基于GNU Radio和USRP的认知无线电平台研究

信令后才可发起通信。中心节点在信令时序内发送通信所使用的频率，并主动重构，从节点监听中心节点的信令，同时重构。这样保证认知无线通信能基本同步进入数据传输阶段。数据传输阶段通过计时控制，限时退出传输状态，重新循环。

5.2 动态接入及传输方法的物理层实现

5.2.1 信令

在信令时序内，认知无线电中心节点在选择好下一传输频率后，通过发送信令帧，通知从节点。信令帧属于物理层的帧 payload 部分，属于数据中的内嵌结构。信令开头是标识 controlsignal，从节点解帧的时候先计算 CRC 正确与否，正确的话对三个频率进行对比，以重复次数最多的频率为重构传输频率。信令帧传输两次，以保证从节点能够接收到正确的重构信令。

当然也有可能在信令时序内，从节点因为干扰而没有接收到信令，从而错失一次重构，这将导致中心节点已经重构到另一频率了，从而失去通信的可能，认知无线电网络将瘫痪。所以信令环节需要使用类似 tcp 的握手机制，实现一个简化的机制：当从节点收到信令帧时，如果选定了频率则回复一个 ACK 帧，当中心节点收到 ACK 帧后，不再发送信令，开始重构。如果中心节点没有收到 ACK 帧，则在等待两个发送周期后重新发送信令，直到收到 ACK 帧。此处仍有较大的开发深度可以挖掘。

5.2.2 无线制式物理层

与 4.3.1章节中所述一样，重构无线制式时需要重新初始化 USRP 接收和发送，并根据信号处理的过程搭建流图。

此处的初始化与 sensing 过程的初始化有个关键不同的地方即是此处需要初始化发送的状态。此处的 sink 使用默认设置，只需实例化一个即可。

初始化 USRP 后，我们需要建立两个流图——发送、接收的流图，两个流图以时分的方式工作，可以实现半双工的通信方式。发送流图实现的功能是将信息以一定的速率生成比特流通过 USRP 调制发送出去，而接收流图实现的功能是将受到的无线信号解调生成信息。

以下是发送流图：

注解：差分编码并非必须，但是经过差分编码在接收端较易实现解调，所以此处使用了差分编码。 调制器的输入是以 8bit 为单位的 byte 信息，信息，bytes2chunks 模块将 byte 信息转化为 k 维的向量。

以下是接收流图：

接收过程几乎就是发送过程的逆反。pre scaler 将信号映射到+-1 的范围内。AGCAutomatic Gain Control 自动增益控制，其作用是当弱信号输入时，线性放大电路工作，保证输出声信号的强度；当输入信号强度达到一定程度时，启动压缩放大线路，使输出幅度降低。RRC filter 根升余弦匹配滤波器将信号转化为符号，再通过 receiver 将符号的频率相位同步解除。经过解调后 slicer 将同步后的信息转到格雷码逆映射模块，最终转为 bit 信息流。bit 流经过接入码检验后，如果是接收信息则写入 message 以供上层使用。

信号检测流图

Probe是 GNU Radio 自带的幅值大小检测的模块，能方便的对当前收到的信号进行简单的能量估算，其提供载波监听的判断数据，当其监听的信道能量数值大于某一阈值时，返回 False，我们认为信道有人占用，可供退避。

数据流图实现了原理性的功能，我们并不需要重新将整个流程实现，只需理解了原理后引用响应的函数，并正确配置即可。以下即是我们在传输过程中使用到的函数.

 5.2.3 数据传输

数据传输采用最小高斯频移键控(GMSK)调制方式，GMSK 是一种典型的连续相位调制方式。其信号具有优良的功率谱特性(功率谱旁瓣快衰减特性)，在对信号频带严格限制的各种数字通信领域中得到广泛的

数据传输采用最小高斯频移键控(GMSK)调制方式，GMSK 是一种典型的连续相位调制方式。其信号具有优良的功率谱特性(功率谱旁瓣快衰减特性)，在对信号频带严格限制的各种数字通信领域中得到广泛的应用，又由于其包络恒定，在具有限幅特性的 C类放大器构成的非线性信道中体现出比 QPSK 相位调制更多的优势，因而在无线通信领域得到了广泛应用，如 GMS 系统、GPRS 系统、无线局域网、航空数据链、卫星通信等。目前，GMSK 信号已经成为地面蜂窝移动通信系统的一种标准[27]。

MSK 信号是 FSK信号的一种特殊调制方式，其调制指数 mf =0.5, 二进制 MSK 信号表达式为：