认知无线电技术实现和挑战
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测技术 在认知 无线 电的场 景下被广 泛使用 。
３２ ＧＮＵ Ｒａ ｉ 实 现 ｏＦＤＭ 链 路 ． ｄｏ中
能 ， 多种１ 作 频段可 以选择 。 有 二 通 过计 算机 上 的软件 平 台开 发 的程序 ， Ｎ 如Ｇ Ｕ ｒｄｏ ａ ｉ ，配置ＵＳ Ｐ 射 和接 收参 数 。发射 端 的数 据 Ｒ发 流： 计算 机 （ ＮＵ ｒｄｏ 一 母板 （ Ｂ ２０ Ｐ Ｇ ａ ｉ） ＵＳ ．一Ｆ ＧＡ— Ｄ Ａ） 子 板 一 天 线 ；相 应 的 接 收 端 的数 据 流 ： ／ 一 天 线一 子板 一母 板 （ Ｄ — Ｆ Ｇ Ｐ Ａ—ＵＳ ．） 计 算 Ｂ ２０ 一
可 以最 大达￣ ２ Ｂ的增益 。 Ｊ ｌ０ｄ 子板 实现射 频前端 的功
技 术还需要 考虑 检测技 术 。 测技术 包括检 测算法 、 检 检 测时机 频度 的选 择 、检测调 度协议 的实现 和合作 检 测 以及 协议设计 等研 究方 向 。检 测相对传 输来说 是 系统 开 销 ，减小 检测带 来 的开销 可以提 高系统吞 吐量 ， 提高频 谱利 用率 ． 能节 电 。基 于集 中控制式 还 和对 等式 网络结构 ，虽然 学者们 提 出一些探 索性地 检测 和传输 结合 的设 计 ，但 目前 没有 一套成 熟的检
认 知无线 电技术 需要利 用认 知得 到的空 白频段
ｒｄｏ 信 。 Ｎ ｒｄ ａ ｉ通 Ｇ Ｕ ａ ｉ ｏ中可 以实 现 基 带 信 号 处 理 。
Ｇ ａ ｉ是独 立 于硬 件 的软件 平 台 ，可 以实现 链 Ｕ Ｎ ｒｄｏ
路仿 真 。与普 通 的仿 真软 件不 同 ，Ｇ ａ ｉ还 提 Ｕ Ｎ ｒｄｏ 供ＵＳ Ｐ Ｒ 的接 口，使得 通过 软件 的方式 可 以对ＵＳ Ｐ Ｒ
统 的Ｆ ＭＤ（ 分 复用 ） 式提 高 了频谱 利用 率 。 频 方 因而
成 为４ Ｇ通信 中的关 键技 术 。而且ＯＦ ＤＭ有 良好 的带 宽扩展 性 和灵活性 ，也成 为 了认 知无 线 电技 术 的物 理 层 备选技 术 。特别 是非 连续 子载 波Ｏ ＤＭ ，利用 Ｆ ＯＦ ＤＭ系 统 中非 连续 的子 载波 进行 传输 ，达 到与在 同一频 段 中传 输 的其他 系统 共存 的 目的 。
和提高吞 吐量 除 了Ｏ ＤＭ技 术和Ｃ ＭＡ Ｃ Ｆ Ｓ ／ Ａ技 术 ， 知 无线 电 认
ＵＳ Ｐ由母 板 和 子 板 构 成 ．主 板 上 包 括Ａｌ ｒ Ｒ ｔａ ｅ Ｃ ｃｏ ｅ － 块Ｆ Ｇ ｙ ｌｎ ￣－ Ｐ Ａ实 现数字 下变 频 （ Ｃ）的功 ＤＤ
能 连接４ １ 位Ａ／ 个 ２ Ｄ和４ ｌ 位Ｄ Ａ， 且 在Ａ Ｄ前 个 ４ ／ 并 ／ 面有一 个Ｐ Ａ（ 编程 增益 放 大器 ） 当信 号很 弱 时 Ｇ 可 ，
２１ ０ ０年 第 ２期
于选用Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的情况 。与 采用ＵＳ Ｐ Ｒ 硬件 开发 的原 型
ＧＲ Ｇｎ ａ ｉ Ｃ ｍｐ ｎｏ ）搭建 图。无论是那种 Ｃ（ ｕ Ｒ ｄｏ ｏ ａ ｉ ｎ 方 法都需要用 流 图表示 信号模 块间 的连 接 ， ｙｈ ｎ 在ｐ ｏ ｔ 中采用ｆ类 的ｃ ｎ ｅｔ ｇ ． ｏ ｎ ｃ方法 ，在ＧＲ 中直 接连接 图形 Ｃ
的参 数进行 配置 ， 如配置 发射接 收频 率 、 采样 插值 速
率 、 路增益 等参 数 。 链
２２ ＵＳ ． ＲＰ的 结 构
进 行 通 信 ， 以采 用 Ｌ Ｔ（ ｓ ｎｂ ｆｒ． ｌ） 可 Ｂ １ｔ —ｅｏｅｔ ｋ 的方 式 ｉｅ ａ 进 行通信 。 Ｓ Ｃ ＭＡ／ Ａ 具备 了此类 协议 的基本特 征 ， Ｃ 也 成为 了原 型设计 的ＭＡＣ 基线 技术 ， 于避 免 冲突 用
