Sora高性能开源软件无线电平台

Sora : 高性能开源软件无线电平台

SORA软件无线电平台是世界上第一款100%基于PC的高性能可编程无线通信系统。它充分发挥了通用处理器（GPP）性能和灵活性，采用软硬件联合优化技术，满足高速信号处理的挑战。可以在通用的PC或者服务器上实时运行无线通信协议，速率可达54Mbps以上。

在传统的无线通讯系统，关键底层处理，如PHY层和介MAC层，通常ASIC芯片或者FPGA实现，因为有非常高的计算要求。这种设计更改或升级比较困难，对设计人员硬件水平要求很高，不适合作为科学研究或者算法工程师的研究平台。但是通用处理器（GPP）的软件和硬件系统都不是为了无线通信的信号处理而设计的，因此很难达到高性能的实时通信。例如，非常流行的USRP系列，只能实现8MHz带宽上，100多Kbps 的实时通信。

高性能的无线通信对系统有非常严格的需求，主要是以下三个方面：

1. 高速的系统吞吐量

包括远端射频头和PHY层协议之间以及PHY层协议内部的模块之间。例如，实现802.11系列协议，单天线需要大约1.2Gbps的吞吐量，如果支持4x4 MIMO应用，那么至少5Gbps以上，这个指标目前对大部分PC都是严峻的挑战。

2. 高强度的计算

无线通信的算法需要大量的计算，而且为了保证实时性，很多计算又是突发性的，因此必须充分发挥GPP的性能才能保证。目前主流的GPP都采用多核架构，所以如何将多核的计算能力汇聚起来，实现通信协议对软件开发也是一个挑战。

3. 实时的响应

无线通信协议中有很多响应门限，为了保证正常通信，这些响应门限必须满足。因此，低延迟的控制方法也很重要。例如，802.11系列的MAC层协议要在几个微秒内就可以得到响应。这对于PC和操作系统都是很难实现的。

Sora的解决之道：

SORA通过以下四种途径解决了GPP开发无线通信算法问题，分别是：

1. 采用高速的PCI Express总线接口标准。

PCIe总线不仅吞吐量大，而且响应时间也优于USB、GbE等接口，非常适合软件无线电的应用。

2. 充分优化的PHY 层协议实现方法

3. 多核CPU之间的数量流水式操作。在不同内核之间通过FIFO同步，充分发挥各个内核的作用。

4. 内核限定技术。通过设置，可以实现某个内核停止相应外部中断，专心计算，提高系统计算能力。

下图是Sora的系统结构：

Sora的硬件架构

RCB（Radio Control Board）：射频控制板，系统的核心部件

RCB是Sora系统的核心板卡，采用了PCI Express 8x架构，最高吞吐率达到16Gbps。RCB上有8个通用的射频接口，可以支持最高8x8MIMO。

SoraRCB2：更高性能的用户可编程FPGA

Sora2：射频前端和RCB2构成完整的Sora2板卡

Sora的软件架构

主要技术：

1. 采用查找表技术充分利用CPU的L2 Cache，大部分的PHY层算法可以通过查找表来加速1.5~22倍。

2. SIMD指令集优化。充分利用CPU并行加速指令，特别适合FFT和IFFT这一类运算。

3. 利用多核流水线技术

通过同步FIFO，将PHY层实现的子流水线模块分配到不同的内核执行，充分利用多核

CPU的计算能力。

4. 独占内核技术

为了确保CPU可以实时响应，Sora采用了独占线程技术，可以让某个或者某几个内核专用于SDR的任务，不被其他系统调用影响。实现这种技术不需要修改操作系统的内核。

Sora的性能测试

以WiFi 802.11a/b/g的实现为案例，测试Sora的性能。算法优化前后对比：

Sora与商业网卡吞吐量对比

SoraSDK开发包

Sora学术套件提供了SDK开发包，提供了开源实现的802.11a/b/g的PHY和MAC实现。自从2010年发布以来，多次更新，目前的版本为SDK2.0。 SDK不仅提供了PHY和MAC的实现代码，还提供了调试用的一些工具，如示波器

