michael Ossmann的HackRF； 在专业无线电领域有Ettus Research的USRP等。
早在20世纪90年代，软件无线电技术就被应用于军事通信中，其目的是解决不同电台之间的互通性问题，以提高协同作战能力。后来经过国际电信联盟的推动，软件无线电进一步成为3G/4G实现的技术基础。正是看到了软件无线电的巨大应用前景和产业价值，世界各国的研究者和业余无线电爱好者在各自领域对软件无线电技术的理论和实现问题进行了大量的研究。在专业的工程教育领域，软件无线电更是成为通信专业实验课的方案。例如，在美国MathWorks公司发布的5G白皮书中，就明确指出软件无线电是5G原型验证的解决方案。与此同时，美国国家仪器公司(National Instruments, NI)通过收购Ettus Research的USRP系列产品扩大自身的5G仪器生态。近几年，美国ADI公司也加入了这一市场，先后推出AD936X系列产品。例如，2018年，ADI公司发布了通信原理实验教学的超低成本解决方案ADALMPlutoSDR。
那么，软件无线电究竟是一项什么样的技术呢？1992年，在Joseph Mitola Ⅲ博士发表的论文中，就对软件无线电有着明确的定义。软件无线电被定义为一种多频段的无线电技术，它能够支持多种无线通信协议，其硬件实现方案模型主要由天线、射频前端、模/数和数/模转换器以及数字信号处理器构成。其中，数字信号处理器、数/模和模/数转换器是硬件的核心器件。在过去的几十年，受限于核心器件的发展水平，软件无线电的硬件实现进展缓慢。近10年来，随着处理器技术的高速发展，研究人员意识到这项技术实现的可能性。与此同时，移动通信从2G到3G，再到4G，乃至现在的5G，系统更新换代的速度越来越快，设备更新成本越来越高，这就为未来通信系统的部署提出了新的挑战，即未来通信系统的升级换代不应受硬件限制。在这种背景下，软件无线电技术为解决该问题提供了新的方向：将信号处理尽可能交给数字信号处理器完成，通信系统协议升级通过升级软件实现。
软件无线电主要融合了电子信息、通信和计算机等专业技术，对于初学者，会简单的编程就可以利用开源软件无线电平台进行一些开源项目探索，但是要深入掌握这门技术，并进行创新项目开发，就需要深入学习一些专业基础课，如模拟电路、数字电路、数字信号处理、无线通信、通信系统设计、射频微电子、嵌入式系统开发，以及LabVIEW/MATLAB编程等专业课程和编程技能。从业余到专业，不仅需要更多的编程实践，还需要不断充实更多的理论知识，并能够将这些理论应用于实践，融会贯通，才能够领悟软件无线电的本质。本书采用LabVIEW作为主要的编程软件，再搭配实践案例介绍软件无线电，尽量避免复杂的理论推导，使学习过程轻松有趣。
本书可作为通信工程、电子信息工程等专业基础课选修教材，也面向工程科技类普通读者，尽可能删减繁杂、抽象的公式、定理和理论推导。读者除需要具备基本的数学知识和编程能力外，无须预修任何课程。本书特别理想的受众是无线通信系统、电子侦测与对抗、雷达系统、无线电安全以及通信基带芯片设计等领域需要用到LabVIEW进行开发的研发人员； 本书也为业余软件无线电开发者提供了有价值的参考。
感谢南方科技大学孟庆虎院士，张璧、贡毅、王锐、张青峰、虞亚军等老师对本书提出的宝贵意见。感谢邵竹元先生(老邵的开源世界)对本书文字的校对，使本书的内容更加清晰形象，概念的解释更加具体准确。感谢南方科技大学在本书写作过程中提供的资源和支持。感谢清华大学出版社的大力支持，他们认真细致的工作保证了本书的质量。 
由于编者水平有限，书中难免有疏漏和不足之处，恳请读者批评指正！

编者2022年3月

本书是一部系统论述软件无线电的立体化教程（含纸质图书、电子书、教学课件、源代码与视频教程）。 全书共分为10章。第1章介绍LabVIEW编程。第2章介绍无线电系统设计与仿真过程。第3章介绍软件无线电RTL-SDR的硬件结构。第4章介绍接收机系统性能分析与优化方法。第5章介绍LabVIEW动态链接库函数的封装和调用方法。第6章介绍LabVIEW和MATLAB的混合编程技巧。第7章介绍软件无线电的结构和关键技术。第8章介绍两款当前较为典型的开源软件无线电项目。第9章介绍高性能软件无线电平台的使用方法。第10章介绍无线数字通信系统中典型信号处理算法。 为便于读者高效学习，快速掌握软件无线电设计与实践。本书作者精心制作了电子书（110页案例资料）、完整的教学课件（10章PPT）、完整的源代码（10章60多个案例）与丰富的配套视频教程（超过300分钟）以及在线答疑服务等内容。 本书适合作为广大高校通信工程专业软件无线电课程教材，也可以作为软件无线电技术开发者的自学参考用书。