机（ ＧＮＵ ａ ｉ 。 ｒ ｄｏ）
２３ ＧＮＵ ｒ ｉ ． ａｄ ｏ
Ｇ ａｉ ＮＵ Ｒ ｄｏ目前 提 供搭 建 链路 的两种 方 式 ： 一 种是采用ｐ ｔｏ 语言建立 图 ， ｙｈ ｎ 一种是 使用 图形 界面 的
Ｇ ａ ｉ￣ 适合基 于数据 流 的链 路搭 建 。本 Ｕ Ｎ Ｒ ｄｏ 小节将 介绍 搭建Ｏ ＤＭ链 路 的基 本方 法 。如前 面讲 Ｆ
模块 也可 以采用ｐ ｔｏ 直接实 现 ， 似 函数调用 。 ｙｈ ｎ 类
从上 一部分 的比较 可看 出 ， 于Ｕ Ｒ 硬件 开发 基 ＳＰ
认 知无 线 电原 型避 开 了Ｆ ＧＡ开 发引起 的额 外 的实 Ｐ
３１ 认 知 无 线 电技 术 候 选 特 征 ．
现复杂 度 ， 重点 关注认 知无线 电技 术 。 因此 这部 分开 始着重介Βιβλιοθήκη Baidu绍基 于ＵＳ Ｐ 件开 发的认 知无线 电原 型 。 Ｒ硬
表２ 基 于 非Ｕ Ｒ 硬 件 开 发 的认 知 无 线 电原 型 比较 Ｓ Ｐ
开发 机 构
莱 塞 大学
平 台 名 称
ＷＡ ＲＰ Ｏ Ｄ Ｆ Ｍ
主 要 技 术特 征
工 作 频 段
不 同 ， 里开 发原 型 都要 用 ￣ Ｆ ＧＡ的开 发 工具 ， 这 ＵＰ 除 了Ｘ Ｇ以外 ． 其他原 型都 采用 了Ｘｉｎ 公 司的芯 片 。 ｌｘ ｉ 表 ２ 出 了 目前文 献 中公 开 的基 于 非 ＵＳ Ｐ硬 件 开发 列 Ｒ
的认知 无线 电原型 。
中信号模块 的端 口。信号模块 通常采用Ｃ Ｃ ＋ ／ ＋ 实现 ， 使 用ｓ ｇ 口后 可以在ｐ ｈ ｎ ｗｉ接 ｔ ｙ ｏ 程序 中调用 。 当然信号
２１ ＵＳ Ｐ和ＧＮＵ ｒ ｄｏ 关 系 ． Ｒ ａ ｉ的
从第２ 部分 可 以看 到 ， 乎所有 的原 型平 台都 采 几 用 了ＯＦ Ｍ （ Ｄ 正交 频 分 复用 ） 为 物 理层 传 输技 术 。 作 Ｏ ＤＭ利 用互 相重 叠 的正交 子载波 传输 数据 ．比传 Ｆ
ＵＳ Ｐ Ｒ 通过 Ｕ Ｂ 口与安 装 在计 算 机上 的Ｇ Ｕ Ｓ接 Ｎ
３２ ＧＮＵ Ｒａ ｉ 实 现 ｏＦＤＭ 链 路 ． ｄｏ中
能 ， 多种１ 作 频段可 以选择 。 有 二 通 过计 算机 上 的软件 平 台开 发 的程序 ， Ｎ 如Ｇ Ｕ ｒｄｏ ａ ｉ ，配置ＵＳ Ｐ 射 和接 收参 数 。发射 端 的数 据 Ｒ发 流： 计算 机 （ ＮＵ ｒｄｏ 一 母板 （ Ｂ ２０ Ｐ Ｇ ａ ｉ） ＵＳ ．一Ｆ ＧＡ— Ｄ Ａ） 子 板 一 天 线 ；相 应 的 接 收 端 的数 据 流 ： ／ 一 天 线一 子板 一母 板 （ Ｄ — Ｆ Ｇ Ｐ Ａ—ＵＳ ．） 计 算 Ｂ ２０ 一
可 以最 大达￣ ２ Ｂ的增益 。 Ｊ ｌ０ｄ 子板 实现射 频前端 的功
技 术还需要 考虑 检测技 术 。 测技术 包括检 测算法 、 检 检 测时机 频度 的选 择 、检测调 度协议 的实现 和合作 检 测 以及 协议设计 等研 究方 向 。检 测相对传 输来说 是 系统 开 销 ，减小 检测带 来 的开销 可以提 高系统吞 吐量 ， 提高频 谱利 用率 ． 能节 电 。基 于集 中控制式 还 和对 等式 网络结构 ，虽然 学者们 提 出一些探 索性地 检测 和传输 结合 的设 计 ，但 目前 没有 一套成 熟的检
认 知无线 电技术 需要利 用认 知得 到的空 白频段
ｒｄｏ 信 。 Ｎ ｒｄ ａ ｉ通 Ｇ Ｕ ａ ｉ ｏ中可 以实 现 基 带 信 号 处 理 。
Ｇ ａ ｉ是独 立 于硬 件 的软件 平 台 ，可 以实现 链 Ｕ Ｎ ｒｄｏ
路仿 真 。与普 通 的仿 真软 件不 同 ，Ｇ ａ ｉ还 提 Ｕ Ｎ ｒｄｏ 供ＵＳ Ｐ Ｒ 的接 口，使得 通过 软件 的方式 可 以对ＵＳ Ｐ Ｒ
