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。

第1章 LabVIEW简介
1.1 LabVIEW编程基础
1.1.1 VI的创建
1.1.2 控件创建
1.1.3 函数模块创建
1.1.4 连线
1.1.5 实例1： 加法器
1.1.6 条件结构
1.1.7 实例2： 选择器
1.1.8 循环结构
1.1.9 实例3： 累加器
1.1.10 帮助文档
1.2 LabVIEW编程进阶
1.2.1 数组
1.2.2 簇结构
1.2.3 波形
1.2.4 动态数据
1.2.5 多分支条件结构
1.2.6 多层嵌套条件结构
1.2.7 移位寄存器
1.2.8 波形显示
1.2.9 子VI的定义和调用
1.2.10 调制工具包
1.3 LabVIEW设计模式
1.3.1 项目需求分析
1.3.2 事件结构
1.3.3 事件驱动用户界面模式
1.3.4 状态机模式
1.3.5 队列
1.3.6 生产者消费者模式
1.4 项目实例： FM解调软件
1.4.1 项目介绍
1.4.2 主程序框架
1.4.3 FM解调方案
1.4.4 项目编程
1.4.5 软件生成和发布
1.5 本章小结
第2章 无线电系统设计与仿真
2.1 FM系统简介
2.1.1 无线电系统
2.1.2 FM系统传输模型
2.2 FM系统程序设计和仿真
2.2.1 系统设计和仿真流程
2.2.2 WBFM的数学模型
2.2.3 仿真界面
2.2.4 程序框图
2.2.5 WBFM单音测试
2.2.6 WBFM语音测试
2.3 FM调制原理
2.3.1 FM的时域表达
2.3.2 NBFM的时频域表达
2.3.3 WBFM的时频域表达
2.3.4 贝塞尔函数
2.3.5 卡森准则
2.4 FM解调原理
2.4.1 反正切法
2.4.2 包络检波法
2.4.3 锁相环的基本原理
2.4.4 FM抗噪声性能
2.5 本章小结
第3章 软件无线电RTLSDR
3.1 RTLSDR简介
3.1.1 RTLSDR的应用
3.1.2 RTLSDR驱动安装
3.1.3 SDR应用软件
3.1.4 RTLSDR发现趣事
3.2 RTLSDR的LabVIEW接口
3.2.1 RTLSDR接口安装
3.2.2 RTLSDR接口函数
3.2.3 RTLSDR数据采集流程
3.3 FM电台搜索
3.3.1 信号的复数表示
3.3.2 FM的复基带表示
3.3.3 RTLSDR控制参数
3.3.4 FM接收机设计模型
3.3.5 FM 电台搜索实例
3.4 FM信号解调和播放
3.4.1 FM信号解调流程
3.4.2 RTLSDR解调程序框图
3.4.3 基于队列的FM接收机
3.5 RTLSDR硬件结构
3.5.1 RTLSDR硬件简介
3.5.2 RTLSDR信号处理流程
3.5.3 调谐器芯片R820T
3.5.4 控制器芯片RTL2832U
3.5.5 数字中频接收机结构
3.6 本章小结
第4章 接收机系统性能分析与优化
4.1 信号分析基础
4.1.1 采样率
4.1.2 频谱测量
4.1.3 信噪比估计
4.1.4 低通滤波器
4.1.5 波形重采样
4.2 FM解调算法优化
4.2.1 FIR滤波器解调
4.2.2 双FIR滤波器解调
4.2.3 移位寄存器解调
4.2.4 FM门限效应
4.2.5 信噪比最大化
4.3 软件界面设计
4.3.1 界面设计概述
4.3.2 功能定义
4.3.3 界面布局
4.3.4 界面美化
4.3.5 设计实例
4.4 本章小结
第5章 动态链接库封装和调用
5.1 RTLSDR接口函数的封装
5.1.1 动态链接库简介
5.1.2 RTLSDR接口函数封装
5.2 导入共享库向导
5.2.1 导入前准备
5.2.2 导入共享库向导过程
5.3 动态链接库编译
5.3.1 编译前准备
5.3.2 编译步骤
5.4 调用库函数的配置
5.4.1 函数配置
