基于USRP的频谱分析系统的设计与实现
发布时间：2021-07-31 14:29
无线电频谱资源被业界公认为是稀缺的生产要素、宝贵的信息资产和无形的战略资源。近几年,能进行无线电信号收发的设备数量呈爆发式增长态势,各类机构对无线信号频域测量和监测分析有着极为庞大的需求。采用软件无线电技术来实现无线频谱检测、分析和管理,是一种灵活简便、性价比较高的解决方案,也是未来实现定制化无线信号频谱监测分析的发展方向。但是现有方案大多在PC上进行FFT运算,在采样率、分析带宽和处理速度上有一定局限性。本文回顾了近年来频谱分析和软件无线电的研究发展现状,重点对快速傅里叶变换理论、能量检测方法、软件无线电体系架构进行了阐述,系统分析了不同时期频谱分析仪的工作原理和设计方法,探究了器件技术发展和设计方案的关系,形成了基于快速傅里叶变换的能量检测方法和中频数字化方案的技术路径。通过对软件无线电射频前端和软件开发框架的各模块、各要素的研究,完成了基于频谱分析的信号检测系统软硬件架构设计方案,构建了开发环境,实现了一个基于RFNoC频谱分析的信号检测系统,利用USRP板载FPGA进行FFT运算,以提高系统性能。最后对该系统的主要功能进行了测试验证。
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复杂信号的不同表征方法
利用示波器、频谱分析仪、矢量分析仪等专业测量仪器，可以从信号中分别提取出其在时域、频域、调制域的信息。如图 1.1 所示。图1.1 利用专业仪器进行信号分析的三种方法通常，我们都是习惯于用时间作为参照系，记录某时刻发生的事件。这种做法当然也适用于观察记录电信号。在时域中，可使用示波器观察电信号波形，横轴是时间，纵轴是幅度，可以了解到电信号的幅度瞬时值随时间的变化情况，这种方法被称为时域分析法。对稳定单一频率的无线电信号而言，其时域波形十分简单，就是一个规律的正弦波。除了时域分析法外，较为常用的方法还有频域分析法。傅里叶理论明确指出了一个信号在时域和频域的对应关系。在频域中，可使用频谱分析仪观察信号频谱，横轴是频率，纵轴是信号功率。图 1.2 表征了一个相对复杂的信号
距离、检测带宽等）有限，协作式频谱检测方法应运而生，如分布式协作频谱检测、集中式协作频谱检测和中继式协作频谱检测等。频谱检测方法分类如图 1.3 所示。图1.3 频谱检测方法分类能量检测法不需要被检测信号的先验信息，算法复杂度低，易于硬件实现。特征检测法（循环平稳）能够把噪声和信号进行有效区分，但该方法计算复杂度过高。匹配滤波检测法能够在最短时间内获得较好的处理结果，但这种方法的缺点有：一是在进行检测前需要获得被检测信号的先验信息，如果先验信息不够，将导致算法性能大幅降低；二是此方法实现难度较高。本振泄露检测法的缺点在于检测范围小，检测时间长，硬件实现难度高，实时性不高。干扰温度检测法需要获取被检测信号的相关先验信息，且计算复杂度较高。基于项目需要，本文仅研究基于单节点的频谱检测技术，通过对上述频谱检测方法的对比
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型的能量检测方法及性能分析[J]. 曹开田,杭燚灵. 计算机科学. 2018(S1)
[2]中科院4GHz带宽实时数字FFT频谱仪系统通过验收[J]. 分析仪器. 2017(06)
[3]基于GNU Radio和USRP的未知信号检测技术研究[J]. 李国建,郝恒. 通信技术. 2017(11)
[4]新一代通用软件无线电平台USRPX310的系统架构与应用[J]. 陈松林,陈宜,宋欢欢,谢非佚,文红. 通信技术. 2017(09)
[5]小样本能量检测中的双门限协作频谱感知[J]. 陈晓思,杭燚灵. 计算机技术与发展. 2017(03)
[6]基于差分能量检测的双门限协作频谱感知算法[J]. 张学军,严金童,田峰,孙知信. 仪器仪表学报. 2014(06)
[7]NOVEL HIGH-SPEED FPGA-BASED FFT PROCESSOR[J]. 王旭东,徐伟,党小宇. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics. 2013(01)
[8]一种用于频谱感知的增强型能量检测算法[J]. 宋培臣,范永安. 通信管理与技术. 2012(03)
[9]赛灵思发布Kintex-7系列FPGA,可编程逻辑器件全面进入28nm时代[J]. 李明骏. 集成电路应用. 2011(06)
