本书是配合"软件无线电技术”的理论教学而编写的实验教程，主要内容包括软件无线电基础知识、软件无线电体系结构、软件无线电硬件平台、软件无线电信号处理算法、软件无线电典型应用等。本书综合应用MATLAB、LabVIEW、Verilog HDL等编程语言，通过XSRP软件无线电平台，实现了理论仿真与工程实现相结合。全书共4章，分为基础知识、基础性实验、设计性实验和综合性实验。基础性实验包括MATLAB仿真实验和XSRP软件无线电平台硬件实验，设计性实验均在XSRP软件无线电平台上通过FPGA编程实现，综合性实验通过LabVIEW和MATLAB编程，在XSRP软件无线电平台上构建通信系统。

前 言 随着高速模/数转换器（ADC）、数/模转换器（DAC）、大规模现场可编程门阵列（FPGA）、高速数字信号处理器（DSP）、高集成度射频收发器（Transceiver）等器件在无线通信系统中的广泛应用，无线通信系统已从以硬件为主的硬件无线电系统逐渐发展到以软件为主的软件无线电系统，以5G为代表的新一代通信技术的成熟，代表着以软件化和智能化为标志的无线通信时代已经到来。 软件无线电的基本思想就是将宽带A/D及D/A尽可能地靠近射频天线，建立一个具有“A/D-DSP-D/A”模型的、通用的、开放的硬件平台，在这个硬件平台上尽量利用软件技术来实现各种功能模块。开设软件无线电技术实验，需要综合运用多门专业基础课程和专业课程的知识，如电子技术基础（含模拟和数字）、信号与系统、数字信号处理、通信原理、射频与天线等课程，是对本科阶段学习的多门课程的综合，具有技术新、内容多、难度大、综合性、系统性等特点。 软件无线电系统以模块化方式实现系统的功能。以实现射频电台的收发功能为例，通过软件实现信息抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换，然后经过射频收/发，来完成射频电台的功能。每个模块功能的实现有赖于基础理论的实验，而模块间的接口连接和参数选择则体现为系统的构建与优化。软件无线电技术课程实验包括基础理论实验与系统实验，要求学生在掌握基础理论和熟悉系统架构的前提下，完成软件无线电系统的设计与调试，兼顾基础理论与工程应用。 随着计算机和人工智能技术的进步，软件无线电技术与人工智能技术相结合，其未来的发展表现为认知无线电（Cognitive Radio，CR）。通过融合人工智能算法，软件无线电设备能够感知周围的电磁环境，能够动态地、自动地调整工作参数，学习周围的环境，选择最佳频段，并使用适合环境的通信制式进行通信。同时，软件无线电技术具有发展迅速、实践性强、交叉性强、应用广泛等特点，已在新一代移动通信、应急通信、物联网、航空航天、公安、国防、军事等诸多领域得到应用。开设软件无线电技术实验课程，需要提供多个应用领域的综合设计案例，并为学生提供开放的实验环境和实验平台，引导学生进行自主学习与创新实验。 本书作为软件无线电技术的实验教程，可配合理论教学使用，也可单独作为实践教学环节的教材使用。本书的结构如下： 第1章为基础知识，主要包括软件无线电的基本概念、MATLAB和XSRP软件无线电平台简介、组成、功能及应用。 第2章为基础性实验，提供了12个实验项目，可作为理论课程的随课实验，侧重软件无线电基础理论的验证和设计，要求掌握软件无线电基础理论的MATLAB仿真和XSRP软件无线电平台的使用方法，既有MATLAB仿真实验，也有通过XSRP软件无线电平台完成的硬件实验。 第3章为设计性实验，提供数字上变频设计实验、数字下变频设计实验、64QAM调制解调设计实验、卷积编译码设计实验4个实验项目，要求学生使用Verilog HDL语言在XSRP软件无线电平台的FPGA中完成设计。本章内容可作为软件无线电技术的进阶实验，也可作为课程设计、综合设计、毕业设计的项目。 第4章为综合性实验，主要基于项目式教学思想，提供模拟调制方式自动识别系统设计、数字调制方式自动识别系统设计、QPSK语音通信系统设计、MIMO_OFDM通信系统设计、5G物理层通信系统设计5个综合设计项目，要求学生使用MATLAB、LabVIEW、XSRP软件无线电平台等软硬件平台，参照研发流程，通过方案设计、程序编写、软硬件联调、系统测试、报告撰写等环节，完成一个完整的项目设计，着重培养学生的技术能力和解决复杂工程问题的能力。本章内容可作为课程设计、综合设计、毕业设计的项目。 本书由张承畅统稿，由张承畅、刘忠成、谢显中、余洒共同编写。本书得到了武汉易思达科技有限公司的大力支持，王程涛、李玮、王波、朱富利、周治坤、刘冬、李典、张士琪、曾宇、曾果等工程师为本书的编写做了大量工作！此外本书得到了教育部产学合作协同育人项目资助（项目编号：202002288002）。电子工业出版社的王羽佳编辑为本书的出版做了大量工作。没有他们的支持，本书是无法完成和出版的，在此一并深表感谢！ 由于编者理论和技术水平有限，书中难免存在问题和错误，诚挚希望相关领域的专家和读者批评指正。 编 者 2022年1月

