面向 5G 移动通信的软件无线电平台原型验证与开发 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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阳析 等 著

图书标签:

• 5G
• 软件无线电
• SDR
• 移动通信
• 原型验证
• 平台开发
• 无线通信
• 通信工程
• 嵌入式系统
• 信号处理

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121335006

版次：1

商品编码：12317488

包装：平装

丛书名： 5G技术丛书

开本：16开

出版时间：2018-01-01

用纸：胶版纸

页数：296

字数：474000

正文语种：中文

内容简介

本书主要讲述了利用软件无线电技术构建面向第五代移动通信系统的几大关键技术的原型验证平台的内容，包括第五代移动通信系统的几大关键技术的基本原理、原型验证系统的设计思想和经典案例等。全书共分三部分：第一部分为原理篇，介绍了大规模MIMO、新型多载波传输、超密度网络和毫米波通信几大关键技术的基本原理，为后续验证平台的构建奠定理论基础；第二部分为开发入门篇，在介绍了软件无线电平台的软、硬件后，从基于软件无线电平台的软、硬件及设计思想出发，由浅入深，从软件无线电平台构建SISO原型验证系统开始，到进一步扩展为MIMO原型验证系统，使读者对于如何从通信理论到实际通信系统有一个清晰的认知；最后一部分为经典案例篇，为读者提供了丰富的实际案例参考，以帮助读者快速构建自己的通信原型验证系统。本书适合作为高等院校相关专业高年级本科生及研究生的通信实验教学参考书，也可供软件无线电爱好者和移动通信领域的工程技术人员参考使用。

作者简介

金石，东南大学移动通信国家重点实验室教授、博士生导师，国家自然科学基金杰出青年基金获得者。2011年入选教育部新世纪优秀人才资助计划，现任国际核心期刊IEEE Transactions on Wireless Communications, IEEE Communications Letters和IET Communications编委。主要研究方向为5G移动通信、MIMO无线通信理论与技术、协作通信理论与技术、现代信号处理及其在移动通信中应用等。阳析，女，东南大学信息科学与工程学院信息与通信工程专业在读博士研究生，研究方向为宽带移动通信理论与系统研究。硕士研究生期间主要从事大规模MIMO原型验证系统的研究工作，期间被授权国家发明专利一项，发表论文两篇，荣获得“东南大学三好研究生”“研究生国家奖学金”“第十五届图形化系统设计征文竞赛*高成就奖”等荣誉。

目录

原 理 篇
第1章 Chapter 1引言

第2章 Chapter 2 5G的几种关键技术
2．1 大规模MIMO技术
2．1．1 研究背景
2．1．2 系统模型
2．1．3 现有原型验证平台
2．2 新型多载波传输技术
2．2．1 滤波器组多载波FBMC
2．2．2 广义频分复用GFDM
2．2．3 通用滤波多载波UFMC
2．3 超密度网络
2．3．1 研究背景
2．3．2 系统架构
2．3．3 现有原型验证平台
2．4 毫米波通信
2．4．1 研究背景
2．4．2 系统设计
2．4．3 现有原型验证平台
开发入门篇
第3章 Chapter 3 基于软件无线电平台的软、硬件及设计思想
3．1 LabVIEW与LabVIEW FPGA
3．2 PXI系列与USRP RIO
3．3 基于软件无线电平台的原型验证系统设计思想
3．3．1 时钟与触发信号网络设计
3．3．2 主机与软件无线电平台交互设计
3．3．3 数据流设计
3．3．4 测试方法

