基于USRP平台的协作频谱感知系统设计与实现

发布时间：2020-03-28 10:44

【摘要】：本学位论文的研究课题来源于国家自然科学基金项目——认知无线传感网络关键技术研究(项目编号:61372104),主要工作是协作频谱感知算法的提出以及协作感知系统的设计与实现。本文根据协作系统的设计要求,首先在传统算法的基础上,提出一种基于噪声不确定性的联合能量和频谱宽度感知算法,然后使用GNU Radio和USRP组建协作系统开发平台,并在此开发平台上对所提算法进行了验证,实现了频谱感知和数据传输的功能。全文共分为6章,主要内容如下:第1章介绍了课题的研究背景、研究意义和认知无线电的研究现状,并给出了本学位论文的主要内容和组织结构。第2章首先介绍了软件无线电的相关技术及研究,接着对认知无线电技术进行了分析,然后基于本文研究课题的应用场景和设计要求给出了协作频谱感知系统的方案设计,为系统的开发奠定了基础。第3章介绍了软件无线电开发平台的选择,然后结合系统设计要求,采用GNU Radio和USRP搭建协作频谱感知系统的软硬件平台,并对GNU Radio和USRP的系统结构和相关功能进行了深入的分析和探讨。第4章首先介绍了能量感知的模型,然后对协作频谱感知进行了深入的分析。在此基础上,提出一种基于噪声不确定性的联合能量和频谱宽度感知算法,并采用MATLAB仿真来分析对比该算法与其他感知算法的性能,以此证明本文提出的协作频谱感知算法性能更优。第5章介绍了一种协作频谱感知系统的实现方法,在USRP的平台上实现了协作频谱感知和数据传输的功能。首先叙述了协作频谱感知系统的搭建过程,包括GNU Radio的安装、实验平台的测试。然后在此平台上进行了本文所提算法的实现,并对实验结果进行了分析,验证了本文算法的优越性。第6章是总结与展望。
【图文】：

图 3.5 USRP N210 前面板表 3.4 USRP N210 前面板介绍编号 名称 含义1 RF1 射频 1，连接天线，可接收可发送2 RF2 射频 2，连接天线，只能接收3 REF IN 参考信号输入4 PPS IN PPS（Pulse Per Second）信号输入5 MIMO EXPANSION MIMO 扩展接口6 Gb ETHERNET 千兆以太网接口7 LED指示灯，A 代表正在发送，B 代表 MIMO连接，C 代表正在接收，D 代表硬件加载，E 代表参考时钟，F 代表 CPLD 加载8 POWER 电源输入，连接电源适配器下面将具体介绍 USRP N210 的硬件结构。 USRP 母板USRPN210 的母板上有 4 个高速 ADC 和 4 个高速 DAC，ADC 的采样速率是

图 3.6 USRP N210 母板实物图面将分模块详细介绍母板各模块功能：1）模数/数模转换器数和数模转换器与 FPGA 相连，是一个非常重要的部分，负责模拟信号与的转换。其连接图如图 3.7 所示。USRP N210 的主 ADC 采用的是凌特公C 芯片——LTC2284，该芯片是一个双通道的模数转换芯片，工作频率高秒，量化精度是 14 位。LTC2284 可以在 0~70MHz 的范围内提供平坦的应以及在基带的 85dB 无杂散动态范围（SFDR，Spurious-free Dynamic 84 芯片是由凌特公司研发的产品，具有功耗低、动态范围高、尺寸小的特发便携式通信设备和软件无线电系统。此外，USRP N210 还有两个辅助括两个 AD7922 芯片，，该芯片也是双通道的，量化精度是 12 位，属于串其作用是通过串行外设接口（SPI，SerialPeripheral Interface）总线与 FPGA于连接子板。输出A状态信号SPI总线100M时钟两个辅ADCAD7922
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN92

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本文编号：2604341