5.4.2 端口参数配置
5.4.3 回调函数配置
5.4.4 错误检测配置
5.5 本章小结
第6章 LabVIEW和MATLAB混合编程
6.1 混合编程基础
6.1.1 混合编程简介
6.1.2 MATLAB编程简介
6.1.3 MATLAB编译器安装
6.2 MATLAB可执行文件生成
6.2.1 MATLAB生成EXE文件
6.2.2 MATLAB生成DLL文件
6.2.3 MATLAB生成COM组件
6.2.4 MATLAB生成.NET库文件
6.3 混合编程实例
6.3.1 MATLAB Script实现FM解调
6.3.2 DLL实现FM解调
6.3.3 COM组件实现FM解调
6.3.4 .NET组件实现FM解调
6.3.5 混合编程的比较
6.4 本章小结
第7章 软件无线电接收机
7.1 软件无线电结构
7.1.1 低中频接收机结构
7.1.2 超外差结构
7.1.3 镜像抑制滤波
7.1.4 零中频结构
7.2 数字下变频器
7.2.1 数字振荡器
7.2.2 数字混频器
7.2.3 抽取低通滤波器
7.3 抽取和内插
7.3.1 带通采样定理
7.3.2 整数倍抽取结构
7.3.3 整数倍内插结构
7.3.4 分数倍速率变换
7.4 数字滤波器
7.4.1 CIC滤波器
7.4.2 Noble恒等式
7.4.3 HB滤波器
7.5 本章小结
第8章 开源软件无线电
8.

前言
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
专业实验课的首选方案。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1月

软件无线电是继有线通信到无线通信，模拟通信到数字通信之后的第三次革命性技术。软件无线电技术的重要价值在于它打破了传统通信功能仅依赖于硬件发展的局限，实现了通信功能由软件定义的新体系。目前，软件无线电技术在移动通信、雷达、电子对抗等领域发展日趋成熟，广大高等院校也相继开设了软件无线电相关课程。本书按照从实践到理论，再从理论回归实践的方式，循序渐进地介绍软件无线电技术。书中内容采用LabVIEW作为主要的编程软件来叙述，配合丰富的实验案例来深入论述软件无线电应用方法，尽量避免复杂的通信理论推导，使学习过程轻松有趣。

第3章
CHAPTER 3
软件无线电RTLSDR
RTLSDR是Realtek公司开发的一款廉价的无线电接收设备，将该设备连接到普通计算机，就可以构成低成本的软件无线电平台。本章首先介绍RTLSDR的使用方法，然后介绍RTLSDR的应用接口函数，接着利用RTLSDR进行数据采集，对采集的数据进行理论解析，最后介绍RTLSDR硬件结构。
3.1RTLSDR简介
RTLSDR是Realtek公司开发的一款廉价的无线电接收设备，最初用于接收数字高清广播电视信号，后来Eric Fry和Antti Palosaari等研究发现该设备在特定模式下能够接收25MHz~1.75GHz频段内的所有信号，并可以通过USB接口将采集的I/Q信号传输到普通计算机，从而构成一款低成本的软件无线电(SoftwareDefined Radio,SDR)平台。
3.1.1RTLSDR的应用
将一个RTLSDR接上天线，然后接到计算机USB接口，就搭建成一个简易的软件无线电平台，如图31所示。
图31RTLSDR软件无线电平台
软件无线电平台通过RTLSDR采集射频信号。在25MHz~1.75GHz频段上，分布了大量的应用，如FM广播、航空系统、海事通信、ISM频段、应急通信、电视广播、音频广播、GPS卫星定位系统、2G/3G/4G移动通信和物联网系统等，具体频段如图32所示。
图32RTLSDR无线应用
3.1.2RTLSDR驱动安装