第4章 Chapter 4 基于软件无线电平台的SISO原型系统开发
4．1 系统设计
4．1．1 系统框图
4．1．2 帧结构
4．1．3 导频结构
4．2 发送端程序设计
4．2．1 数据流框图
4．2．2 控制信号流框图
4．2．3 Host端程序设计
4．2．4 FPGA端程序设计
4．3 接收端程序设计
4．3．1 程序框架
4．3．2 同步与OFDM解调模块设计
4．3．3 信道估计与均衡模块设计
4．4 调试与编译
4．4．1 发送端调试
4．4．2 接收端调试
经典案例篇
第5章 Chapter 5 大规模MIMO原型验证平台
5．1 系统参数设计
5．2 数据传输链路设计
5．2．1 上行数据传输链路设计
5．2．2 下行数据传输链路设计
5．3 系统架构设计
5．3．1 硬件架构
5．3．2 同步与触发信号架构
5．3．3 可行性分析
5．4 主要功能模块设计与实现
5．4．1 OFDM调制模块
5．4．2 OFDM解调模块
5．4．3 数据路由与汇聚模块
5．4．4 信道估计模块
5．4．5 信道均衡模块
5．4．6 基站主机端设计
5．4．7 用户主机端设计
5．5 系统演示效果
5．5．1 基站端实物展示
5．5．2 用户端实物展示
5．5．3 系统的实际运行效果图

第6章 Chapter 6 广义频分复用原型验证平台
6．1 系统参数设计
6．2 数据传输链路设计
6．2．1 发射端数据流框图
6．2．2 接收端数据流框图
6．3 系统架构设计
6．3．1 硬件配置
6．3．2 发射端架构
6．3．3 接收端架构
6．4 主要功能模块设计与实现
6．4．1 程序工程结构
6．4．2 GFDM发射端
6．4．3 GFDM接收端

第7章 Chapter 7 超密度网络原型验证平台
7．1 系统参数设计
7．2 数据传输链路设计
7．2．1 发送端程序
7．2．2 接收端程序
7．3 系统硬件架构设计
7．4 系统演示效果
7．5 应用案例
7．5．1 LTE ICIC/EICIC 算法
7．5．2 LTE/WiFi共存使用场景
7．5．3 LTE中的设备到设备（D2D）通信
7．5．4 机器到机器的协调访问/机器类通信（MTC）
7．5．5 云无线接入网络（C-RAN）
7．6 本章小结

第8章 Chapter 8 毫米波原型验证平台
8．1 系统参数设计
8．2 数据传输链路设计
8．3 系统硬件架构设计
8．3．1 系统硬件介绍
8．3．2 数据传输方案
8．4 主要功能模块设计与实现
8．4．1 Modulator FPGA模块
8．4．2 Demodulator FPGA模块
8．4．3 Encoder FPGA模块
8．4．4 MAC Support模块
8．4．5 Decoder FPGA模块
8．4．6 Host端模块
8．5 系统演示效果

附录A Appendix A 缩略语

参考文献

前言/序言

前 言

由于智能终端的普及应用和移动新业务需求的持续增长，无线传输速率需求将在今后几年呈指数增长。现有4G 技术将难以满足十年后超高传输速率移动互联无线通信的需求，在频谱资源日趋紧缺的情况下，需要引入变革性的新技术。世界各国在推动4G产业化工作的同时，已开始着眼于第五代无线移动通信技术（5G）的研究，力求使无线移动通信系统性能和产业规模产生新的飞跃。

在无线频谱资源日趋紧张的情况下，如何在4G基础上，将无线移动通信的频谱效率和功率效率进一步提升一个量级，是5G的核心所在。5G的发展需要在网络系统结构、组网技术及无线传输技术等方面进行新的变革，实现更高频谱效率和绿色无线通信的双重目标。为达到这一双重目标，研究者们纷纷从谱效提升、频谱拓展、网络增密这三个方面进行研究，并由此衍生出5G的几大关键技术：大规模MIMO技术、新型多载波传输技术、超密度异构网络技术和毫米波通信技术等。然而，纵观5G的研究现状，对于5G的几大关键技术均以理论研究居多，缺乏快速原型验证平台对算法进行实际的数据测试与性能验证，而算法的理论效能与实际性能之间往往存在较大差距，因此利用软件无线电平台，快速构建原型验证系统用以验证或完善相关技术很有必要。