Sora的客户群

从2010年5月正式发布至今，已有超过20个国家的200个实验室正在使用Sora进行开发。威视锐联合微软研究院、北京交通大学，在清华大学出版社支持下，出版了基于Sora的高校教材。

订货型号

SoraCompact

70MHz~6GHz, SISO，无风扇i7工业级主机，适合车载和户外测试

SoraStation2

70MHz~6GHz, MIMO2x2，桌面型i7主机，适合实验室室内测试

SoraMIMO

70MHz~6GHz, MIMO4x4，1.5U上架式结构，适合机柜安装

注2：如果需要远距离传输，可以选配威视锐的外置功放

软件无线电(个人整理)

1. 软件无线电是什么
无线通信在现代通信中占据着极其重要的位置， 几乎任何领域都使用无线通信， 包括有 商业、气象、金融、军事、工业、民用等。我们可从通信系统、调制方式、多址方式等几方 面可看到无线通信系统种类的繁多。 类 别 通信系统 调制方式 多址方式 种 类
卫星通信系统、蜂窝移动通信系统、无线寻呼系统、短波通信系统、 微波通信系统等 AM、FM、LSB、USB、ISB、FSK、PSK、MSK、GMSK、QAM 等 时分多址（TDMA） 、频分多址（ FDMA）和码分多址（CDMA）等
各种通信系统由于自身的特点而适用于各种特定的场合，例如： 短波电台适合远距离，其所需的发射功率不大，传输的“中继系统” —电离层不会被 摧毁；卫星通信能传播高质量的信息，所能提供的频带很宽 微波通信抗干扰能力强，适合大量的数据传输，但只能在点与点之间传输，传输距离 又有一定的限制 由于无线通信的设备简单、便于携带、易于操作、架设方便等特点，在军事和民用通信领域 中都是不可缺的重要通信手段。 然而， 电台往往是根据某种特定的用途而设计的， 功能单一， 有些电台的基本结构相似，而信号特征差异很大。比如，工作的频段不同，调制方式不同， 波形结构不同，通信协议不同，数字信息的编码方式、加密方式不同等等。电台之间的这些 差异极大地限制了不同电台之间的互通互连。 经过几十年的发展， 无线通信已有很大的发展， 通信系统由模拟体制不断向数字化体制过渡， 因此是否可能在数字化体制础上一个电台能满足多调制方式和多址方式， 从而根椐需要构成 多种通信系统呢。 我们先看一下一个数字蜂窝网接收站, 显示在图 1 中。 （注意： 为了说明软件无线电的概念， 这里给出了无线电的接收装置部分） 。
图 1：窄带无线接收装置

认知无线电的发展历程与现状

认知无线电的发展历程与现状 认知无线电的发展历程与现状 摘要：认知无线电是一种通过与其运行环境交互而改变其发射参数从而提高频谱利用率的新的智能技术，其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互 信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生，认知无线电就是通过频谱感知(Spectrum Sensing )和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配(DSA dynamic spectrum allocation )和频谱共享(Spectrum Shari ng )。本文主要分析认知无线电的起源，认知无线电的关键技术概要，认知无线电的相关标准化进程以及认知无线电的应用场景等多个方面，对认知无线电进行一个概述，从而加深对无线电的认知与了解。关键字：认知无线电、起源、关键技术、标准化、应用 随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。为解决无线频谱资源紧张的问题，出现了许多先进的无线通信理论与技术，如链路自适应技术、多天线技术等。这些技术虽然能提高频谱效率，但仍受限于Sha nnon理论。 美国联邦通信委员会的大量研究表明：ISM频段以及适用于陆地移动通信的2GHz 左右授权频段过于拥挤，而有些授权频段却经常空闲。因而提出了认知无线电。认知无线电是一种智能频谱共享技术。它通过感知频谱环境、智能学习并实时调整其传输参数，实现频谱的再利用，进而显著地提高频谱的利用率，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。 1. 认知无线电的发展历程

