系统解读无线通信之SDR和CR

因此，系统从一开始就必须在具有强干扰的环境中可靠地工作。这样，xG认知系统就可以通过可靠地让该系统在其他无线电系统可能无法工作的环境下工作，从而最大限度地提高灰色空间的容量。

至于应用，xG Technology很快就会推出适用于军事、农村宽带和企业的高级系统。这种新系统将覆盖902至928MHz的频带以及5.8GHz ISM频带。未来的系统也可能使用700MHz频谱。

此外，xG公司正在美国和英国评估该公司在电视白色空间领域推出的各种选择方案(该系统可能非常适合用于美国和英国)。你可以想像一下这样一种功能强大的移动语音和数据蜂窝系统，它可以利用空白白色空间6MHz电视频道，并且可以提供与商业3G和4G蜂窝系统一样的服务，实现更高的经济效益。

说到白色空间，这是认知无线电的另外一个出色的应用。白色空间由未被使用的6MHz电视频道组成，该空间是在2009年模拟电视转换到数据电视时被弃用的。电视台仍然使用2至51个频道(54至698MHz)，尽管许多频道未被使用。开放的频道根据地区的不同而有很大的变化，不过这种频道意味着宝贵频谱的巨大浪费。

FCC已经批准在无许可证服务中使用这些频道。其指南要求具有可用本地频道的低功率和知识。FCC以及Spectrum Bridge和Telcordia等多家其他组织已经制定出记录在美国的大多数地区使用这些频道的电视台和其他无线设备和服务的综合数据库。要使用这些频道，白色空间无线电必须访问该数据库，查看该频道是否正在使用中。如果是的话，将选择另一个频道，以防出现干扰。

白色空间无线电分为两类：基站和客户端设备(CPE)终端。CPE终端可能是手机。如果这类终端要发射信号，需将其GSP坐标位置发送给基站，然后基站访问数据库查看所需的频道是否是开放的。如果是的话，CPE终端就会收到可以发射信号的通知。

在某些系统中，CPE终端实际上是侦听所需的频道，评估是否存在其他信号。在任何情况下，基站和CPE无线电都使用认知无线电的形式进行有关何时使用哪个频道的智能决策。

白色空间无线电有望能够更加高效地使用未使用的电视频谱，不过认知无线电能够在不产生干扰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。