本书主要内容为利用软件无线电技术构建面向第五代移动通信系统的软件无线电原型验证平台。全书共分三部分，分别为原理篇、开发入门篇和经典案例篇。

第1章和第2章为原理篇。其中，第1章介绍了第五代移动通信系统的研究进展及其演进的背景信息。第2章主要讲述了大规模MIMO、新型多载波传输、超密度网络和毫米波通信几大关键技术的基本原理，为后续验证平台的构建奠定了理论基础。

第3章和第4章为开发入门篇。第3章介绍了基于软件无线电平台的软、硬件及设计思想，第4章从基于软件无线电平台的设计思想出发，由浅入深，从系统参数设计开始，依次详解发送端程序设计、接收端程序设计及调试与编译，最终成功构建出基于软件无线电平台的SISO原型验证系统。

第5章到第8章为经典案例篇。其中，第5章深入介绍了大规模MIMO原型验证平台的构建，第6章为广义频分复用原型验证平台的构建，第7章为超密度网络原型验证平台的构建，第8章为毫米波原型验证平台的构建。每一例原型验证平台的构建都详细给出了系统参数的设计、数据传输链路的设计、系统硬件架构的设计及主要功能模块的设计与实现，从而为读者提供了丰富的实际案例参考资料。

本书由阳析、金石组织编写并统稿，东南大学移动通信国家重点实验室博士研究生阳析主要负责撰写第1、2、5章，东南大学移动通信国家重点实验室金石教授主要负责撰写第2、6、8章，台湾中山大学通讯技术实验室温朝凯教授主要负责撰写第2、4章，美国国家仪器公司姚远工程师主要负责撰写第3、7章。

本书及经典案例篇原型验证平台的构建得到了美国国家仪器公司的支持和授权，提供了包括新型多载波、超密度网络和毫米波等在内的原型验证平台的参考设计框架。此外，还要特别感谢东南大学移动通信国家重点实验室黄志超、杨杰、倪路遥、张苏春、卢欣桐、高璇璇、王天奇、王嘉频、李享、韩彬、吉峰等研究生为本书提供了部分系统的参考设计和测试结果。