软件无线电发展现状

<<移动通信>.>>2002年第 4期 软件无线电发展现状 罗序梅信息产业部电子七所 1 前言 — 软件无线电是实现无线通信新体系结构的一种技术，在经过近几年的发展之后，其重要性和可 行性正逐步被越来越多的人所认识和接受。软件无线电技术的重要价值体现在：硬件只是作为 无线通信的基本平台，而许多的通信功能则是通过软件来实现的，这就打破了长期以来设备的 通信功能实现仅仅依赖于硬件的发展格局。所以有人称，软件无线电技术的出现是通信领域继 固定到移动，模拟到数字之后的第三次革命。本文主要介绍全球软件无线电技术研究动态、对 实现软件无线电台至关重要的器件技术的发展以及软件无线电台商用前景。 2 全球软件无线电技术研究动态 软件无线电技术具有结构的开放性、软件的可编程性、硬件的可重构性以及功能和频段的… 多样性等特点，无论在军事还是在商用通信中都有着巨大的应用潜力。也正是因为这些独特的 优势，引发了全球对软件无线电技术的关注和研发热潮。除美国在 90年代初开始实施易通话计 划并成功地研制出多功能多频段电台外，欧洲、日本、中国等全球其它地区也纷纷开展了各自 的软件无线电技术项目。 欧洲委员会已将软件无线电技术列为重要的研发项目，大量与软件无线电技术相关的研究项目正在其 ACTS计划中进行。受潜在的商业利益所驱动，其研究重点集中在第三代标准上， 这包括 FIRST（灵活的综合无线电系统和技术）、FRAMES（未来无线电宽频段多址系统）和 · SORT等项目。前两个项目利用软件无线电台样机研究开发下一代无线接口。其中

FIRST项目 主要是评估实现软件重构空中接口的问题。目前最公开的工作集中在 RF结构最佳划分方法及 数字处理的实现上。 SORT主要是开展有关第三代系统（ UMTS）在地面和卫星接入方面的硬件 重构问题的研究，演示灵活而有效的软件可编程电台，实施该项目的目标是：

认知无线电验证平台场景设计

认知无线电 验证平台场景设计 2008-11-14 赵琳陈翼翼

目录 一、系统结构图 (3) 二、系统基本背景介绍 (3) 三、缩略语说明 (4) 四、场景案例设计 (4) 1.CR001：全频段内不存在PU时，SU接入核心网 (4) 2.CR002：全频段内不存在PU时，SU间进行网内通信 (5) 3.CR003：仅某几个子信道存在PU时，SU接入核心网 (5) 4.CR004：仅某几个子信道存在PU时，SU间进行网内通信 (6) 5.CR005：全频段内存在PU时，SU不能进行通信 (7) 6.CR006：全频段内不存在PU时，某SU伪装成PU占用某几个子信 道 (7) 7.CR007：全频段内不存在PU时，某SU伪装成PU占用全频段 (8) 8.CR008：仅某几个子信道存在PU时，系统未检出，但SUBS执行 的信道分配策略不会对通信造成干扰 (9) 9.CR009：仅某几个子信道存在PU时，系统未检出，且SUBS执行 的信道分配策略会对通信造成干扰 (10) 10.CR010：SU占用某几个信道时，PU强行接入 (11) 11.CR011：SU占用某几个信道时，PU退避接入 (11) 12.CR012：比较不同检测方法 (12) 13.CR013：比较不同合并算法 (13) 五、附录 (14) 1.利用峰均功率比的增强型能量检测法 (14) 2.合并算法介绍 (15) 2.1结果合并模型的背景介绍 (15) 2.2不同的结果合并模型 (15) 2.3模型比较及优缺点分析 (17)