[10]从软件无线电到认知无线电,走向终极无线电——无线通信发展展望[J]. 杨小牛. 中国电子科学研究院学报. 2008(01)
硕士论文
[1]基于GNU Radio和USRP的认知无线电系统设计与实现[D]. 周文韬.湖南大学 2017
[2]认知无线电中基于能量检测的频谱感知技术研究[D]. 张博.燕山大学 2016
[3]认知无线电中基于能量检测的频谱感知技术研究[D]. 胡畔.北京邮电大学 2013
本文编号：3313636
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复杂信号的不同表征方法
利用示波器、频谱分析仪、矢量分析仪等专业测量仪器，可以从信号中分别提取出其在时域、频域、调制域的信息。如图 1.1 所示。图1.1 利用专业仪器进行信号分析的三种方法通常，我们都是习惯于用时间作为参照系，记录某时刻发生的事件。这种做法当然也适用于观察记录电信号。在时域中，可使用示波器观察电信号波形，横轴是时间，纵轴是幅度，可以了解到电信号的幅度瞬时值随时间的变化情况，这种方法被称为时域分析法。对稳定单一频率的无线电信号而言，其时域波形十分简单，就是一个规律的正弦波。除了时域分析法外，较为常用的方法还有频域分析法。傅里叶理论明确指出了一个信号在时域和频域的对应关系。在频域中，可使用频谱分析仪观察信号频谱，横轴是频率，纵轴是信号功率。图 1.2 表征了一个相对复杂的信号
距离、检测带宽等）有限，协作式频谱检测方法应运而生，如分布式协作频谱检测、集中式协作频谱检测和中继式协作频谱检测等。频谱检测方法分类如图 1.3 所示。图1.3 频谱检测方法分类能量检测法不需要被检测信号的先验信息，算法复杂度低，易于硬件实现。特征检测法（循环平稳）能够把噪声和信号进行有效区分，但该方法计算复杂度过高。匹配滤波检测法能够在最短时间内获得较好的处理结果，但这种方法的缺点有：一是在进行检测前需要获得被检测信号的先验信息，如果先验信息不够，将导致算法性能大幅降低；二是此方法实现难度较高。本振泄露检测法的缺点在于检测范围小，检测时间长，硬件实现难度高，实时性不高。干扰温度检测法需要获取被检测信号的相关先验信息，且计算复杂度较高。基于项目需要，本文仅研究基于单节点的频谱检测技术，通过对上述频谱检测方法的对比
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型的能量检测方法及性能分析[J]. 曹开田,杭燚灵. 计算机科学. 2018(S1)
[2]中科院4GHz带宽实时数字FFT频谱仪系统通过验收[J]. 分析仪器. 2017(06)
[3]基于GNU Radio和USRP的未知信号检测技术研究[J]. 李国建,郝恒. 通信技术. 2017(11)
[4]新一代通用软件无线电平台USRPX310的系统架构与应用[J]. 陈松林,陈宜,宋欢欢,谢非佚,文红. 通信技术. 2017(09)
[5]小样本能量检测中的双门限协作频谱感知[J]. 陈晓思,杭燚灵. 计算机技术与发展. 2017(03)
[6]基于差分能量检测的双门限协作频谱感知算法[J]. 张学军,严金童,田峰,孙知信. 仪器仪表学报. 2014(06)
[7]NOVEL HIGH-SPEED FPGA-BASED FFT PROCESSOR[J]. 王旭东,徐伟,党小宇. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics. 2013(01)
[8]一种用于频谱感知的增强型能量检测算法[J]. 宋培臣,范永安. 通信管理与技术. 2012(03)
[9]赛灵思发布Kintex-7系列FPGA,可编程逻辑器件全面进入28nm时代[J]. 李明骏. 集成电路应用. 2011(06)
[10]从软件无线电到认知无线电,走向终极无线电——无线通信发展展望[J]. 杨小牛. 中国电子科学研究院学报. 2008(01)
硕士论文
[1]基于GNU Radio和USRP的认知无线电系统设计与实现[D]. 周文韬.湖南大学 2017
[2]认知无线电中基于能量检测的频谱感知技术研究[D]. 张博.燕山大学 2016
[3]认知无线电中基于能量检测的频谱感知技术研究[D]. 胡畔.北京邮电大学 2013
本文编号：3313636
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