高性能软件无线电SDR系统仿真模型

资 源 简 介

本系统是一个基于MATLAB环境构建的完整软件无线电通信链路仿真项目，专门为通信工程领域的初学者和研究人员设计。项目采用模块化编程思想，实现了从信号源产生、信源编码、调制处理、物理信道仿真到接收端解调及信号恢复的全过程。核心功能涵盖了软件无线电的关键概念，即通过软件算法在通用硬件平台上实现无线电功能。具体实现包括但不限于：多速率信号处理（抽取与插值）、多种数字调制技术（如BPSK、QPSK、16QAM）、信道损伤模拟（包含加性高斯白噪声AWGN、多径衰落等）、以及接收端的载波同步与位同步算法。该项目通过高

详 情 说 明

基于MATLAB的高性能软件无线电 (SDR) 系统仿真模型

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB环境构建的完整软件无线电（SDR）通信链路仿真系统。该模型专注于实现从底层比特流产生到物理层信号恢复的全过程，旨在模拟现代通信系统中的核心信号处理流程。系统采用高度模块化的设计，涵盖了信源编码、数字调制、脉冲成形、频率变换以及复杂的信道損傷模拟，最终通过接收端的解调与性能分析评估系统的可靠性。

功能特性

1. 全链路仿真：实现了完整的“发射机-信道-接收机”链路，包括基带处理与中频（IF）处理。
2. 多速率信号处理：包含符号上采样与脉冲成形滤波，支持灵活的采样率配置。
3. 数字上下变频：通过正交调制技术实现基带信号与中频信号的相互转换。
4. 实际信道模拟：融合了双径多径衰落模型与加性高斯白噪声（AWGN），真实反映无线传输环境。
5. 高性能同步与补偿：接收端包含匹配滤波、能量归一化及简单的多径相位补偿算法。
6. 自动化性能评估：支持多SNR点循环测试，并自动对比仿真误码率与理论极限曲线。
7. 多维度可视化：提供时域、频域（功率谱）、星座图及误码率曲线的全面展示。

系统要求

• MATLAB R2016b 或更高版本。
• 无需额外的工具箱支持（关键功能均采用本地函数实现，提高代码的可移植性）。

模块实现逻辑

1. 参数配置与信源产生

系统预设采样率为4MHz，载波频率为1MHz，符号速率为100ksps（每个符号包含40个采样点）。通过生成随机二进制比特流作为原始输入。

2. 数字调制

采用QPSK（正交相移键控）调制。将比特流进行两两分组，映射到正交星座点（1+j, -1+j, 1-j, 1-j）。代码中使用了格雷码简化映射逻辑，并对星座能量进行了归一化处理。

3. 基带脉冲成形

系统设计了根升余弦（RRC）滤波器用于降低码间串扰。首先对调制后的符号进行上采样，通过零值填充扩大采样率，随后使用卷积运算进行基带滤波，生成成形后的基带信号。

4. 数字上变频 (DUC)

利用正交调制原理，将复基带信号的实部与同相载波（cos）相乘，虚部与正交载波（-sin）相乘，合成单路中频信号，实现从基带到1MHz中心频率的搬移。

5. 复杂信道仿真

模拟信号在空间传输过程中的损伤。首先通过一个具有延迟和相位偏移的双径模型（信道系数包含复数分量）计算多径衰落，随后根据预设的信噪比（SNR）添加高斯白噪声。

6. 接收端信号处理

• 数字下变频 (DDC)：将接收到的中频信号分别乘以正交相干载波并进行增益补偿，提取出I、Q分量。
• 匹配滤波：使用与发射端相同的RRC滤波器进行卷积，滤除高频分量并实现匹配滤波效果，以获得最大输出信噪比。
• 采样与补偿：在特定的采样点提取符号，并利用发射端已知的信道首径系数对多径造成的相位旋转进行简单的逆变换补偿。

7. 解调与误码率分析

• 硬判决：基于最小欧氏距离原则，将接收符号映射回最接近的QPSK标准星座点。
• 位转换：将判断出的星座点索引还原为二进制比特。
• 性能统计：通过循环扫描多个SNR值，计算每个信噪比下的误码总数，生成仿真BER曲线。

关键算法与技术细节

• RRC滤波器设计：通过解析式计算根升余弦函数的冲激响应，考虑了时间轴归一化及能量守恒，确保脉冲成形的一致性。
• 自定义噪声函数：根据信号功率与线性信噪比的关系，通过生成复高斯序列模拟实际信道的加性噪声干扰。
• 功率谱估计：采用周期图法（基于FFT）计算信号的功率谱密度，并对单边谱进行了幅值修正，用于直观展示DUC和DDC前后的频谱占用情况。
• 理论曲线对比：引入了QPSK在AWGN信道下的理论误码率计算公式（基于erfc补余误差函数），作为系统性能评估的基准参考线。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 将主程序文件（即提供的代码部分）保存为main.m。
3. 在命令行窗口输入main并回车。
4. 系统将自动执行仿真，并在运行结束后弹出包含六个子图的分析窗口，展示信号在处理过程中的完整特征变化及最终BER性能。