一、系统结构图 图1 系统结构图 二、系统基本背景介绍 1.该系统内存在2个主要用户（PU）。PU编号为PU0~PU1。 2.该系统内存在1个次级用户基站（SUBS），3个次级用户（SU）。SU编号 为SU0~SU2，都具有感知功能，并且均可采用不同的频谱检测方法进行检测。 3.在广播电视频段54~862MHz上选取20MHz。设定该系统工作在这20MHz 的频段内。将整个频段划分为40个500KHz的子信道（SCH），编号为0~39。 4.采用集中式的结构，1个SUBS管理所有的SU。SUBS具有绝对管理权，即 SUBS控制SU的频谱检测、接入空闲频段等一切操作。 5.SUBS维持一个子信道可用性分类的可见表格。这个功能表中，将子信道按 可用状态分类，比如被占用（如正在传输PU信号）、可用（可被SU用户占用）、禁止使用（不能被使用）等。 6.BS接入核心网（CN）。SU可以通过SUBS接入CN进行网间通信。网间通 信包括语音、图像、视频等业务。 7.SU之间可以通过SUBS的中转实现网内通信，但SU之间不能直接进行通信。 网内通信包括语音、图像、视频等业务。 8.存在一个静默期，划分为检测期和上报期。在检测期内，SUBS控制SU进行 频谱检测；在上报期内，SU向SUBS上报检测结果。[猜想] 9.基本场景中，SU采用能量检测法进行频谱检测。SUBS采用K秩准则进行结 果合并。有关不同检测算法、合并算法的比较均在扩展场景中进行。

认知无线电的发展历程与现状

认知无线电的发展历程与现状 摘要：认知无线电是一种通过与其运行环境交互而改变其发射参数从而提高频谱利用率的新的智能技术，其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生，认知无线电就是通过频谱感知（Spectrum Sensing）和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配（DSA：dynamic spectrum allocation）和频谱共享（Spectrum Sharing）。本文主要分析认知无线电的起源，认知无线电的关键技术概要，认知无线电的相关标准化进程以及认知无线电的应用场景等多个方面，对认知无线电进行一个概述，从而加深对无线电的认知与了解。 关键字：认知无线电、起源、关键技术、标准化、应用 随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。为解决无线频谱资源紧张的问题，出现了许多先进的无线通信理论与技术，如链路自适应技术、多天线技术等。这些技术虽然能提高频谱效率，但仍受限于Shannon理论。 美国联邦通信委员会的大量研究表明：ISM频段以及适用于陆地移动通信的2GHz左右授权频段过于拥挤，而有些授权频段却经常空闲。因而提出了认知无线电。认知无线电是一种智能频谱共享技术。它通过感知频谱环境、智能学习并实时调整其传输参数，实现频谱的再利用，进而显著地提高频谱的利用率，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。 1.认知无线电的发展历程 认知无线电的概念是由Joseph Mitola博士在1999年提出的，他认为认知无线电可以使SDR从预置程序的盲目执行者转变为无线电领域的智能代理，并在论文中描述了认知无线电如何通过无线电知识表示语言（RKRL）来提高个人无线业务的灵活性。2004年Rieser支出认知无线电不一定必须有SDR的支撑，他提出基于遗传算法的生物启发认知模型更适用于可快速部署的灾难通信系统。该认知模型可对无线电系统的物理层和MAC层烦人演进建模，主要由三部分组成，包括用于监听无线环境，进行信道建模的无线信道遗传算法（WCGA）、演进并自适应无线环境的无线通信遗传算法（WSGA）和根据无线电信道模型和无线电参数，监视并改变系统的状态，以决定如何适应无线电的认知监视系统（CSM）。 2003年5月，FCC召开了无线电研讨会，讨论了利用认知无线电技术实现灵活频谱利用的相关技术问题。并且对从频谱管理的角度出发对认知无线网进行了官方定义，认为认知无线电是指能够通过与工作环境的交互，改变发射参数的无线电设备。针对频谱利用率低的现状，FCC提出采用认知无线电技术实现“开放

认知无线电技术

现代通信系统 论文 题目：认知无线电技术 姓名：朱雪峰 学院：潇湘学院 专业：通信工程 班级： 001 学号： 1254040121 指导教师：钟斌 2015年11月1日

目录 一、引言 (2) 二、认知无线电的基本概念 (2) 三、认知无线电的功能与实现 (4) 1.认知无线电的主要功能 (4) 2.认知无线电的实现关键 (5) 四、认知无线电的标准化 (7) 五、认知无线电的管制与应用情况 (8) 六、未来发展与展望 (9)

