基于GNU Radio和USRP的认知无线电系统设计与实现

摘要

在移动互联网、互联网+、物联网等快速发展背景下，无线通信的需求将不断扩大。而在目前频谱授权分配的机制下，有限的频谱资源成为限制无线通信发展的主要因素。认知无线电技术，能在不干扰授权用户正常通信的前提下，大大提高无线频谱的利用率，是下一代无线通信的关键技术。目前国外关于认知无线电的相关理论已经有了比较系统的研究，并且开始了系统设计、平台搭建和实际的测试验证工作。国内也积极开展认知无线电的理论研究，但是认知无线电系统的实现还不完善，因而设计并实现一个通用认知无线系统来作为理论研究的平台非常必要。
　　本文的主要工作为基于GNU Radio和USRP设计和搭建了一个认知无线电系统，通过在授权频段中动态的寻找频谱空洞，自适应的完成点对点的认知通信功能。本文首先介绍了认知无线电系统搭建的软硬件平台GNU Radio和USRP，然后在此基础上设计并实现了整个认知无线电系统。系统包括物理层和MAC层两个部分。物理层基于OFDM技术实现，具体包括加扰/解扰、卷积编码/维特比译码、QPSK调制/解调、OFDM调制/解调、同步和信道估计等模块的设计与实现。认知传输MAC层协议包括频谱感知、自适应的信道选择以及感知-传输时长分配三个部分，分别实现了信道感知、频谱池管理和感知传输时长分配的自适应功能。这是认知无线电系统实现认知功能的关键技术，从而确保认知用户的通信不会对授权用户产生干扰，并尽可能的提高信道的利用率。
　　仿真和试验结果表明，认知无线电系统通过扫描频谱池，能正确识别出空闲的信道。并在频谱池动态管理的基础上，利用空闲信道实现数据的正确传输。在保证一定误码率的前提下，有效地提高了系统的容量，为进一步的认知无线电研究提供平台。

目录

声明

第1章 绪 论

1. 1 课题的研究背景及意义

1. 2 认知无线电的研究现状

1. 3 研究内容

1. 4 论文结构

1. 5 本章小结

第2章 认知无线电及平台概述

2. 1 认知无线电概述

2.2 硬件平台USRP介绍

2.3软件平台GNU Radio介绍

2. 4 本章小结

第3章 OFDM传输平台搭建

3.1 OFDM技术概述

3.2 OFDM传输平台模型设计

3.3 OFDM传输系统流图设计

3. 4 本章小结

第4章 认知传输协议设计

4. 1 频谱感知设计

4. 2 自适应的信道选择设计

4. 3 感知-传输时长分配设计

4. 4 本章小结

第5章 实验结果和性能分析

5.1 OFDM传输平台测试

5. 2 信道感知测试

5. 3 认知无线系统测试

5. 4 本章总结

总结与展望

工作总结

展望

参考文献

致谢

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