限于作者认知水平和写作时间，对于书中存在的错误或不足之外，恳请同行专家与读者给予批评指正，我们将不胜感谢！

作 者

于中国无线谷

面向 5G 移动通信的软件无线电平台原型验证与开发 书籍简介 本书聚焦于当前极具发展前景的第五代移动通信（5G）技术，深入探讨了构建高效、灵活的软件无线电（SDR）平台在 5G 研发与部署过程中的关键作用。本书旨在为读者提供一个全面且实用的框架，从理论基础到实践应用，详细阐述如何设计、实现、验证并最终开发一个能够有效支持 5G 移动通信需求的软件无线电平台原型。 第一章：5G 移动通信的挑战与软件无线电的机遇 本章首先梳理了 5G 相较于前代移动通信技术的显著进步与核心特征，包括更高的频谱利用率、更低的时延、更广的连接密度以及对海量物联网设备的支持等。深入分析了这些目标所带来的严峻挑战，例如复杂的多址接入方案、新型的信道编码技术、异构网络的融合以及对信号处理性能的极致要求。在此基础上，重点阐述了软件无线电（SDR）技术如何成为应对这些挑战的理想解决方案。SDR 以其高度的灵活性、可重构性以及快速迭代能力，能够显著降低硬件更新成本，加速新功能的部署，并支持快速的原型验证与算法迭代。本章将通过对比传统硬件无线电与软件无线电的优劣，清晰地勾勒出 SDR 在 5G 时代不可替代的战略价值，为后续章节的深入探讨奠定坚实基础。 第二章：软件无线电平台核心技术解析 本章将深入剖析构建高性能软件无线电平台所需的核心技术。首先，我们将详细讲解数字信号处理（DSP）在 SDR 中的基础地位，包括采样、量化、滤波、调制解调等关键算法的原理与实现。重点将放在针对 5G 信号处理需求的优化方法，例如并行处理、硬件加速以及低功耗设计。其次，我们将深入探讨软件定义的网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）与 SDR 平台的融合，分析如何利用这些技术实现无线资源的动态分配、网络功能的灵活部署以及服务的按需定制，从而构建一个高度智能化的无线接入网。最后，本章还将介绍高带宽、低延迟的数据传输技术，以及如何利用 FPGA、GPU 等硬件加速器提升 SDR 平台的处理能力，以满足 5G 对峰值速率和时延的苛刻要求。 第三章：5G 关键技术在 SDR 平台上的实现 本章将聚焦于将 5G 的核心技术融入软件无线电平台的具体实践。我们将详细讲解了 5G 新空口（NR）的关键技术，如大规模 MIMO（Massive MIMO）、波束赋形（Beamforming）、非正交多址（NOMA）以及灵活的帧结构和编码方案（如 LDPC 和 Polar 码）在 SDR 平台上的软件实现思路与关键算法。针对 Massive MIMO，我们将探讨其在 SDR 平台上实现大规模天线阵列的信号处理，包括信道估计、预编码和解卷积等。对于波束赋形，我们将分析其在 SDR 中实现动态角度控制和用户分离的技术细节。此外，本章还将深入研究 5G 的网络切片（Network Slicing）技术，阐述如何在 SDR 平台的支持下，实现面向不同业务场景（如增强移动宽带 eMBB、超可靠低时延通信 uRLLC 和海量机器类通信 mMTC）的网络资源的逻辑隔离与独立管理，从而提供差异化的服务质量。 第四章：SDR 平台原型设计与关键模块开发 本章将引导读者进行实际的 SDR 平台原型设计。我们将从整体架构设计开始，明确平台的模块划分，包括射频前端、基带处理单元、控制与管理模块等。详细阐述每个模块的功能需求以及它们之间的接口规范。在基带处理单元的设计上，我们将重点介绍如何利用高性能处理器（如 ARM）、FPGA 或 GPU 来实现复杂的 5G 信号处理算法。对于射频前端，将讨论其在 SDR 平台上的选型原则，包括频率范围、带宽、采样率以及动态范围等关键指标，并结合具体的硬件平台介绍其接口与驱动开发。此外，本章还将深入探讨 SDR 平台上的软件栈设计，包括操作系统选型、实时性保障以及中间件的开发，以确保软件无线电功能的稳定运行与高效协同。 第五章：软件无线电平台原型验证与性能评估 本章是本书的核心实践环节，将详细介绍 SDR 平台原型的验证方法与性能评估体系。我们将首先设计一套全面的测试用例，覆盖 5G NR 的各项关键性能指标，如吞吐量、误码率、时延、功耗以及频谱效率等。具体而言，将详细阐述如何利用专业的测试工具和仿真环境，对 SDR 平台在不同场景下的实际表现进行精确测量。例如，我们将演示如何搭建仿真环境模拟不同的信道条件、用户分布和业务负载，以验证 Massive MIMO 和波束赋形技术的实际效果。此外，本章还将深入讨论如何针对 SDR 平台的软件定义特性，进行模块化的单元测试、集成测试以及系统级性能测试。通过对不同配置和参数下的性能数据进行分析，为平台的优化改进提供科学依据。 第六章：面向 5G 的 SDR 平台开发优化与演进 本章将进一步探讨如何对 SDR 平台原型进行优化，并展望其未来的演进方向。我们将针对原型验证阶段发现的性能瓶颈，提出具体的优化策略，例如算法的硬件加速、软件并行化处理以及低功耗优化等。详细介绍如何通过调整 FPGA 逻辑、优化 DSP 代码或升级高性能处理器来提升平台的处理能力和效率。同时，本章还将讨论 SDR 平台在 5G 网络演进过程中的作用，包括对未来 5G-Advanced（5.5G）乃至 6G 技术的适应性研究。我们将分析如何通过软件更新和模块化升级，使 SDR 平台能够快速支持新的通信标准、更先进的编码方案和更复杂的网络架构，从而保持其在移动通信技术前沿的竞争力。 第七章：SDR 平台在 5G 应用场景中的实践 本章将展示 SDR 平台在各类 5G 应用场景中的实际应用价值。我们将深入分析 SDR 平台如何赋能增强移动宽带（eMBB）场景，例如高清视频流、虚拟现实/增强现实（VR/AR）体验以及云游戏等，通过其灵活的带宽分配和高效的信号处理能力，显著提升用户体验。同时，本章还将重点阐述 SDR 平台在超可靠低时延通信（uRLLC）场景下的重要性，例如工业自动化、自动驾驶和远程医疗等，分析其如何通过精确的时延控制和高可靠性的传输保障，满足这些关键业务对通信性能的极致要求。此外，本章还将探讨 SDR 平台在海量机器类通信（mMTC）场景中的应用，例如智慧城市、智能家居和工业物联网等，阐述如何利用其高效的连接管理和低功耗特性，支撑海量设备的接入与数据采集。 第八章：SDR 平台面临的挑战与未来展望 本章将全面审视 SDR 平台在 5G 部署与发展过程中所面临的挑战，并对未来发展趋势进行展望。我们将深入探讨硬件成本、功耗管理、频谱效率、安全性以及软件的复杂性等方面的现实问题。例如，如何进一步降低高性能 SDR 硬件的制造成本，如何优化算法以在有限功耗下实现更高的处理性能。此外，本章还将分析 SDR 平台在与现有通信基础设施集成时可能遇到的兼容性问题以及解决方案。最后，我们将对 SDR 技术在未来移动通信中的发展方向进行预测，包括其在 6G 技术研发中的潜在作用，以及如何通过人工智能（AI）和机器学习（ML）等新兴技术，进一步提升 SDR 平台的智能化水平和自适应能力，为构建更强大、更灵活的下一代移动通信网络贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就充满了科技感，那种深邃的蓝色调搭配着抽象的波形图案，一下就抓住了我的眼球。作为一名对5G技术和软件无线电领域都有着浓厚兴趣的读者，我一直希望能找到一本既能深入讲解技术原理，又能提供实践指导的书籍。这本书的书名《面向5G移动通信的软件无线电平台原型验证与开发》恰好点燃了我的希望。我尤其期待书中能够详尽地阐述软件无线电（SDR）在5G通信中的关键作用，比如它如何通过灵活的软件配置来适应不断变化的通信标准和频率需求，又如何克服传统硬件无线电的局限性。此外，书中关于“平台原型验证与开发”的部分，更是让我充满了好奇。我想知道作者会选择什么样的SDR硬件平台？是基于FPGA的，还是更通用的处理平台？在软件层面，又会使用哪些主流的开发工具和框架，例如GNU Radio，或者更专业的通信协议栈实现？书中是否会提供详细的开发流程和代码示例，帮助读者一步步搭建自己的SDR原型？我对书中关于5G关键技术，如大规模MIMO、波束赋形、网络切片等，如何与SDR平台相结合的论述也充满了期待，希望能够从中获得对未来5G演进的一些深刻洞见。