在使用RTLSDR之前，计算机需要预先安装相应的驱动程序。首先下载一款名为Zadig的软件https://zadig.akeo.ie/，然后将一个RTLSDR插入计算机任意USB接口，接着运行Zadig软件，在软件弹出的界面中，单击Options菜单，在下拉菜单中选择 List All Devices。
如果RTLSDR设备硬件正常，在设备列表中就可以看到BulkIn,Interface (Interface 0)选项，如图33所示。选择该选项，Driver选择WinUSB，最后单击 Reinstall Driver按钮，就可以进行RTLSDR驱动的安装。待驱动程序安装成功后，软件界面的左下方会显示提示信息： Driver Installation： SUCCESS。
图33Zadig软件
3.1.3SDR应用软件
驱动安装完成之后，可以利用SDR软件测试RTLSDR。常用的SDR软件有SDRSharp、HDSDR、GQRX 和SDRangel等。本节选择SDRSharphttps://airspy.com/download/和SDRangelhttps://github.com/f4exb/sdrangel两款SDR软件进行说明。
首先将RTLSDR插入计算机USB接口，然后启动SDRSharp软件，在SDRSharp界面左上角的Source列表下，选择RTLSDR(USB)。接下来设置一个本地FM电台频率(本例中设置为104.3MHz)，单击Run按钮，就可以收听FM广播，如图34所示。这里需要注意，不同地区的FM电台频率不尽相同，如果没有听到广播，可以调节频率进行电台搜索。
图34SDRSharp软件
SDRangel是另一款专业的SDR测试软件，利用该软件，也可以接收并解调FM信号，如图35所示。值得一提的是，该软件支持无线信号发射。
图35SDRangel软件
同样，首先安装SDRangel软件。SDRangel安装完成之后，启动该软件，在左侧选项的FileInput中选择RTLSDR设备，如图35所示。接下来在左上角设置一个本地电台的中心频率(本例中设置为92.7MHz)，最后单击Run按钮，如果可以听到FM广播，看到频谱图，就说明RTLSDR可以正常使用。
3.1.4RTLSDR发现趣事
早在2010年，Realtek公司就将RTL2832U芯片操作手册发布给Linux开发者，希望他们能够开发出该芯片在Linux系统下的驱动和软件。Eric Fry就是开发者之一，他用了大量时间研究USB接口传出的数据，并且发布了该芯片在Linux下的驱动。
两年之后，芬兰的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RTL设备侦听无线电信号。他发现，如果RTL设备工作于FM或数字信号广播（Digital Audio Broadcasting,DAB）模式，会直接输出原始未解调的信号，于是他使用RTL设备捕捉了17s的FM广播信号数据，并在网上询问是否有人可以用软件解调这个信号。信息发布36h后，在网友的合作下，他再次发布消息称： “我可能发现了一种超级廉价的SDR设备。”
Antti Palosaari的这个发现激发了软件无线电开发者的兴趣，开发者着重研究了RTLSDR的USB协议。他们进一步研究发现，RTL2832U在FM或DAB模式下会直接输出8位的基带I/Q信号。此时Osmocom的一些开发者也在其中，由于之前有osmosdr开发经验，于是很快就能够通过Osmocom软件控制RTL2832U。 本章介绍了一种低成本的软件无线电平台RTLSDR。首先，本章介绍了RTLSDR 驱动程序安装和验证，介绍了RTLSDR在LabVIEW中的接口函数以及这些函数的使用方法。
然后，通过RTLSDR数据采集实例，介绍了RTLSDR的控制方法，为了解析采集的I/Q数据，还介绍了信号的复数表示法。
接下来，通过基于RTLSDR的电台频谱扫描和FM解调实例，进一步介绍了RTLSDR的使用方法。
最后，介绍了RTLSDR硬件结构、RTLSDR的信号处理流程以及软件无线电接收机结构。