基于USRP的认知OFDM多址接入技术实现

摘要

近年来随着无线通信技术的飞速进步，伴随着人们对于业务速率需求的提升，无线通信对频谱和带宽的需求也正在逐步增加。然而传统的通过固定频段进行频率资源分配的方式会降低频率利用率，导致大量频率资源在很多时间内处于空闲状态，制约了下一代网络的发展。
　　Joseph Mitola博士在根据软线无线电的发展以及当前低带宽利用率的现状，提出了认知无线电（Cognitive Radio，CR）的概念，一种可编程和动态配置的无线电，在其附近选取最优的无线信道，也使人们看到了一种解决频率资源稀缺的方法，非授权用户在不影响授权用户的情况下，临时进入授权频段进行通信，通过对附近频带的信息进行采集，分析，推理，根据运算的结果进行通信，通过在时隙片段内完成相应复杂度的运算，做到及时通信和及时对授权用户进行避让。
　　在认知算法基础之上，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiple，OFDM）技术具有高速率传输，高带宽利用及抗多径等优势，在近年来也以被多个标准采纳，并且由于其子载波本身的配置具有灵活性，能够根据可用带宽进行自身调节，动态地将不被使用的频段分配给次级用户，因此本文研究并实现了一种加入认知模块的OFDM多址接入技术，实现多个认知用户与授权用户并存时的一种感知、避让、通信的接入过程。
　　本文针对当前无线电频率资源稀缺和利用率低的问题，以通用软件无线电外设（Universal Software Radio Peripheral，USRP）为平台，在物理层设计一种基于能量检测来判决空闲子信道，用OFDM盲检测来区分授权用户和非授权用户的认知方法，通过最大似然估计（Maximum Likelihood，ML）完成信号同步技术，在介质访问控制层（Media Access Control，MAC）采用时隙ALOHA的接入机制，在传输过程中避让授权用户，并给出授权用户存在情况下，系统吞吐量性能的仿真分析，最后将此算法在USRP平台上进行OFDM信号收发演示。实验结果表明该方法提升了给定频段的频谱利用率，可实现频谱的高效利用。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 主要研究内容和结构安排

第2章 认知OFDM多址接入技术介绍及实现方式

2.1 引言

2.2 认知接入模式及分析

2.3 多址接入协议特点及分析

2.4 OFDM技术介绍

2.5 总体实现架构

2.6 本章小结

第3章 认知OFDM多址接入算法设计

3.1 引言

3.2 认知算法模块设计

3.3 OFDM物理层模块同步及性能分析

3.4 基于认知的时隙ALOHA接入层设计

3.5 本章小结

第4章 认知OFDM多址接入USRP硬件实现及验证

4.1 引言

4.2 USRP收发驱动机制及功能

4.3 USRP认知检测及实时接入收发

4.4 硬件参数及运行结果统计

4.5 USRP频率偏移量测试

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

声明

致谢