认知无线电技术的研究及发展 【摘要】认知无线电技术作为软件无线电技术的一个特殊扩展，受到日益广泛的关注。由于该技术能够自动检测无线电环境，调整传输参数，从空间、时间、频率、调制方式等多维度共享无线频谱，可以大幅度提高频谱利用效率。本文首先从认知无线电技术的定义入手，分别讨论了认知无线电的基本概念、功能与实现、标准化的进程。然后介绍了当前应用状况，最后分析了未来的发展及面临的挑战。 一、引言 随着无线通信技术的发展，人们可以获得的带宽不断地增加，移动通信的数据速率从10 kbit/s增长到2 Mbit/s，在不久的将来还可能提高到上百兆比特每秒。但即使如此，也无法满足人们日益增长的无线接入需求。为了缓解这一矛盾，一方面，人们不断开发新的无线接入技术，利用新的频段来提供各种业务；另一方面，不断改进各种编码调制方式，提高频谱效率。但由于移动终端天线尺寸和功率的限制，可以用于无线接入的频段很有限。在提高频谱效率方面，目前较为先进的CDMA空中接口技术，如HSDPA可以达到1 bit/（s·Hz）的频谱效率，将来OFDM和MIMO技术的应用也只能达到3-4 bit/（s·Hz）的频谱效率。3-4倍的频谱效率的提高对于人们成百上千倍的带宽需求增长是微不足道的。认知无线电技术的出现，为解决频谱资源不足、实现频谱动态管理及提高频谱利用率开创了崭新的局面。 二、认知无线电的基本概念 认知无线电（cognitive radio，CR）的概念是由Joseph Mitola博士提出的，他在1999年发表的一篇学术论文[1]中描述了认知无线电如何通过一种“无线电知识表示语言（RKRL）”的新语言提高个人无线业务的灵活性。随后在2000年瑞典皇家科学院举行的博士论文答辩中详细探讨了这一理论[2]。 认知无线电也被称为智能无线电。从广义上来说是指无线终端具备足够的智能或者认知能力，通过对周围无线环境的历史和当前状况进行检测、分析、学习、推理和规划，利用相应结果调整自己的传输参数，使用最适合的无线资源（包括频率、调制方式、发射功率等）完成无线传输。认知无线电能够帮助用户自动选择最好的、最廉价的服务进行无线传输。甚至能够根据现有的或者即将获得的无线资源延迟或主动发起传送。 由定义可以看出。认知无线电的一个最大优势就是无线用户可以通过该技术实现“频谱共享”。目前大多数频谱已经被划分给不同的许可持有者（又称为首要用户），包括移动通信、应急通信、广播电视等。但是随着用户需求的增长，简单地通过开发新的无线接入技术和使用新的频点已经无法充分满足市场需求。 近年来，很多学者通过监测分析当前无线频谱使用状况发现，虽然大部分频谱已经被分配给不同的用户，但是在相同时间、相同地点频谱的使用却非常有限。常常是大部分频点未被使用，而某些热点频率又处于超负荷运行。美国联邦通信管理委员会（FCC）充分注意到了这一点，于2002年11月出版了频谱政策任务组撰写的一份报告[3]，该报告指出，当前分配的绝大多数频谱的利用率为15%-85%。因此FCC认为当前存在的最主要问题并不是没有频谱可用，而是现有的频谱分配方式导致资源没有被充分利用。只有彻底改变当前固定频谱分配政策，部分甚至全部采用动态频谱分配政策，使多种技术可以实现“频谱共享”，才能