目 录 第1章 基础知识 1 1.1 软件无线电基础 1 1.2 MATLAB简介 2 1.3 XSRP软件无线电平台 3 1.3.1 平台简介 3 1.3.2 平台组成 5 1.3.3 平台功能 10 1.3.4 XSRP软件无线电平台在教学中的应用 10 第2章 基础性实验 13 2.1 实验1：抽样定理实验 13 2.1.1 实验目的 13 2.1.2 实验设备 13 2.1.3 实验内容 13 2.1.4 实验原理 14 2.1.5 实验步骤 16 2.1.6 实验记录 20 2.2 实验2：多率信号处理实验 23 2.2.1 实验目的 23 2.2.2 实验设备 23 2.2.3 实验内容 23 2.2.4 实验原理 23 2.2.5 实验步骤 28 2.2.6 实验记录 33 2.3 实验3：半带滤波器和积分梳状滤波器实验 38 2.3.1 实验目的 38 2.3.2 实验设备 38 2.3.3 实验内容 39 2.3.4 实验原理 39 2.3.5 实验步骤 43 2.3.6 实验记录 47 2.4 实验4：数字滤波器实验 51 2.4.1 实验目的 51 2.4.2 实验设备 51 2.4.3 实验内容 51 2.4.4 实验原理 52 2.4.5 实验步骤 53 2.4.6 实验记录 60 2.5 实验5：8路多相滤波信道发射机实验 61 2.5.1 实验目的 61 2.5.2 实验设备 61 2.5.3 实验内容 62 2.5.4 实验原理 62 2.5.5 实验步骤 69 2.5.6 实验记录 72 2.6 实验6：FM调制解调实验 75 2.6.1 实验目的 75 2.6.2 实验设备 75 2.6.3 实验内容 75 2.6.4 实验原理 76 2.6.5 实验步骤 77 2.6.6 实验记录 80 2.7 实验7：16QAM调制解调实验 81 2.7.1 实验目的 81 2.7.2 实验设备 82 2.7.3 实验内容 82 2.7.4 实验原理 82 2.7.5 实验步骤 84 2.7.6 实验记录 88 2.8 实验8：卷积编译码实验 89 2.8.1 实验目的 89 2.8.2 实验设备 90 2.8.3 实验内容 90 2.8.4 实验原理 90 2.8.5 实验步骤 93 2.8.6 实验记录 96 2.9 实验9：Turbo编译码实验 98 2.9.1 实验目的 98 2.9.2 实验设备 98 2.9.3 实验内容 98 2.9.4 实验原理 99 2.9.5 实验步骤 100 2.9.6 实验记录 104 2.10 实验10：LDPC编译码实验 105 2.10.1 实验目的 105 2.10.2 实验设备 105 2.10.3 实验内容 105 2.10.4 实验原理 106 2.10.5 实验步骤 110 2.10.6 实验记录 112 2.11 实验11：帧同步实验 113 2.11.1 实验目的 113 2.11.2 实验设备 113 2.11.3 实验内容 113 2.11.4 实验原理 114 2.11.5 实验步骤 115 2.11.6 实验记录 121 2.12 实验12：均衡实验 122 2.12.1 实验目的 122 2.12.2 实验设备 123 2.12.3 实验内容 123 2.12.4 实验原理 123 2.12.5 实验步骤 127 2.12.6 实验记录 129 第3章 设计性实验 130 3.1 实验1：数字上变频设计实验 130 3.1.1 实验目的 130 3.1.2 实验仪器 130 3.1.3 实验内容 130 3.1.4 实验原理 131 3.1.5 实验步骤 136 3.1.6 实验记录 144 3.2 实验2：数字下变频设计实验 145 3.2.1 实验目的 145 3.2.2 实验仪器 146 3.2.3 实验内容 146 3.2.4 实验原理 146 3.2.5 实验步骤 152 3.2.6 实验记录 160 3.3 实验3：64QAM调制解调设计实验 161 3.3.1 实验目的 161 3.3.2 实验仪器 161 3.3.3 实验内容 161 3.3.4 实验原理 162 3.3.5 实验步骤 168 3.3.6 实验记录 174 3.4 实验4：卷积编译码设计实验 175 3.4.1 实验目的 175 3.4.2 实验仪器 175 3.4.3 实验内容 175 3.4.4 实验原理 176 3.4.5 实验步骤 180 3.4.6 实验记录 185 第4章 综合性实验 188 4.1 项目1：模拟调制方式自动识别系统设计 188 4.1.1 任务书 188 4.1.2 参考指南 189 4.1.3 操作步骤 193 4.2 项目2：数字调制方式自动识别系统设计 197 4.2.1 任务书 197 4.2.2 参考指南 199 4.2.3 操作步骤 202 4.3 项目3：QPSK语音通信系统设计 206 4.3.1 任务书 206 4.3.2 参考指南 207 4.3.3 操作步骤 213 4.4 项目4：MIMO_OFDM通信系统设计 217 4.4.1 任务书 217 4.4.2 参考指南 218 4.4.3 操作步骤 222 4.5 项目5：5G物理层通信系统设计 229 4.5.1 任务书 229 4.5.2 参考指南 230 4.5.3 操作步骤 238 参考文献 246