摘 要

随着无线电通信技术的迅猛发展，无线电频谱资源供应日趋紧张。如何更加合理地分配无线电频谱资源是一个亟待解决的问题。通过引入认知无线无线电频谱感知技术发现无线电频谱空洞，有效提高无线电频谱资源利用的效率。尽管国内外现在无线电频谱感知技术日臻完善，但大多局限于软件仿真阶段，与硬件相结合的的部分还是相对比薄弱。

本文在介绍其相关原理的基础上通过GNURadio和USRPN210的软件无线电设备进行软硬件平台搭建和系统演示。通过研究频谱感知方法，在硬件平台上实现了频谱发现、能量感知的过程，检测到的感知数据与实际情况高度吻合，从而验证了硬件平台的可靠性。

关键词：频谱感知 软件无线电 USRP GNURadio

Abstract

With the rapid development of radio communication technology, the supply of radio frequency spectrum resources has become increasingly tense. How to more reasonably allocate radio spectrum resources is a problem that needs to be solved. Through the introduction of cognitive wireless radio spectrum sensing technology to discover radio frequency spectrum holes, effectively improving the efficiency of radio spectrum resource utilization. Although radio-frequency spectrum sensing technologies are improving day and night at home and abroad, they are mostly limited to the software simulation stage, and the combination with hardware is still relatively weak.

This paper introduces the relevant principles of the software and hardware platform of GNU Radio and USRPN210 software and hardware platform construction and system demonstration. By studying the spectrum sensing method, the process of spectrum discovery and energy sensing is realized on the hardware platform. The detected data is highly consistent with the actual situation, thus verifying the reliability of the hardware platform.

Keywords: spectrum sensing software radio USRP GNURadio

目录

第1章 绪论 1

1.1课题的研究背景、内容 1

1.2国内外研究现状 1

1.3 本文的章节安排 1

第2章 认知无线电 3

2.1软件无线电 3

2.1.1 软件无线电概念 3

2.1.2 软件无线电关键技术 4

2.1.3 软件无线电的发展 5

2.2认知无线电简介 6

2.2.1 认知无线电概念的提出和演化 6

2.2.2 认知无线电的关键技术 7

2.2.3 认知无线电的发展 9

2.3 主流的软件无线电开发平台 9

2.4 章节总述 9

第3章 基于 GNU Radio 和 USRP 的软件无线电平台 11

3.1通用软件无线电外设 11

3.2GNURadio软件平台介绍 12

3.2.1 GNU Radio 简介 12

3.2.2 GNU Radio 的编程语言 13

3.3 本章小结 14

第4章 基于认知无线电的频谱感知技术 15

4.1 频谱感知理论基础 15

4.1.1 频谱感知介绍 15

4.2频谱感知技术分类 16

4.2.1 基于单用户检测的频谱感知 16

4.2.2 协作检测 17

4.3不同感知方法的性能分析 18

4.3.1能量检测仿真与结果 18

4.3.2匹配滤波器检测仿真与结果 19

4.3.3合作式检测仿真与结果 20

4.4本章小结 23

第5章.基于能量感知的硬件平台仿真 24

5.1试验方法介绍 24

5.2初始化设置 24

5.3实验结果和分析 24

5.3.1无信号发射下的频谱感知 24

5.3.2有信号发射下的频谱感知分析 26

第6章 结论与展望 29

6.1全文内容总结 29

6.2后续工作展望 29

参考文献 30

致 谢 32

第1章 绪论

1.1课题的研究背景、内容

虽然通信技术的迅猛发展，但是越来越稀缺的频谱资源已经成为一个不得不面对的问题。如何高效利用现存的频谱资源成为通信领域又要研究的一个重点。研究频谱感知技术以求频谱利用率的最大化是目前最切实有效的办法。

本文就是研究基于USRP和GNURadio平台的认知无线电频谱感知技术实现与分析。通过USRP和GNURadio的结合可以帮助我们实现无线电的各种功能。我们要做的就是研究频谱感知以及如何在USRP上实现频谱感知功能。