认知无线电原理技术与发展趋势

摘要：认知无线电是指具有自主寻找和使用空闲频谱资源能力的智能无线电技术。认知无线电技术的提出，为解决不断增长的无线通信应用需求与日益紧张的无线频谱资源之间的矛盾提供了一种有效的解决途径。当前，认知无线电技术从理论到实践都面临很多困难。文章简述了认知无线电的基本原理，对认知无线电涉及的射频、频谱感知和数据传输等物理层核心关键技术进行了总结分析，并结合当前的发展状况对该技术未来的发展趋势进行了预测。 关键词：认知无线电；频谱感知；数据传输；网络体系与协议 Abstract: Cognitive Radio (CR) is an intelligent radio technology which has the capability to search and utilize underutilized spectrum resources. CR has been recognized as an effective solution to the dilemma introduced by the rapid growth of wireless communications and the scarcity of spectrum resources. However, from theory to practical applications, there are many challenges faced by CR currently. In this paper, the key physical layer techniques of CR, such as radio frequency front-end, spectrum sensing and data transmission, are discussed. According to the status of the research, the development tendency of this technology is also predicted. Key words: cognitive radio; spectrum sensing; data transmission; network architecture and protocol 随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。因此，人们提出采用认知无线电(CR)技术，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。 这一思想在2003年美国联邦通信委员会(FCC)的《关于修改频谱分配规则的征求意见通知》中得到了充分体现，该通知明确提出采用CR技术作为提高频谱利用率的技术手段。此后，CR技术受到了产业界和学术界的广泛关注，成为了无线通信研究和市场发展的新热点。然而，CR技术从理论到大规模实际应用，还面临很多挑战。这些挑战包括了技术、政策和市场等诸多方面。本文从技术的角度，总结分析CR的基本原理、关键技术，并对将来技术发展趋势进行预测。 1 认知无线电基本原理 1.1 认知无线电的概念与特征 自1999年“软件无线电之父”Joseph Mitola Ⅲ博士首次提出了CR的概念并系统地阐述了CR的基本原理以来，不同的机构和学者从不同的角度给出了CR的定义[1-3]，其中比较有代表性的包括FCC和著名学者Simon Haykin教授的定义。FCC认为：“CR是能够基于对其工作环境的交互改变发射机参数的无线电”[4]。Simon Haykin则从信号处理的角度出发，认为：“CR是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化，以达到以下目的：任何时间任何地点的高度可靠通信；对频谱资源的有效利用。”

软件无线电(software radio)

概要 软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。功能的软件化实现势必要求减少功能单一、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数字化处理（A/D和D/A变换）尽量靠近天线。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件更新改变硬件配置结构，实现新的功能。软件无线电采用标准的、高性能的开放式总线结构，以利于硬件模块的不断升级和扩展。 软件无线电（software radio）在一个开放的公共硬件平台上利用不同可编程的软件方法实现所需要的无线电系统。简称SWR。理想的软件无线电应当是一种全部可软件编程的无线电，并以无线电平台具有最大的灵活性为特征。全部可编程包括可编程射频（RF）波段、信道接入方式和信道调制。 一般说来，SWR就是宽带模数及数模变换器（A/D及D/A）、大量专用/通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Proicesser，DSP）构成尽可能靠近射频天线的一个硬件平台。在硬件平台上尽量利用软件技术来实现无线电的各种功能模块并将功能模块按需要组合成无线电系统。例如：利用宽带模数变换器（Analog Digital Converter，ADC），通过可编程数字滤波器对信道进行分离；利用数字信号处理技术在数字信号处理器（DSP）上通过软件编程实现频段（如短波、超短波等）的选择，完成信息的抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换，实现不同的信道调制方式及选择（如调幅、调频、单边带、跳频和扩频等），实现不同的保密结构、网络协议和控制终端功能等。 在目前的条件下可实现的软件无线电，称做软件定义的无线电（Software Defin ed Radio，SDR）。SDR被认为仅具有中频可编程数字接入能力。 发展历史无线电的技术演化过程是：由模拟电路发展到数字电路；由分立器件发展到集成器件；由小规模集成到超大规模集成器件；由固定集成器件到可编程器件；由单模式、单波段、单功能发展到多模式、多波段、多功能；由各自独立的专用硬件的实现发展到利用通用的硬件平台和个性的编程软件的实现。 20世纪70～80年代，无线电由模拟向数字全面发展，从无编程向可编程发展，由少可编程向中等可编程发展，出现了可编程数字无线电（PDR）。由于无线电系统，特别是移动通信系统的领域的扩大和技术复杂度的不断提高，投入的成本越来越大，硬件系统也越来越庞大。为了克服技术复杂度带来的问题和满足应用多样性的需求，特别是军事通信对宽带技术的需求，提出在通用硬件基础上利用不同软件编程的方法。20世纪80年代初开始的软件无线电的革命，将把无线电的功能和业务从硬件的束缚中解放出来。 1992年5月在美国通信系统会议上，Jeseph Mitola（约瑟夫·米托拉）首次提出了“软件无线电”（Software Radio，SWR）的概念。1995年IEEE通信杂志（Comm unication Magazine）出版了软件无线电专集。当时，涉及软件无线电的计划有军用的SPEAKEASY（易通话），以及为第三代移动通信（3G）开发基于软件的空中接口计划，即灵活可互操作无线电系统与技术（FIRST）。

