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1 介紹

從第一部2G數字手機出現在市場上到現在不到20年。90年代中期開始流行簡訊交流，然後GSM和GPRS為基礎的調變解調器開始湧現，然而那時的連線速率很慢只有幾kbps。這就是無線數字革命的開端。90年代末期到2000年左右，3G行動通訊開始能夠提供幾百kbps的頻寬，WiFi也出現了，當時的WiFi可以使裝置在20米內與AP通訊。最早WiFi的頻寬只有幾Mbps，到2005年我們開始可以使用54Mbps，然後又發展到300Mbps，2010年以後MIMO技術的引用，頻寬又進一步提高。智慧手機也不停地在進化。WiFi和藍芽現在已經是智慧手機的標配，當然智慧手機還必備了2G，3G甚至4G的連線能力。家庭和辦公室都安裝了高速WiFi，城市、鄉村到處都有移動基站。然而，無線革命還只是剛剛起步。越來越多的近距離通訊裝置SRD和物聯網IoT裝置的普及，不久的將來每個人都必然擁有更多的聯網裝置，而不僅僅是手機、電腦或平板，10臺以上都很有可能，包括鑰匙，感測器，GPS跟蹤器，等等。所有的東西都將會裝上無線網路。

軟體無線電SDR的定義是大多數的物理層功能都使用數字訊號處理演算法實現，理想的SDR接收機的組成部分是很少量的硬體前端、天線和高速GHz的取樣器，取樣器能夠捕獲大範圍的無線訊號並轉換為數字訊號。任何的解調、同步、解碼、解密都是用軟體來實現，這個裝置的處理速度必須非常快。

目前大多數智慧手機及類似的裝置都擁有多達8種無線模組，用於處理不同頻段的訊號，比如WiFi(2.4GHz)、LTE(800MHz)、GSM(900MHz)、UMTS(2.1GHz)、GPS(1.5GHz)、藍芽(2.4GHz)、NFC(13.56MHz)和FM(100MHz)，將來可能還要包括IoT和電視訊段UHF(400MHz)。最終的解決方案是用一個單一的SDR以GHz的頻寬來取樣，並且把這些訊號進行數字化，把從基帶到3GHz的所有訊號都直接用軟體來解調。圖1.1表示我們日常生活中使用的訊號及它們的頻段。

本書中我們會使用USB介面的RTL-SDR作為SDR硬體，並且使用MATLAB和Simulink軟體來設計和實現真正可用的SDR系統。我們會獲取到從25MHz到1.75GHz的訊號，並且使用硬體把它們數字化，然後用軟體來解調並獲取資訊。我們會設計調幅(AM)接收機、調頻(FM)接收機，正交振幅調製(QAM)接收機，頻譜分析儀等系統；硬體只使用廉價的RTL-SDR，演算法都用MATLAB和Simulink實現。我們會在1.6節講到，RTL-SDR是一種中頻(IF)取樣接收機，而不是射頻(RF)取樣接收機，我們會展示這種型別的SDR裝置如何接收到25MHz到1.75GHz的訊號。