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成 为４ Ｇ通信 中的关 键技 术 。而且ＯＦ ＤＭ有 良好 的带 宽扩展 性 和灵活性 ，也成 为 了认 知无 线 电技 术 的物 理 层 备选技 术 。特别 是非 连续 子载 波Ｏ ＤＭ ，利用 Ｆ ＯＦ ＤＭ系 统 中非 连续 的子 载波 进行 传输 ，达 到与在 同一频 段 中传 输 的其他 系统 共存 的 目的 。
和提高吞 吐量 除 了Ｏ ＤＭ技 术和Ｃ ＭＡ Ｃ Ｆ Ｓ ／ Ａ技 术 ， 知 无线 电 认
ＵＳ Ｐ由母 板 和 子 板 构 成 ．主 板 上 包 括Ａｌ ｒ Ｒ ｔａ ｅ Ｃ ｃｏ ｅ － 块Ｆ Ｇ ｙ ｌｎ ￣－ Ｐ Ａ实 现数字 下变 频 （ Ｃ）的功 ＤＤ
能 连接４ １ 位Ａ／ 个 ２ Ｄ和４ ｌ 位Ｄ Ａ， 且 在Ａ Ｄ前 个 ４ ／ 并 ／ 面有一 个Ｐ Ａ（ 编程 增益 放 大器 ） 当信 号很 弱 时 Ｇ 可 ，
２１ ０ ０年 第 ２期
于选用Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的情况 。与 采用ＵＳ Ｐ Ｒ 硬件 开发 的原 型
ＧＲ Ｇｎ ａ ｉ Ｃ ｍｐ ｎｏ ）搭建 图。无论是那种 Ｃ（ ｕ Ｒ ｄｏ ｏ ａ ｉ ｎ 方 法都需要用 流 图表示 信号模 块间 的连 接 ， ｙｈ ｎ 在ｐ ｏ ｔ 中采用ｆ类 的ｃ ｎ ｅｔ ｇ ． ｏ ｎ ｃ方法 ，在ＧＲ 中直 接连接 图形 Ｃ
的参 数进行 配置 ， 如配置 发射接 收频 率 、 采样 插值 速
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２２ ＵＳ ． ＲＰ的 结 构
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２３ ＧＮＵ ｒ ｉ ． ａｄ ｏ
Ｇ ａｉ ＮＵ Ｒ ｄｏ目前 提 供搭 建 链路 的两种 方 式 ： 一 种是采用ｐ ｔｏ 语言建立 图 ， ｙｈ ｎ 一种是 使用 图形 界面 的
Ｇ ａ ｉ￣ 适合基 于数据 流 的链 路搭 建 。本 Ｕ Ｎ Ｒ ｄｏ 小节将 介绍 搭建Ｏ ＤＭ链 路 的基 本方 法 。如前 面讲 Ｆ
模块 也可 以采用ｐ ｔｏ 直接实 现 ， 似 函数调用 。 ｙｈ ｎ 类
从上 一部分 的比较 可看 出 ， 于Ｕ Ｒ 硬件 开发 基 ＳＰ
认 知无 线 电原 型避 开 了Ｆ ＧＡ开 发引起 的额 外 的实 Ｐ
３１ 认 知 无 线 电技 术 候 选 特 征 ．
现复杂 度 ， 重点 关注认 知无线 电技 术 。 因此 这部 分开 始着重介Βιβλιοθήκη Baidu绍基 于ＵＳ Ｐ 件开 发的认 知无线 电原 型 。 Ｒ硬
表２ 基 于 非Ｕ Ｒ 硬 件 开 发 的认 知 无 线 电原 型 比较 Ｓ Ｐ
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莱 塞 大学
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主 要 技 术特 征
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不 同 ， 里开 发原 型 都要 用 ￣ Ｆ ＧＡ的开 发 工具 ， 这 ＵＰ 除 了Ｘ Ｇ以外 ． 其他原 型都 采用 了Ｘｉｎ 公 司的芯 片 。 ｌｘ ｉ 表 ２ 出 了 目前文 献 中公 开 的基 于 非 ＵＳ Ｐ硬 件 开发 列 Ｒ
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中信号模块 的端 口。信号模块 通常采用Ｃ Ｃ ＋ ／ ＋ 实现 ， 使 用ｓ ｇ 口后 可以在ｐ ｈ ｎ ｗｉ接 ｔ ｙ ｏ 程序 中调用 。 当然信号
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