面向 Zynq-7000 SoC 的軟件定義無(wú)線電原理及實(shí)現(xiàn)：涵蓋 GNU Radio 和 MATLAB 軟件的通信系統(tǒng)
定 價(jià)：99 元
叢書名：電子系統(tǒng)EDA新技術(shù)叢書
- 作者：何賓
- 出版時(shí)間：2024/12/1
- ISBN：9787121500930
- 出 版 社：電子工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TN92
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本書以Xilinx公司Zynq-7000系列SoC和ADI公司AD9361射頻收發(fā)器為核心定制的硬件平臺(tái)SDR-AI-Z7為基礎(chǔ)，以GNU Radio軟件和MATLAB軟件為設(shè)計(jì)平臺(tái)，詳細(xì)介紹了軟件定義無(wú)線電（Software Defined Radio，SDR）的原理，以及基于不同軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)SDR通信系統(tǒng)的方法。 本書在介紹SDR的原理和基于SDR技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)時(shí)，為讀者展現(xiàn)了不同實(shí)現(xiàn)方法對(duì)通信系統(tǒng)的性能、靈活性、成本和功耗方面的影響。本書共13章，主要內(nèi)容包括軟件定義無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)、軟件定義無(wú)線電平臺(tái)硬件和軟件架構(gòu)、軟件定義無(wú)線電平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境的構(gòu)建、通信信號(hào)處理的基礎(chǔ)知識(shí)、正交調(diào)制和復(fù)指數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、前向糾錯(cuò)的基本原理和實(shí)現(xiàn)、軟件定義無(wú)線電系統(tǒng)同步原理和實(shí)現(xiàn)、信道估計(jì)與均衡原理和實(shí)現(xiàn)、FM和FSK的GNU Radio實(shí)現(xiàn)、BPSK和QPSK無(wú)線傳輸?shù)腟imulink實(shí)現(xiàn)、OFDM無(wú)線傳輸?shù)腟imulink實(shí)現(xiàn)、802.11a無(wú)線傳輸?shù)腗ATLAB實(shí)現(xiàn)，以及ADS-B信號(hào)接收Simulink實(shí)現(xiàn)。此外，本書的附錄提供了AM的GNU Radio實(shí)現(xiàn)和QPSK的GNU Radio實(shí)現(xiàn)等。 本書理論和實(shí)踐并重，通過(guò)采用不同的軟件框架實(shí)現(xiàn)SDR通信系統(tǒng)，從多個(gè)角度詮釋了軟件定義無(wú)線電中“軟件”的本質(zhì)含義。
何賓，知名的嵌入式和EDA技術(shù)專家，長(zhǎng)期從事電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化方面的教學(xué)和科研工作，與全球多家知名的半導(dǎo)體廠商和EDA工具廠商密切合作。已經(jīng)出版電子信息方面的著作共40余部，內(nèi)容涵蓋電路仿真、電路設(shè)計(jì)、FPGA、數(shù)字信號(hào)處理、單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)等。典型的代表作有《模擬電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南（基礎(chǔ)篇）：從半導(dǎo)體、分立元件到TI集成電路的分析與實(shí)現(xiàn)》、《模擬電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南（實(shí)踐篇）：從半導(dǎo)體、分立元件到TI集成電路的分析與實(shí)現(xiàn)》、《Xilinx Zynq-7000嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-基于ARM Cortex-A9雙核處理器和Vivado的設(shè)計(jì)方法》、《Altium Designer17一體化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)教程-從仿真原理和PCB設(shè)計(jì)到單片機(jī)系統(tǒng)》、《STC8系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)指南：面向處理器、程序設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)的分析與應(yīng)用》等。
目錄
第1章 軟件定義無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)1
1.1 無(wú)線電頻譜及分配1