评分☆☆☆☆☆

我是一位在通信行业摸爬滚打了多年的工程师，深知理论知识与实际工程经验之间的鸿沟。近来，5G技术的飞速发展和软件无线电的日益普及，让我萌生了进一步深化学习的念头。当我在书店偶然翻到《面向5G移动通信的软件无线电平台原型验证与开发》这本书时，内心是既兴奋又审慎的。兴奋在于，书名直接点出了我所关心的两个核心技术领域。审慎则是因为，我见过太多浮于表面的技术书籍。我迫切地想知道，本书在“原型验证”这部分，究竟能为读者带来多大的实践价值。它是否会涉及具体的硬件选型、开发板的使用，甚至是实际的信道测试、性能评估的案例？比如，在验证一些关键的5G物理层算法时，书中是否会提供仿真和实测的对比分析？对于通信协议栈的实现，它会是基于标准的框架，还是会介绍一些定制化的优化方案？我尤其关心书中在“开发”部分，会详细到何种程度。是仅仅提供一些概念性的介绍，还是会深入到具体的编程接口、API调用，甚至是调试技巧？如果书中能够详细介绍如何利用SDR平台实现端到端的5G通信链路，那将对我现有的工作带来极大的帮助，解决我长期以来在实际部署中遇到的一些难题。

