基于GNU Radio和USRP的认知无线电平台研究

不同的收、发功能。目前有下面几种子板：

BasicTX、Basic RX：这两种子卡没有中频 IF 与射频 RF 间的频谱变换，仅仅提供主板上中频信号与天线间的接口。尽管如此， 由于 ADC 和 DAC 可进行带通采样，仍然可支持 2MHz～200MHz 的载频；

TVRX：可覆盖 500MHz～800MHz 广播电视频段的接收子卡；

DBSRX：可覆盖 800MHz～2.4G 的接受子卡；

RFX400、RFX900、RFX1200、RFX1800、RFX2400：这些子卡均为支持双工，可分别覆盖400～500MHz、800～1000 MHz、1150～1450 MHz、1.5～2.1 GHz、2.3～2.9GHz频段。由于其通用性，使用较多。本实验平台一般使用 RFX400、RFX2400。

图 3-8 为 RFX400 子板，可以看到在子板上有两个接口，可用来连接输入、输出信号。

(4)USB2.0

USRP采用 USB2.0 接口与 PC 连接。最高达到 32M Byte/s 的数据传输速率。如果AD 和 DA 分别采用 12Bit和 14Bit 的采样精度，那么每个实采样点占用 2Bytes，每个复采样点占用 4Bytes。如果以一路复数采用进行单收或单发，则最高可达到 32M/4=8M复采样每秒，即最高发送或接收 8MHz 带宽的信号。如果用 8bit 采样，则最高可收、发16MHz 带宽的信号。ADC 和 DAC 始终分别以 64M 和 128M 的速率进行采样，用户实际获得的采样速率是通过设置抽值率或插值率得到的。

USB支持三种传输方式：命令、bulk 读写、同步传输。在这里我们使用命令包配置USRP、装入固件和 FPGA的 bitstream；使用 bulk 读写或者同步传输传送 FPGA 与 PC之间的数据。

从图 3-9 可知，以数据接收过程为例，从射频 RF 端到模拟基带信号到数字系带信号再到 PC 传输，整个流程转换过程。可见 GNU Radio 和 USRP 可以处理无线信号并具有极强的可重构能力。

3.4 GNU Radio 和 USRP 应用举例

经过几年的发展，各地的研究者和爱好者已经发展了多种应用，下面对一些典型应用做一个简单介绍。

（1）由意大利 PISA 大学研究的 DVB-T 实时接收播放播放系统，使用一个单核奔腾 3.0G CPU 处 理 。 这 个 模 块 将 很 快 集 成 到 GNU Radio 中 。

（2）弗吉尼亚理工大学的 CWT 研究所使用 GNU Radio 和 USRP 实现 SmartRadio认知无线电项目，这个项目是为了在灾后能迅速发现周围的无线电通信信号，并与之通信 ， 其 获 得 SDR Forum Smart Radio Challenge 2007的 金 奖 。

（3）德克萨斯大学的 WNCG 研究所利用 GNU Radio 和 USRP 实现 MIMO 和多跳网络的测试

（4）还有其它常用的的应用比如：MIMO，GPS 接收机，无线电天文学，总之能想到的无线电项目，GNU Radio 和 USRP 几乎都能实现。

 3.5 基于 GNU Radio 和 USRP 认知无线电平台简介

本文基于 GNU Radio 和 USRP 的认知无线电平台所要实现的主要功能有：频谱检测；传输频率选择；软件无线电平台重构；无线传输。

第一步——频谱检测及选择，检测授权用户是否在使用，在使用哪一段频率，哪一段频率有空闲。认知无线电非授权用户可以将频谱检测的信息与其它认知无线电用户分享，合作认知即是使用这种方法。其中合作认知又分为具有中心节点（由中心节点收集所有频谱信息，再做决策）和非中心节点式的（由普通节点决策）。认知无线电网络最终决策出通信的频段和通信方式。

第二步，认知无线电平台根据决策以某种调制方式、传输功率重构到某一空闲频率，重构的过程应尽可能快。

最后一步，传输数据，不单只物理层要重构好，MAC 层及以上层级也需作出相应的策略，保证传输速率和质量。

3.6 本章小结

本章介绍GNU Radio 和USRP，对其软件和硬件技术进行了详细的描述。并提出了基于该平台设计的认知无线电平台的基本框架。

第四章 基于 GNU Radio 和 USRP 的频谱检测方法

4.1 频谱检测方法介绍

4.1.1 认知无