1.1.1 無(wú)線電頻譜的定義1
1.1.2 無(wú)線電頻譜分配3
1.1.3 頻譜許可和合法使用4
1.1.4 頻譜政策4
1.2 自由空間路徑損耗5
1.3 軟件定義無(wú)線電的發(fā)展歷史6
1.4 通信系統(tǒng)的分層模型9
1.4.1 開(kāi)放系統(tǒng)互連模型9
1.4.2 TCP/IP模型11
1.5 無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)12
1.5.1 通信標(biāo)準(zhǔn)的定義和重要性12
1.5.2 Wi-Fi的發(fā)展歷程14
1.5.3 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程15
1.6 SDR實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議棧16
1.6.1 MAC和PHY16
1.6.2 上層17
1.6.3 無(wú)線物理層17
第2章 軟件定義無(wú)線電平臺(tái)硬件和軟件架構(gòu)19
2.1 軟件定義無(wú)線電架構(gòu)的演進(jìn)19
2.1.1 基帶采樣/模擬中頻基帶采樣SDR19
2.1.2 數(shù)字中頻采樣SDR20
2.1.3 帶可調(diào)諧RF的基帶采樣SDR20
2.1.4 直接射頻SDR22
2.2 可重構(gòu)軟件定義無(wú)線電平臺(tái)硬件架構(gòu)23
2.2.1 Xilinx Zynq-7000異構(gòu)架構(gòu)SoC23
2.2.2 ADI的AD9361射頻收發(fā)器23
2.2.3 軟件無(wú)線電硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)27
2.2.4 Vivado底層硬件框架29
2.3 使用軟件無(wú)線電框架的必要性49
2.4 ADI的IIO子系統(tǒng)51
2.5 GNU Radio軟件無(wú)線電開(kāi)發(fā)框架55
2.5.1 GNU Radio的發(fā)展歷史55
2.5.2 GNU Radio的功能56
2.5.3 GNU Radio的初衷57
2.5.4 GNU Radio中的典型塊59
2.6 MathWorks軟件無(wú)線電開(kāi)發(fā)框架60
2.6.1 AD9361 Simulink模型60
2.6.2 通用的通信和DSP系統(tǒng)工具箱功能63
2.6.3 面向硬件可編程邏輯的Simulink工具流程64
2.6.4 SDR設(shè)計(jì)中的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法的框架64
2.6.5 SDR設(shè)計(jì)中的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)65
2.7 動(dòng)態(tài)可重配置軟件無(wú)線電開(kāi)發(fā)框架68
2.7.1 動(dòng)態(tài)可重配置技術(shù)與SoC結(jié)構(gòu)的結(jié)合68
2.7.2 動(dòng)態(tài)可重配置技術(shù)的核心單元69
第3章 軟件定義無(wú)線電平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境的構(gòu)建71
3.1 Vivado設(shè)計(jì)套件的下載和安裝71
3.1.1 Vivado設(shè)計(jì)套件的設(shè)計(jì)流程71
3.1.2 Vivado設(shè)計(jì)套件的下載73
3.1.3 Vivado設(shè)計(jì)套件的安裝75
3.1.4 添加許可文件79
3.1.5 添加板支持包81
3.2 GNU Radio軟件的下載和安裝81
3.2.1 GNU Radio軟件的下載81
3.2.2 GNU Radio軟件的安裝83
3.3 MATLAB軟件的下載和安裝86
3.3.1 MATLAB軟件的下載86
3.3.2 MATLAB軟件的安裝87
3.3.3 安裝Simulink軟件支持包93
3.3.4 添加HDL Coder工具補(bǔ)丁包96
3.3.5 安裝定制硬件平臺(tái)的軟件支持包97
第4章 通信信號(hào)處理的基礎(chǔ)知識(shí)98
4.1 調(diào)制和解調(diào)98
4.2 射頻術(shù)語(yǔ)和參數(shù)98
4.3 多速率信號(hào)處理99
4.3.1 多速率采樣的原因99
4.3.2 過(guò)采樣ADC和DAC100
4.3.3 抽取101
4.3.4 插值102
4.3.5 半帶和L帶濾波器103
4.3.6 抽取和插值級(jí)聯(lián)104
4.4 基帶調(diào)制（位到符號(hào)）106
4.4.1 正交調(diào)制與符號(hào)空間維度106
4.4.2 幅移鍵控107
4.4.3 正交幅度調(diào)制107
4.4.4 相移鍵控109
4.4.5 其他調(diào)制方案110
4.5 基帶解調(diào)（符號(hào)到位）110
4.5.1 符號(hào)判決111
4.5.2 加性高斯白噪聲信道111
4.5.3 誤差矢量幅度113
4.5.4 比特錯(cuò)誤率113
4.6 無(wú)線信道113