评分☆☆☆☆☆

读到《面向5G移动通信的软件无线电平台原型验证与开发》这个书名，我的第一反应是好奇和期待。作为一名对通信技术有初步了解但缺乏深入实践经验的学习者，我一直渴望能找到一本能够“上手”的书，而不仅仅是停留在概念层面。这本书的“原型验证与开发”这个副标题，恰好击中了我的痛点。我特别想知道，书中会以何种方式来引导读者进行“原型验证”。是否会提供一些具体的实验案例，比如如何利用SDR搭建一个简易的5G信道模拟器，或者如何验证某种调制解调算法的性能？我希望书中在“开发”的部分，能够提供详实的代码示例和开发流程，帮助我理解如何将理论知识转化为实际可运行的程序。例如，关于如何使用MATLAB/Simulink或者Python配合SDR库来实现一些基本的5G物理层功能，诸如OFDM信号的生成和接收，或者波束赋形的基本概念。此外，我还希望书中能对5G的核心技术，如网络切片、边缘计算等，如何通过SDR平台得以实现或加速有所阐述，这样我才能更好地理解SDR在未来通信网络中的战略地位。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期关注通信行业发展的技术爱好者，我对《面向5G移动通信的软件无线电平台原型验证与开发》这本书的书名感到非常兴奋。它触及了我一直以来非常感兴趣的两个前沿领域——5G移动通信和软件无线电。我希望这本书不仅仅是停留在理论概念的介绍，更重要的是能在“平台原型验证与开发”这个环节提供扎实的实践指导。我非常好奇书中会如何具体阐述软件无线电在5G时代所扮演的角色，以及它如何通过软件的灵活性来应对5G多样化的业务需求和不断演进的标准。在“原型验证”方面，我期待书中能提供一些关于如何搭建、测试和优化SDR原型平台的具体方法和案例。例如，书中是否会涉及一些实际的实验场景，如低延迟通信的验证，或者高吞吐量数据的传输测试？在“开发”方面，我更希望能看到一些关于如何选择合适的SDR硬件、配置开发环境、以及编写关键通信算法的详细步骤。如果书中能提供一些实际的开发经验和调试技巧，那将对我理解和掌握SDR技术有着极大的帮助，让我能够更深入地体会到软件无线电在推动5G技术发展中的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在校研究生，目前的研究方向与下一代移动通信技术息息相关。在导师的推荐下，我了解到《面向5G移动通信的软件无线电平台原型验证与开发》这本书，并对它产生了浓厚的兴趣。从书名来看，它似乎能够很好地连接我所学的理论知识与未来的工程实践。我非常期待书中能够对软件无线电的原理及其在5G系统中的应用进行清晰的阐述，特别是关于如何利用SDR实现灵活的信号处理和协议栈。我尤其关注“原型验证”这个部分，希望它能为我们提供一些关于如何构建小型5G测试平台的指导。例如，书中是否会介绍如何选择合适的SDR硬件，以及如何进行基本的配置和连接？在软件开发方面，我希望能看到关于如何利用常见的SDR开发工具（如MATLAB/Simulink、Python配合NumPy/SciPy，或者GNU Radio）来实现5G关键技术（如OFDM、MIMO等）的详细步骤和代码示例。此外，如果书中还能涵盖一些关于5G的特色技术，例如边缘计算、网络切片等，以及SDR平台如何支持这些新兴应用，那将是对我非常有价值的补充，能够为我的毕业论文提供重要的参考。