基于GNU Radio和USRP软件无线电平台的中继方案的设计与实现

摘要

在无线通信中，随着节点间距离的增加，无线信号的衰减也越严重，这就使得长距离的点对点直接通信变得不现实，因此需要使用中继技术来辅助通信。现有中继方式主要有传统中继方式、网络编码方式和物理层网络编码方式。其中，网络编码方式又包括流内网络编码和流间网络编码，能够通过在中继节点处对数据包进行编码来提高中继网络的吞吐量。
　　GNU Radio是一个可以通过最小程度地结合硬件，用软件来定义无线电波发射和接收的方式，进而搭建无线电通信系统的开源软件。它提供了基本的信号处理模块。USRP（Universal Software Radio Peripheral）是与GNU Radio配套使用的硬件平台。基于GNURadio和USRP，可以灵活高效的搭建软件无线电平台。
　　本文主要研究内容是基于GNU Radio和USRP软件无线电平台的中继方案的设计与实现，包括流间网络编码双向中继、流内网络编码单向中继、无网络编码双向中继和无网络编码单向中继传输方案。另外，为了比较分析，本文也对无中继单向传输和无中继双向传输方案分别进行了实现。本文所设计与实现的各传输方案均可以同时支持对称和非对称业务，支持可选是否采用信道编码，以及支持传输数据、文件和视频等不同类型的业务。除此之外，本文还在GNU Radio和USRP软件无线电平台上对上述各方案进行了平台验证和性能测试，并对各方案的性能进行了比较与分析。实际测试结果验证了网络编码能够提高中继网络的吞吐量这一优势。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 无线中继与网络编码概述

1．2 GNU Radio和USRP概述

1．3 研究现状以及问题的提出

1．4 论文主要工作和内容安排

1．5 课题来源

第2章 GNU Radio和USRP软件无线电平台简介

2．1 软件无线电概述

2．2 平台软件环境GNU Radio介绍

2．3 平台硬件环境USRP介绍

2．4 GNU Radio和USRP的应用举例

2．5 小结

第3章 无线中继传输实现方案的设计

3．1 网络编码与解码实现方案设计

3．1．1 流间网络编码与解码实现方案设计

3．1．2 流内网络编码与解码实现方案设计

3．2 单向中继传输实现方案的设计

3．2．1 无网络编码单向中继传输

3．2．2 流内网络编码单向中继传输

3．2．3 无中继单向传输

3．3 双向中继传输实现方案的设计

3．3．1 无网络编码双向中继传输

3．3．2 流间网络编码双向中继传输

3．3．3 无中继双向传输

3．4 相关协议设计

3．4．1 数据包格式设计

3．4．2 帧格式设计

3．5 小结

第4章 无线中继传输方案的实现

4．1 系统框架与平台搭建

4．2 无线中继传输方案关键模块的实现

4．2．1 网络编码与解码模块的实现

4．2．2 协议头部生成与分析模块的实现

4．2．3 打包与封装成帧模块的实现

4．3 无线中继传输方案的发送过程

4．3．1 请求包和控制包的发送过程

4．3．2 数据包的发送过程

4．3．3 发包器中的发送处理过程

4．4 无线中继传输方案的接收过程

4．4．1 无中继单向传输方案的接收过程

4．4．2 无中继双向传输方案的接收过程

4．4．3 无网络编码单向中继传输方案的接收过程

4．4．4 流内网络编码单向中继传输方案的接收过程

4．4．5 无网络编码双向中继传输方案的接收过程

4．4．6 流间网络编码双向中继传输方案的接收过程

4．5 小结

第5章 无线中继传输方案的平台验证与性能测试

5．1 无中继传输方案的平台验证与性能测试

5．1．1 无中继单向传输

5．1．2 无中继双向传输

5．2 单向中继传输方案的平台验证与性能测试

5．2．1 无网络编码单向中继传输

5．2．2 流内网络编码单向中继

5．3 双向中继传输方案的平台验证与性能测试

5．3．1 无网络编码双向中继

5．3．2 流间网络编码双向中继传输

5．4 各方案性能对比与分析

5．5 网络编码对传输方案性能的影响

5．5．1 突发大小不同时网络编码对各性能指标的影响

5．5．2 发射速率不同时网络编码对各性能指标的影响

5．6 小结

第6章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文