认知无线电

航天器通信技术的发展和应用课程报告 《认知无线电技术研究》 姓名房鑫 学号 151230124 学院航天学院 专业信息工程 二〇一六年三月 I

摘要 摘要 认知无线电(Cognitive Radio,CR)的概念起源于1999年Joseph Mitola博士的奠基性工作，其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生。随着无线通信技术的发展，一个日益严峻的问题摆在了我们的面前，那就是频谱资源日趋缺乏。但是另一方面，无线频谱资源在空间和时间上存在着不同程度的闲置，于是人们提出了认知无线电技术。认知无线电网络中的用户能感知周围的无线环境，并能择机进入频谱，从而提高了频谱利用率和实现了频谱的灵活分配。 本文主要对认知无线电的动态频谱分配算法进行了研究。频谱的灵活应用要求认知无线电系统能够动态地分配频谱资源，包括要为主用户的出现实现退避和切换功能，因此，频谱分配是能否充分高效利用空闲频谱的关键技术。 本文首先对认知无线电作了简要的介绍，阐述了认知无线电的概念、功能以及发展状况等。然后介绍了认知无线电关键技术及频谱分配方法，并分析了现有算法的优缺点。 关键词：认知无线电，频谱分配，图论着色，用户需求，公平。

1绪论 随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。因此，人们提出采用认知无线电(CR)技术，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。 现在的频谱管理策略是基十静态控制的模型，频谱是固定授权分配的，因此导致了较低的频谱利用率。而认知无线电技术使得次用户对频谱的二次使用成为可能，极大地提高了频谱利用率，被认为是解决频谱缺乏问题的方案之一。本章将对认知无线电技术做一个简单的介绍。 1.1认知无线电的概念与特征 自1999年“软件无线电之父”Joseph MitolaⅢ博士首次提出了CR的概念并系统地阐述了CR的基本原理以来，不同的机构和学者从不同的角度给出了CR的定义，其中比较有代表性的包括FCC和著名学者Simon Haykin教授的定义。FCC认为：“CR是能够基于对其工作环境的交互改变发射机参数的无线电”。Simon Haykin则从信号处理的角度出发，认为：“CR是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化，以达到以下目的：任何时间任何地点的高度可靠通信；对频谱资源的有效利用。” 无线频谱资源在传统的无线通信系统中是固定授权分配的，这样的分配方式有利于保证系统的服务质量(QoS,Quality of Service)，但是也这样的分配方式也导致了频谱利用率的低下[1][2]。FCC(Federal Communications Commissions，美国联邦通信委员会)的一份调查报告表明,分配给授权用户的频段其使用率在不同时间不同地区的波动很大,从15%-85%不等。而认知无线电的正是为了解决这个问题而提出的。 认知无线电的概念是Joseph MitolaⅢ博士于1999年在IEEE Personal Communications杂志上明确提出的[3]，强调软件定义无线电（SDR,Software Defined Radio）是实现CR的理想平台，是对软件无线电的进一步的扩展。Joseph MitolaⅢ博士于2000年在他的博士论文给出了他对认知无线电的定义。他认为：