4.6.1 信道效應(yīng)114
4.6.2 解決方法117
4.7 脈沖整形與匹配濾波118
4.7.1 符號(hào)作為脈沖119
4.7.2 脈沖整形要求和實(shí)現(xiàn)119
4.7.3 平方根升余弦匹配濾波120
4.7.4 最大效果點(diǎn)121
4.8 比特錯(cuò)誤率分析121
第5章 正交調(diào)制和復(fù)指數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)123
5.1 信號(hào)的表示123
5.1.1 模擬和數(shù)字信號(hào)123
5.1.2 實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù)信號(hào)123
5.1.3 歐拉公式124
5.1.4 使用復(fù)數(shù)頻譜在頻域中查看實(shí)信號(hào)125
5.2 幅度調(diào)制和解調(diào)129
5.2.1 雙邊帶抑制載波幅度調(diào)制130
5.2.2 幅度解調(diào)131
5.2.3 帶有相位誤差的幅度解調(diào)132
5.3 正交幅度調(diào)制和解調(diào)133
5.3.1 正交調(diào)制的三角表示133
5.3.2 正交解調(diào)的三角表示134
5.3.3 帶相位移動(dòng)的正交解調(diào)135
5.4 復(fù)數(shù)符號(hào)的正交調(diào)制和解調(diào)136
5.4.1 復(fù)指數(shù)表示法的正交調(diào)制136
5.4.2 復(fù)指數(shù)表示法的正交解調(diào)137
5.5 復(fù)指數(shù)解調(diào)的頻譜表示138
5.6 接收機(jī)的頻率偏移和校正141
第6章 前向糾錯(cuò)的基本原理和實(shí)現(xiàn)143
6.1 前向糾錯(cuò)概論143
6.1.1 前向糾錯(cuò)的背景143
6.1.2 前向糾錯(cuò)的基本原理143
6.1.3 最大似然譯碼146
6.2 漢明碼146
6.2.1 漢明碼的參數(shù)146
6.2.2 最小距離的定義及其和糾錯(cuò)檢錯(cuò)能力的關(guān)系147
6.2.3 一致監(jiān)督矩陣147
6.2.4 生成矩陣149
6.2.5 線性分組碼的編碼149
6.2.6 線性分組碼的譯碼150
6.3 循環(huán)碼153
6.3.1 循環(huán)碼的定義和生成多項(xiàng)式154
6.3.2 監(jiān)督多項(xiàng)式和監(jiān)督矩陣156
6.3.3 (n,k)循環(huán)碼的編碼157
6.3.4 (n,k)循環(huán)碼的譯碼161
6.4 卷積碼167
6.5 維特比譯碼器169
6.6 BCJR、Log-MAP和Max-Log-MAP算法172
6.6.1 BCJR算法172
6.6.2 Log-MAP和MAX-Log-MAP算法174
6.7 卷積碼的性能175
6.8 衰落信道的前向糾錯(cuò)176
6.9 Turbo碼177
6.10 LDPC碼181
6.10.1 編碼181
6.10.2 譯碼183
6.10.3 5G NR標(biāo)準(zhǔn)中的LDPC碼186
第7章 軟件定義無(wú)線電系統(tǒng)同步原理和實(shí)現(xiàn)188
7.1 信號(hào)的同步問(wèn)題188
7.2 定時(shí)同步189
7.2.1 符號(hào)定時(shí)原理189
7.2.2 符號(hào)定時(shí)恢復(fù)結(jié)構(gòu)189
7.2.3 定時(shí)誤差檢測(cè)器190
7.2.4 定時(shí)分辨率196
7.3 載波同步196
7.3.1 載波偏移197
7.3.2 粗頻率校正197
7.3.3 細(xì)頻率校正198
7.4 幀同步204
7.4.1 幀的常見(jiàn)格式205
7.4.2 巴克碼205
7.4.3 Zadoff-Chu序列209
7.4.4 高萊互補(bǔ)序列211
第8章 信道估計(jì)與均衡原理和實(shí)現(xiàn)213
8.1 多徑干擾213
8.2 信道估計(jì)214
8.3 均衡器217
8.3.1 線性均衡器217
8.3.2 非線性均衡器220
第9章 FM和FSK的GNU Radio實(shí)現(xiàn)223
9.1 FM的原理和相關(guān)參數(shù)223
9.1.1 FM的原理223
9.1.2 FM的相關(guān)參數(shù)224
9.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境支持225
9.3 FM發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)226
9.3.1 啟動(dòng)GNU Radio軟件226
9.3.2 添加Wav File Source塊227
9.3.3 添加WBFM Transmit塊228
9.3.4 添加QT GUI Time Sink塊229
9.3.5 添加QT GUI Sink塊231
9.3.6 添加FMComms2/3/4 Sink塊232
9.3.7 連接流程圖中的塊233
9.3.8 保存設(shè)計(jì)234
9.4 FM接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)234
