基于GNU Radio的动态频谱感知及数据传输

发布时间：2017-11-02 09:20

  本文关键词：基于GNU Radio的动态频谱感知及数据传输

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【摘要】：目前我们处于一个信息爆炸的时代,人们随时随地获取信息,对通信服务的需求日益增加,越来越多的通信终端需要被接入到无线网络,这使得频谱资源变得越来越珍贵。传统的划分和许可频谱的方法造成许多频谱利用不足,有一些授权频段大部分时间未被利用,有频谱空洞情况存在。怎么提高频谱利用效率,如何利用频谱空洞解决频谱资源紧缺成为了当前十分重要的研究问题。认知无线电理论,描述了一种能够智能化感知、学习和适应周围信道环境的技术,它能够利用空闲的授权频段。本文利用通用的软件无线电外设(Universal Software Radio Peripheral, USIP)来作为射频前端,使用开源的软件无线电项目(GNU Radio)来对收发端中的通信数据进行处理,测试认知无线电平台可行性。 本文首先对GNU Radio和USRP组建系统的传输原理进行了分析,研究各个通信模块的工作原理及不同模块之间连接方式,对数据流在物理层(PHY)和媒体访问控制子层(MAC)的处理有清晰的了解。我们在实验室建立无遮挡的实际发射场景,根据实验需要改进GNU Radio中默认帧结构设计,参照802.11帧结构对GNU Radio中MAC层帧封装进行修改,使其能够完成点对点传输。 本文根据实际的系统场景,分析已有的频谱感知策略,选择基于频域的能量检测作为本实验采用的算法。选用GNU Radio中信号模块完成加窗FFT变换,将FFT采样值进行处理得到检测频段能量值,通过使用单个窄带能量检测频段步进的方式实现宽带频谱感知。 本论文根据OFDM原理以及GNU Radio基本传输流程完成OFDM传输在平台上的实现,并确定影响OFDM实际发送带宽的传输参数。我们根据频谱判决结果,选择合适的传输参数作为帧体进行MAC层帧封装。认知用户主节点将信令帧发送到从节点,完成传输参数的端到端重配置。重配置过后我们观察发送端OFDM频谱图,对其进行分析讲解,最终完成自适应OFDM传输实现。本文最后采用BPSK和QPSK两种不同的调制方式测试实验平台传输的性能,列出性能分析结果。
【关键词】：能量检测 自适应OFDM传输 GNU Radio USRP
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 研究现状及成果9-11
• 1.3 研究主要内容11
• 1.4 论文结构安排11-12
• 1.5 本章小结12-13
• 2 软件无线电和认知无线电概述13-22
• 2.1 软件无线电概述13-14
• 2.1.1 理论背景13-14
• 2.1.2 软件无线电平台特点14
• 2.2 认知无线电概述14-16
• 2.3 GNU Radio和USPR介绍16-21
• 2.3.1 GNU Radio概述16-17
• 2.3.2 USRP介绍17-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 基于GNU Radio的认知系统设计22-32
• 3.1 系统场景22-23
• 3.2 系统信令时序23-24
• 3.3 GNU Radio-USRP认知系统传输框架24-27
• 3.3.1 GNU Radio-USRP认知系统MAC层介绍24-25
• 3.3.2 GNU Radio-USRP认知系统物理层传输介绍25-27
• 3.4 GNU Radio-USRP认知系统MAC层改进设计27-31
• 3.4.1 802.11协议简介27-29
• 3.4.2 改进GNU Radio MAC层帧设计29-30
• 3.4.3 帧结构代码实现30-31
• 3.5 本章小结31-32
• 4 基于GNU Radio的动态频谱感知实现32-41
• 4.1 频谱感知原理概述32-34
• 4.1.1 匹配滤波器检测33
• 4.1.2 能量检测33-34
• 4.1.3 循环平稳特征检测34
• 4.2 基于USRP的能量检测FFT方法34-36
• 4.2.1 FFT算法简介34-35
• 4.2.2 FFT算法流图35-36
• 4.3 基于USRP的能量检测FFT实现36-40
• 4.3.1 能量检测大范围扫频流程36-37
• 4.3.2 能量检测实验结果37-40
• 4.4 本章小结40-41
• 5 基于GNU Radio的自适应OFDM数据传输实现41-52
• 5.1 OFDM技术概述41-42
• 5.2 利用GNU Radio和USRP实现OFDM系统42-46
• 5.2.1 GNU Radio OFDM实例42-45
• 5.2.2 利用USRP收发OFDM信号原理45-46
• 5.3 自适应OFDM数据传输实现46-51
• 5.3.1 信令帧传输实现47-49
• 5.3.2 自适应OFDM数据传输实现49-51
• 5.4 本章总结51-52
• 6 总结与展望52-54
• 6.1 全文总结52
• 6.2 下一步展望52-54
• 参考文献54-58
• 硕士期间发表的论文58-60
• 致谢60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王慧贤;吕廷杰;谢飞波;王琦;;无线电频谱价值影响因素分析[J];北京邮电大学学报(社会科学版);2012年05期

2 李红娟;胡圣波;;基于USRP+GNU Radio的RFID平台的研究[J];贵州师范大学学报(自然科学版);2013年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 尹斯星;认知无线电中基于海量频谱监测数据挖掘的动态频谱接入策略研究[D];北京邮电大学;2010年

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本文编号：1130952