譜能量傳感及USRP實現(xiàn)

【摘要】譜傳感是認知無線電和下一代通信網絡的基礎，基于蒙特卡諾方法，構造了譜能量傳感的數(shù)學模型，仿真了典型信道條件下譜能量傳感的性能，并分析了相應信道條件下虛警率、信噪比、檢測時間與檢測率之間的關系。同時，利用軟件無線電設備USRP實現(xiàn)了譜能量傳感，驗證了其性能。

【關鍵詞】譜傳感；能量監(jiān)測；USRP

1.引言

4.USRP實現(xiàn)

4.1 USRP基礎

USRP是由Ettus公司開發(fā)的軟件無線電設備，主要由三部分組成：一塊帶有高速信號處理的FPGA芯片，一塊高速的數(shù)模/模數(shù)轉換器，和一個能使FPGA芯片和計算機相連的USB 2.0接口芯片或千兆以太網接口（USRP2）。其主要設計理念是將波形處理，如調制，解調等操作由計算機的CPU來完成，而將數(shù)字上下變頻、抽樣、插值等高速數(shù)字處理過程由USRP的FPGA芯片處理。目前，USRP設備主要有三種系列：總線系列、網絡系列和嵌入式系列，本實驗中采用的是網絡系列USRP N210型，設備照片見圖4所示。較以往的FPGA的芯片USRP N210的FPGA芯片數(shù)據處理性能更為強大，使得用戶可以將更多的功能運行在FPGA上，它提供了雙向最大100MHz的處理能力，同時大大改善了時延。WBX子板是一種收發(fā)子板，它能處理的射頻信號的頻率為：50-2200MHz，提供高達100毫瓦的輸出功率和5dB的噪聲系數(shù)。

4.2 實驗

實驗系統(tǒng)硬件設備方框圖見圖5所示，圖中，天線通過同軸電纜與USRP設備相連，USPR通過千兆網線連接到PC。實驗中，采用無線話筒來發(fā)射干擾信號，設備工作在FM頻段，即88-108MHz；采用Matlab軟件來控制USPR設備的工作狀態(tài)，并進行后續(xù)信號處理[5]。

實驗在云南大學科學館5樓進行，場景圖見圖6所示。我們在科學館五樓的走廊和508實驗室設置了7個檢測點，將軟件無線電檢測系統(tǒng)置于508實驗室內，每次實驗時，將無線話筒放置在一個檢測點上，發(fā)送一段錄制的音頻信號作為干擾信號，總共做了7次實驗，所用音頻為同一音頻信號。如圖7（a）所示為88-108MHz頻帶范圍內的頻譜，可以觀測到FM91.8，F(xiàn)M99，F(xiàn)M100等調頻廣播電臺信號；當我們采用無線話筒發(fā)射號時，在圖7（b）中可以看到93MHz附近出現(xiàn)了一個干擾信號。本實驗中，我們采用能量檢測的方法來對此干擾信號進行檢測。

圖8和圖9分別給出了檢測點2和檢測點7的檢測結果。如圖可見，在檢測點2的干擾信號峰值為-51.8384dB，在檢測點7的干擾峰值有兩個分別為-69.3062dB和-715889dB。其它點的最大峰值檢測結果分別為：檢測點1：-41.5923dB，檢測點3：-69.4126dB，檢測點4：-71.537dB，檢測點5：-76.3163dB，檢測點6：-51.2345dB。測量結果表明隨著檢測點與測量設備距離的增加，獲得的干擾信號峰值在逐漸降低；檢測系統(tǒng)能有效的檢測出實際環(huán)境下的干擾信號。

5.結論

介紹了能量傳感模型，仿真了典型信道條件下譜能量傳感的性能，分析了信道特性對檢測率的影響，利用軟件無線電設備USRP實現(xiàn)了譜能量傳感并驗證了其檢測性能，這項工作對發(fā)展和利用新型譜傳感技術具有重要意義。

參考文獻

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