1.2国内外研究现状

国内外对软件无线电的研究蓬勃发展，各个国家对软件无线电的发展也都十分重视，针对软件无线电的项目也越来越多。我国的软件无线电发展前景也是一片大好，比如我国研制的软件无线电多模基站，性能十分强劲，在LTE和4G技术上也得到了应用，对未来的5G通信也有十分重要的作用。除此之外，在军事网络，无线电台、雷达也都应用了软件无线电通信技术。一些相关的科研院校也开设了软件无线电技术，可以看出该领域的发展潜力也是不容忽视的。作为现在热门的软件无线电开发平台，USRP和GNURadio收到了国内外的广泛关注。国内也有一些专门做USRP的厂商，比如北京海曼科技，北京微嵌科技有限公司等，他们不仅代理外国的先进品牌，还在这些先进品牌的基础上开发研制国产自主品牌，其国产品牌性能也相对不错。近些年一些高校和科研院所都有相关的研究，比如北京理工大学，西安电子科技大学，国外索尼和IBM也有相关的研究。相信在这么多机构的大力推动下，软件无线电系统定能迎来更加辉煌的明天。

1.3 本文的章节安排

本文综合考虑所有要求之后，最终选取了基于GNURadio和USRP的软件无线电平台实现基于能量感知的频谱感知技术。本文对USRP的结构组成和功能进行一个介绍，并针对使用的N210型号做了说明；介绍了软件部分GNURadio的安装、调试和特点；并详细分析了频谱感知技术方法，并做了部分仿真，在此基础上通过 USRPN210软件无线电平台实现了频谱感知功能，主要工作有：

（1）搭建开发环境。

（2）研究频谱感知技术，编写代码并进行仿真

（3）对频率范围内设定的频段进行能量感知，并进行性能分析。

（4）深入了解硬件设备性能，对项目下一步整体方案演示奠定基础。

论文章节作如下安排：

第一章综述课题背景、内容和意义，调查了国内外研究现状，总述了论文工

作内容。

第二章介绍了软件无线电、认知无线电的理论基础、发展过程，并介绍了一

些软件无线电平台。

第三章对USRP和GNURadio软件无线电平台硬件参数、性能进行了一个具体的分析。

第四章研究频谱感知方法，并做了性能比较分析。

第五章在硬件平台上进行频谱感知。

第六章总结及展望

第2章 认知无线电

2.1软件无线电

2.1.1 软件无线电概念

软件无线电，是指在一个标准化、模块化、通用的硬件平台上，利用软件定义实现各种无线电的功能软件无线电现已涵盖通信、电子、监测、公共服务等众多领域，成为一种新型现代通信手段。软件无线电通过软件来确定实现其通路的调制波形，它的基本概念包括以下几个方面：（1）数字化，即让宽带数字模拟转换器（Digital to Analog Converter，DAC）和模拟数字转换器（Analog to Digital Converter，ADC）与射频（Radio Frequency，RF）前端尽量靠近，实现基带至中频和射频的数字化。 （2）硬件仅作为通信的基础平台，让软件尽可量多地完成通信功能（3）软件无线电代表了一种全新通信手段，代表了一种开放的、可模块化、易扩展的软硬件平台体系，能够灵活实现多频段、多模式下的各种业务。

图 2.1 软件无线电与传统无线通信对比

软件无线电的优点有很多，主要体现在优越的灵活性。除此之外，还具有多功能通信能力，只要通过增加相应的软件模块，就可以很容易地实现不同功能。软件无线电不同于传统无线通信系统，如图 2.1所示，它能够减少对不同通信要求的硬件设备的浪费，可以重构物理层或重新编程，动态加载新的协议或波形来使用不同的协议或波形。因此，它可以根据实际无线通信的需要改变硬件模块或升级软件，从而实现与不同制式电台的通信，还可以作为其他电台的空中接口，最终降低通信系统的成本，节省开支。

软件无线电还具备很高的开放性。由于采用了系统多利用模块化设计，其硬件能根据日新月异的无线通信技术的要求进行升级从而更新换代。软件部分则更是可以通过升级来满足越来越多的新需求，同时可以实现与旧版本的兼容，延长整个通信系统的生命周期。

总之，软件无线电使代码尽量靠近射频，它将无线电问题转换为软件问题。软件无线电的基本特征是软件定义发射波形和软件解调接收波形，这跟大多数无线电系统是相反的，现存的大多数无线电用模拟电路或联合使用数字芯片的模拟电路来完成这些处理。软件无线电由于具有实现可变无线电和为用户提供更多选择的能力，因此，软件无线电是无线电设计领域的一场革命，使得无线电设计领域上升到了一个新的高度。

2.1.2 软件无线电关键技术

软件无线电体系主要包括宽带天线、RF 模块、、高速数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）、宽带 DAC 及 ADC组成。专用的数字电路用可编程的DSP代替来完成基带、中频和比特流处理等功能。典型的软件无线电收发模型如图 2.2 所示。软件无线电的关键技术有：宽带智能天线、高速 DSP 与 FPGA、宽带 ADC 及 DAC。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：