基于gnuradio和usrp的認(rèn)知無(wú)線電平臺(tái)研究

1、基于基于GNURadio和USRP的認(rèn)知無(wú)線電平臺(tái)研究的認(rèn)知無(wú)線電平臺(tái)研究摘要：無(wú)線頻譜的緊缺是限制無(wú)線通信與服務(wù)應(yīng)用持續(xù)發(fā)展的瓶頸。認(rèn)知無(wú)線電(CognitiveRadio，CR)技術(shù)被認(rèn)為是解決無(wú)線頻譜緊缺問(wèn)題的一種新方法。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)是無(wú)線移動(dòng)通信領(lǐng)域的一種革命性技術(shù)，無(wú)線用戶利用該技術(shù)可以智能地感知周?chē)h(huán)境，搜索可用頻譜資源，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)的頻譜接入，從而提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。目前，利用認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)頻譜接入有兩

2、種情況。一種是在免執(zhí)照的開(kāi)放頻段動(dòng)態(tài)共享該段頻譜，如2.4GHz的無(wú)線局域網(wǎng)和IEEE802.16hg的無(wú)線城域網(wǎng)；另一種是擇機(jī)地使用已授權(quán)給其他系統(tǒng)的頻段，如IEEE802.22無(wú)線區(qū)域網(wǎng)，其用戶擇機(jī)使用已授權(quán)于數(shù)字廣播頻譜?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的研究大多局限于仿真和理論研究，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的研究較少，還沒(méi)有成熟的平臺(tái)可供實(shí)際測(cè)試和驗(yàn)證。本文主要研究基于GNURadio和USRP實(shí)現(xiàn)的認(rèn)知無(wú)線電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。GNURadio和USRP是基于PC的一套

3、開(kāi)源的軟件無(wú)線電開(kāi)發(fā)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)能快速靈活的設(shè)計(jì)出終端原型。平臺(tái)采用擇機(jī)動(dòng)態(tài)頻譜接入方法，在400M430M范圍內(nèi)擇機(jī)使用空閑的授權(quán)頻段。本文介紹了GNURadio的實(shí)現(xiàn)方式和編程原理；介紹了與作為配套硬件的USRP的結(jié)構(gòu)組成和功能；并著重對(duì)認(rèn)知無(wú)線電在這個(gè)平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究主要實(shí)現(xiàn)的研究?jī)?nèi)容為：研究大范圍的頻譜的能量檢測(cè)，檢測(cè)出空閑的頻段并作統(tǒng)計(jì)決策；研究動(dòng)態(tài)接入和傳輸?shù)奈锢韺臃椒?；研究設(shè)計(jì)MAC層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)方法；研

4、究演示系統(tǒng)，并最終測(cè)試驗(yàn)證性能。關(guān)鍵詞：認(rèn)知無(wú)線電；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；頻譜檢測(cè)；動(dòng)態(tài)接入；GMSK；CSMA；tuntap；網(wǎng)絡(luò)編程；wxPython戶(primaryuser)的頻譜中，某時(shí)某地未被主用戶使用的頻率。在不對(duì)主用戶系統(tǒng)產(chǎn)生不可忍受干擾的前提下，允許未授權(quán)(unlicensed)系統(tǒng)中的次用戶(secondaryuser)利用頻譜洞進(jìn)行接入和通信。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)使得上述對(duì)頻譜洞的二次利用(secondaryuse)成為可能，由此被

5、認(rèn)為是解決無(wú)線頻譜緊缺問(wèn)題的方法之一。認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)的用戶具有感知周?chē)h(huán)境的能力，通過(guò)感知周?chē)念l譜使用情況，檢測(cè)主用戶是否占用或釋放頻譜洞，可以智能地調(diào)整接入的頻譜范圍，在不對(duì)主用戶系統(tǒng)產(chǎn)生不可忍受干擾的前提下，使用原來(lái)低效利用的頻譜資源，從而使得整體的頻譜利用率得到提高。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀認(rèn)知無(wú)線電(CognitiveRadio)這個(gè)術(shù)語(yǔ)首先是JosephMitola在軟件無(wú)線電概念的基礎(chǔ)上提出的。1999年Mito

6、la在他的博士論文中描述了一個(gè)認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線知識(shí)描述語(yǔ)言(RKRL)來(lái)加強(qiáng)個(gè)人無(wú)線服務(wù)的靈活性，對(duì)認(rèn)知無(wú)線電進(jìn)行擴(kuò)展，并給出了令人感興趣的跨學(xué)科的認(rèn)知無(wú)線電的概念總結(jié)。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)2002年發(fā)布的頻譜政策特別工作組(SPTF)報(bào)告，對(duì)頻譜資源的使用政策具有深遠(yuǎn)的影響。報(bào)告設(shè)定了認(rèn)知無(wú)線電工作組，并于2003年5月在華盛頓成立，隨后在2004年3月在美國(guó)拉斯維加斯召開(kāi)了一個(gè)認(rèn)知無(wú)線電的學(xué)術(shù)會(huì)議，標(biāo)志著認(rèn)知無(wú)線電技