认知无线电通信平台重要技术分析与实现

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1、认知无线电通信平台重要技术分析与实现第一章绪论1.1引言近几十年来，无线通信技术得到了突飞猛进地发展。2012年1月20日，ITU正式审议通过了4G(IMT-Advanced)标准：LTE-Advanced(LTE的后续研究标准）和AN-Advanced(AX的后续研究标准)。而由我国主要提出的TD-LTE作为LTE-Advanced标准分支之一入选此标准。但随着移动通信用户数目曰益剧增和移动互联网的迅速发展，人们对于无线通信的数据传输速率也提出更高的要求，这大大加剧了对无线频谱带宽的需求。与此同时，作为重要的国家战略资源，有限的

2、无线电频谱资源却限制了无线通信数据传输速率的增长。根据2010年12月1日起施行的《中华人民共和国无线电频率划分规定》中，可用的无线频谱被固定的分配给相应的无线接入网，然后再由接入网进行频谱的子块划分，分配给相应的用户使用。这种静态分配方法简单并且易于频谱的管理和保护，因此在无线电通信前期可以满足用户的需求。然而，随着无线用户的急剧增长，这种分配方式体现出了一个严重的不足：可用的尚未分配的频谱资源越来越少。图1-1是美国2011年发布的频谱分配表格[i],由图中可见，尚未分配的频段己经所剩无几（白色部分），而与此同时，频谱共享公司

3、（SharedSpectrumpany)统计，在30MHz-3000MHz频段中，平均的频谱占用率仅为5.2%，而开放的公共频段的频率使用率已经接近饱和。1.2认知无线电平台研究与发展现状伴随着认知无线电理论的深入探讨，认知无线电平台也逐渐引起学者的广泛关注。本节中主要讨论目前国内外主要的认知无线电平台研发情况。由弗吉尼亚理工大学建设的这个高度可定制的平台可以独立的开发认知无线电通信系统、进行感知测试和算法及性能分析。目前的平台由分布在四层楼的48个USRP2节点构成。其频率扫描范围可从lOOMHz到4GHz。其软件开发采用Sof

4、tunicationsArchitecture(SCA)软件框架，将USRP节点用作物理层通信并提供配置无线电的通用可视化的接口。ORBIT(OpenAccessResearchTestbedforNext-Generation认知用户在检测到周围的无线频谱资源后，需要采用相应的调制方式进行数据的调制解调工作。在多载波通信中，OFDM已经被越来越多的研究人员用来作为多载波通信的主要调制方式。然而，传统的OFDM技术需要连续额占用一段频谱，而在认知无线电环境下，认知用户可用的频谱资源往往是不连续的。为了合理有效的利用这些频率上不连续

5、的频谱空洞，非连续OFDM技术(NC-OFDM)被广泛的进行了研究。NC-OFDM是对传统的OFDM技术进行的一种改进，使其可以在间断不连续的子信道内传输数据，其对频谱的利用如图2-7所示。图2-7是NC-OFDM接收滤波器的幅频响应，由图可见，滤波器在子载波配置为主用户占用的部分为带阻，其他被用作信号传输的子信道被设为带通。这样，可利用的空闲频谱就可以用NC-ODFM技术进行充分的利用。NC-OroM的频率同步。频率同步所采用的方法为：针对NC-OFDM的子载波非连续使用问题，通过统计每个OFDM子载波上的信号功率差异，从而获得

6、频偏的估计。而利用OFDM信号的4阶统计特性，该方法还能获得频偏估计的闭式解，大大降低了计算复杂度[46]。第三章认知无线电平台系统设计与实现...........163.1系统描述..........173.1.1系统框架..........173.1.2系统流程..........183.2应用层设计..........183.3MAC层设计..........203.4物理层设计..........263.5频谱管理..........363.5.1传统基于能量的功率谱密度的获取..........363.5.2基于多相滤波

7、器组的功率谱密度的获取..........383.5.3可利用频谱的获取..........413.5.4频谱分配策略..........42第四章系统测试结果..........454.1平台测试所用参数..........454.2平台整体测试结果..........464.2.1多相滤波器组模块测试..........464.2.2系统测试..........48第五章认知无线电中的协作通信研究..........505.1单节点单载波中继选择算法..........515.2单节点多载波中继选择算法..........52

8、第五章认知无线电中的协作通信研究5.1单节点单载波中继选择算法在完成认知无线电通信平台的基础上，本课题对多载波认知无线电平台的后续扩展做了有益的研究。研究的主要方面为认知无线电环境下，多载波协作通信的中继选择算法。分配给主用户的无线频谱被划分为M个