基于GNU Radio和USRP的认知无线电平台研究

就能检查很宽的频谱。在此设计过程中，为更好地表示指定频段内的频谱感知情况，通过设置 GNU Radio 的相关函数，我们选取 3MHz 这样的扫频间距。

频段扫描过程如下：

（1） 设置所要感知频段的最小、最大频率以及扫描次数 M；
（2） 对所选频谱范围进行间隔化，每一间隔值为 3MHz；
（3） 在第一个 3MHz 频段范围内对信号进行 AD 采样，得到 N 个点（本次设计 N 取256）；
（4） 进行 N 点 FFT，对得到的 N 个复数分别进行平方和运算，得出模值 ，再累加，求得平均值作为此 3MHz 间隔的模值，并由此求得功率大小，记录到文件中；
（5） 移频到下一个 3MHz 间隔，重复上面的步骤，直到扫描完频段内所有的每一个间隔；

我们对特定频段做多几次扫频，获得平均功率数据，使用 gnuplot 将数据画图。其中 Y 轴为平均功率，单位为 dBm；X 轴为频率，单位为 MHz。因为 400M 和 2.4G 频段上的功率量值不同，所以起始功率不同。见图 4-5 和图 4-6

从上两图中的检测结果可以非常直观的得到以下结论：

（1）2.4G 非授权频段非常拥挤，这段频率已经被大量的 wifi 设备使用殆尽，而且还有大量"不速之客"加进来干扰，比如蓝牙和微波炉开启产生的污染（图中 2430MHz处即是微波炉开启产生的信号辐射）。

（2）在 400M 授权频段上，除了某些频率一直有信号在占用，大部分频段大部分时间都是空闲的。这些授权频段无论从时间上还是从功率上分析，都非常适合认知无线电非授权用户的使用。

由美国频谱规划文件中如图 4-7 可知，400M-480M 范围内，国际通行的规划大部分都是划给移动通信，而在我国，大部分频段在民用范围内大部分时间都是静默的，只是450M 小灵通通信占用了一点，如上图可清晰的发现 450M 处被占用情况。

所以我们选择 400M 频段作为认知无线电动态接入的频段，可减少对授权用户的干扰，从时间和频谱空间这两个角度来说也比较容易找到空闲频段。 

4.4 频谱能量记录与选择

获得了设置好的每一步进频段内的平均能量，并将其根据频段的中心频率排序存入链表，选定做 N 次扫频，求 N 次扫频后每个频段的数学平均。这个 N 值取的次数需要根据 sensing 的时间和传输时间大小的比值，以及动态接入的策略来确定的。这里我们取 N=3，既可以过滤掉较大的随机误差，又可以节省 sensing 的时间。这样我们就获得了每个步进频率的多次扫频的平均功率，即可确定我们要接入的频率和功率最小最大频率。

当我们获得了最小值与当前使用频率的能量值，我们对其做比较，如无大差距，返回标志及数据，为接下来的动态接入提供策略支撑是使用原频率，还是使用新的最小频率。

4.5 本章小结

本章介绍了频谱检测的方法和原理，设计了使用 GNU Radio 和 USRP 实现的 FFT能量检测方法实现大范围的频谱检测，并能将频谱记录和选择接入频率的策略。

第五章 动态接入及传输方法

5.1 动态接入及传输方法概述

动态接入及传输是这样一个循环的过程：在频谱检测完成后，根据一定的规则经过决策，选定一种无线制式和载波频率重构之后进行一段时间的数据传输。因为认知无线电要占用授权频段，而授权用户的通信是需要优先保障的，所以认知无线电用户需要不断调整载波频率和对应的适合的无线制式，这是一个自适应动态的过程。

动态接入需要在物理层完成无线制式的选择，完成频率选择、无线接入、传输。
在逻辑链路层需要完成差错检测和接入控制使之能在无线网络中避免冲突，保证通信质量。
在网络层需要与操作系统完成网络设备注册。
传输层以上编程使用普通网络编程即可。

动态接入需要在 sensing 的基础上才能做决策判断接入频点，并且动态接入传输的过程需要多台认知无线电平台间遵守统一的时序，这样才能通信。本文采用的时序策略如图 5-2 所示。由于实验环境及实验器材的原因，选择最基本的双机通信，因为所处环境为室内，其授权用户对所有非授权用户的影响在数量级上说是相同的，所以设置一台机为频率检测及频率选择控制发起的认知中心节点，另外的所有认知用户为从节点，从节点无需进行频率检测，但需监听主节点的频率选择