系统解读无线通信之SDR和CR

的情况下实现这一点。农村地区的无线宽带是白色空间的一个关键应用。农村仍有许多地方没有良好的高速互联网连接。白色空间非常适合用于这种应用。

白色空间频道的低频率和非视距(NLOS)特性不仅能够实现传输距离长达几英里的连接，还可以保证连接的可靠性。在一个潜在的商业模式中，无线互联网服务提供商(WISP)将帮助实现美国联邦政府的国家宽带计划。

远程监控是白色空间的另一个潜在应用。智能电网连接、视频监控摄像头、医疗病人监护和传感器网络等端到端(M2M)应用全部都会从访问白色空间中受益。

专为白色空间应用而设计的RuralConnect IP版II(RCIP VII)软件定义无线电/认知无线电可创造具有语音、数据和视频优先路由的点到点和点到多点网络(图9)。其目标应用是农村宽带访问，不过也可以用于IP视频监控、井和管道监测、智能计量和交通信号通信中。

RCIP VII的工作频率范围为470至786MHz。它采用TDD模式，采用正交相移键控(QPSK)或16相正交幅度调制(16QAM)。其传输功率为+30 dBm，接收灵敏度范围为–86至–89dBm。采用AES-128安全标准(共享密钥)。这些装置被设计成使用Telcordia数据库，并且符合FCC的第15部分规则以及英国的Ofcom法规。

SDR/CR的开发

SDR收发器主要是一个软件项目。一旦有了稳固的RF平台，下一步就需要选择DSP处理技术。可能的选择包括标准DSP、FPGA或者某种GPP。对于首个项目而言，使用供应商开发工具的参考设计确实会加快和简化开发工作。除此之外，还有一些相对独立的选择。

一种方法是使用GNU无线电，这是一种用于软件定义无线电的开源开发平台。它包含一组信号处理例程，包括用于高斯最小频移键控(GMSK)、相移键控(PSK)、QAM、OFDM等的调制方式。软件还包含Reed-Solomon、Viterbi和涡轮码等纠错码。还有用于优化滤波器、傅立叶快速变换、均衡器和计时器的例程。此软件可在Windows、Linux或MacOS操作系统下运行。

GNU无线电软件依靠一种名为通用软件定义无线电外设(USRP)的基本RF平台。它包含多个覆盖高达5.9 GHz的频率范围的RF板。还包含一个由快速ADC、DAC和相关支持电路组成的完整数据采集系统。USB端口提供基本I/O。

优质USRP提供商Ettus Research公司生产了一系列覆盖不同频率范围的RF板，这些RF板采用基本I/Q架构，具有全双工传输能力。提供发射/接收开关。发射器功率和接收器增益是可控制的。典型带宽为30MHz。你可以在软件中使用整合了ARM GPP和TI C64xx DSP的TI OMAP3等标准DSP、Xilinx Spartan 3A DSP1800或Altera Cyclone FPGA。

至于ADC和DAC，某些Ettus USRP型号采用100Msamples/s的14位ADC和400 Msamples/s的16位DAC。其他型号采用64Msamples/s的12位ADC和128Msamples/s的14位DAC。

如果你只是刚刚开始接触软件定义无线电/认知无线电或者想教这门课程，那么美国国家仪器(NI)公司的USRP产品可能是你的一个不错的新选择。NI公司拥有Ettus公司，NI在频率范围为50 MHz至2.2 GHz的NI USRP 2120和频率范围为2.4至5.5 GHz的NI USRP 2921这两个产品中使用了Ettus的基本硬件。

这两款收发器都使用标准直接转换架构，并通过1吉比特以太网端口将其I/Q信号输出至PC。高达25Msamples/s基带的信号可能按这种方式分流。带宽为50MHz。此装置单价约为4000美元。

数字信号处理和其他程序在PC上运行。NI公司带调制工具包的LabVIEW软件可用于开发。可将高级软件下载至NI的包含Xilinx FPGA的Flex RIO PXI中。

虽然NI USRP是软件定义无线电/认知无线电入门者的一个出色学习平台，但是其当初的开发主旨是针对大学教学和研究。如果你购买包含两个装置的捆 绑产品，即可获得德克萨斯大学和斯坦福大学开发的全套教学材料。此捆 绑产品价格约为6000美元。对于初步研究和原型设计(包括采用OFDM和MIMO技术的项目)而言，使用NI USRP是一个不错的起点。