9.4.1 啟動(dòng)GNU Radio軟件234
9.4.2 添加FMComms2/3/4 Source塊235
9.4.3 添加QT GUI Sink塊236
9.4.4 添加Low Pass Filter塊（一）237
9.4.5 添加WBFM Receive塊238
9.4.6 添加Multiply Const塊239
9.4.7 添加Low Pass Filter塊（二）241
9.4.8 添加Audio Sink塊241
9.4.9 連接流程圖中的塊242
9.4.10 保存設(shè)計(jì)244
9.5 系統(tǒng)測(cè)試和驗(yàn)證244
9.5.1 鏡像文件的復(fù)制244
9.5.2 安裝PuTTY軟件工具246
9.5.3 硬件平臺(tái)的設(shè)置和啟動(dòng)247
9.5.4 配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)249
9.5.5 FM無(wú)線傳輸系統(tǒng)的硬件測(cè)試250
9.6 FSK的原理252
9.6.1 2-FSK的原理252
9.6.2 其他FSK方式254
9.7 FSK原理仿真255
9.7.1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置257
9.7.2 信源生成子系統(tǒng)257
9.7.3 FSK調(diào)制子系統(tǒng)258
9.7.4 FSK解調(diào)與驗(yàn)證子系統(tǒng)258
9.7.5 FSK原理仿真260
9.8 FSK發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)260
9.8.1 FSK發(fā)射機(jī)的參數(shù)262
9.8.2 FSK發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)262
9.9 FSK接收機(jī)的設(shè)計(jì)263
9.9.1 FSK解調(diào)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)265
9.9.2 FSK數(shù)據(jù)恢復(fù)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)265
9.10 FSK文件傳輸系統(tǒng)測(cè)試266
9.10.1 測(cè)試前的準(zhǔn)備工作266
9.10.2 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果267
第10章 BPSK和QPSK無(wú)線傳輸?shù)腟imulink實(shí)現(xiàn)271
10.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)271
10.2 BPSK和QPSK基帶處理器的設(shè)計(jì)272
10.2.1 創(chuàng)建新的Simulink設(shè)計(jì)模型272
10.2.2 符號(hào)映射276
10.2.3 整形濾波279
10.2.4 自動(dòng)增益控制280
10.2.5 粗頻率校正281
10.2.6 細(xì)頻率校正284
10.2.7 時(shí)序同步288
10.2.8 幀同步290
10.2.9 抽樣判決292
10.3 基帶處理模塊功能仿真與系統(tǒng)仿真292
10.3.1 QPSK仿真環(huán)境的構(gòu)建292
10.3.2 查看系統(tǒng)采樣率294
10.3.3 按模塊功能仿真295
10.3.4 系統(tǒng)功能仿真301
10.3.5 BPSK功能仿真301
10.4 編譯HDL模型與軟件接口模型303
10.4.1 編譯HDL模型303
10.4.2 軟件接口模型設(shè)計(jì)312
10.4.3 軟件模型的設(shè)計(jì)316
10.5 單個(gè)SDR硬件平臺(tái)上運(yùn)行發(fā)送和接收測(cè)試317
10.5.1 硬件設(shè)備連接317
10.5.2 發(fā)射端與接收端的IP設(shè)置318
10.5.3 執(zhí)行MATLAB腳本318
10.5.4 運(yùn)行設(shè)計(jì)319
10.5.5 可編程邏輯資源利用率321
10.6 編譯為獨(dú)立的可執(zhí)行文件并運(yùn)行321
10.6.1 編譯獨(dú)立的可執(zhí)行文件321
10.6.2 加載設(shè)計(jì)及運(yùn)行可執(zhí)行文件322
第11章 OFDM無(wú)線傳輸?shù)腟imulink實(shí)現(xiàn)326
11.1 OFDM的產(chǎn)生背景326
11.1.1 OFDM技術(shù)的起因326
11.1.2 OFDM的動(dòng)機(jī)327
11.2 多載波調(diào)制330
11.3 OFDM的原理332
11.3.1 OFDM調(diào)制和解調(diào)332
11.3.2 循環(huán)前綴334
11.4 OFDM系統(tǒng)框架336
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