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在传统的无线电工程中,物理层和媒体访问控制等关键的底层处理都由专用集成电路ASIC实现。随着无线电系统的复杂度不断提高,这种方法存在的成本高、修改和升级困难等弊端日益凸显。软件无线电技术可以在一个通用的硬件平台上加载不同的软件程序,从而实现不同的物理层和数据链路层功能。基于软件无线电的无线通信系统具有实现灵活、成本较低等优点,且易于实现系统的后期升级和拓展。因此,软件无线电技术在很多无线电工程的场合都得到应用,并展现出广阔的应用前景。本文概述软件无线电的发展背景及相关研究现状,并简要地叙述软件无线电的理论基础及软件无线电系统所遵循的几种结构,重点分析和对比这几种结构的优缺点。概述GNU Radio软件平台的内部结构和编程方式,给出通用软件无线电外设USRP的硬件结构及信号处理过程,并说明通过USRP硬件驱动UHD对其运行参数进行配置的方法。本文的主要工作为:(1)给出基于软件无线电的无线通信系统的总体设计框图,说明其中每个信号处理模块的必要性。发送机主要包括信源、分组编码器、基带数字调制、数字信号内插、数字上变频、数模转换和模拟上变频等信号处理模块,接收机主要包括模拟下变频、模数转换、数字信号抽取、码元同步、载波同步、基带数字解调、分组解码器和信宿等信号处理模块。(2)基于GNU Radio和USRP平台,利用Python语言分别实现发送机和接收机,比较详细地给出每个模块的实现过程。由于相移键控PSK良好的抗噪声性能及其代码良好的可拓展性,采用PSK对信号进行调制。深入研究载波同步和码元同步问题,概述其产生原因及解决方案,并在接收机中加入基于多相滤波器组的码元同步模块和基于科斯塔斯环的载波同步模块。同时,对系统进行了GUI设计以方便后面的测试。(3)简要介绍软硬件平台的搭建和调测过程,并对本文实现的通信系统的数据收发功能进行测试。给出无线通信系统在一定参数设置下的运行结果,验证系统的整体功能。然后对USRP的发送和接收增益进行调整,测试不同信噪比SNR下系统的性能。通过GUI设计给出帧同步、码元同步和载波同步模块的输入和输出波形,经过对比和分析验证其预期的功能。最后,总结全文,并指出进一步研究的方面。