软件无线电技术

第四代移动通信技术之软件无线电技术 【摘要】软件无线电是目前无线通信领域在固定至移动、模拟至数字之后的最新革命，其正朝着产业化、全球化的方向发展，将在4G系统中得到广泛应用。本文主要研究软件无线电技术对通信传输的改善以及4G系统中软件无线技术的应用特点等。 一、引言 软件无线电提供了一条满足未来个人通信需要的思路。软件无线电突破了传统的无线电台以功能单一、可扩展性差的硬件为核心的设计局限性，强调以开放性的最简硬件为通用平台，尽可能地用可升级、可重配置不同的应用软件来实现各种无线电功能的设计新思路。其中心思想是：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成，并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。 图一、软件无线电原理框图 1 二、简介 软件无线电(SWR)技术是近年来提出的一种实现无线通信的新的体系结构，它的基本概念是把硬件作为无线通信的基本平台，而把尽可能多的无线通信及个人通信功能用软件实现。 1、WLAN与蓝牙融入广域网 近年来各国都在积极进行4G的技术研究，从欧盟的WINNER项目到我国的“FuTURE计划”都是直接面向4G的研究。 日本对4G技术的研究在全球范围内一直处于领先地位，早在2004年，运营商NTTdocomo就进行了1Gbit/s传输速率的试验。目前还没有4G的确切定义，但比较认同的解释是：4G采用全数字技术，支持分组交换，将WLAN、蓝牙技术等局域网技术融入广域网中，具有非对称的和超过100Mbit/s的数据传输能力，同时，因为采用高度分散的IP网络结构，使得终端具有智能和可扩展性。

认知无线电实验

武汉理工大学 现代数字信号处理在前沿学科中的应用实验 认知无线电 学院：信息工程学院 学号：1049731503279 姓名：吴志勇 班级：电子154

实验一认知无线电的开发环境与基础实验入门 一、实验目的 1、掌握Linux系统下的基本操作。 2、了解认知无线电实验平台。 3、掌握GNU Radio软件平台的搭建过程。 4、了解USRP N210设备的检测。 二、系统、硬件配备 一台配有千兆网卡的PC机，ubuntu11.10系统，GNU Radio3.5.0安装包（也可以选择其他带有UHD的GNU Radio版本）。 三、实验流程 GNU Radio的安装主要包括三个部分的安装，准备库的安装、UHD的安装、GNU Radio 的安装，下面将从这三个部分开始介绍。 1、网络连接 在ubuntu下进行网络IP设置，打开命令终端，常用的命令：使用ls命令查看当前路径下文件，使用cd命令进入文件夹。 2、准备库的安装： 在https://www.sodocs.net/doc/421571811.html,/redmine/projects/gnuradio/wiki/UbuntuInstall中，有其安装方法，对应找到我们的ubuntu11.10所需要的准备库内容，利用apt-get来安装。 安装完毕之后可以根据build-guide程序中所提到的库进行验证。 3、UHD的安装 可以到官网上看见很多uhd的版本，我们采用的版本是003.004.000，可以直接从设备所带的光盘中获得（/tmp/uhd/host）: 执行： cd /tmp/uhd/host mkdir build cd build cmake ../ make make test sudo make install 4、GNU Radio的安装 本文以GNU Radio为例，从官网上可以下到gnuradio3.5.0的安装包，我们可以通过安装包中的version.sh文件来查看其版本，选择gnuradio3.5.0来安装。 执行： cd /gnuradio

认知无线电技术介绍

认知网络课程学习报告题目：认知无线电技术简介

目录 1、认知无线电简介………………………………………………………………………………………………………….- 1 - 1.1 技术产生背景...............................................................................................................- 1 - 1.2 基本理念和平台结构....................................................................................................- 2 - 1.3 认知无线电的发展及研究现状....................................................................................- 3 - 2、认知网络关键技术.................................................................................................................- 4 - 2.1 频谱检测技术................................................................................................................- 4 - 2.2 自适应频谱资源分配技术...........................................................................................- 5 - 2.3 认知无线电下的频谱管理............................................................................................- 5 - 3、认知无线电的标准化.............................................................................................................- 6 - 4、认知无线电的应用场景.........................................................................................................- 7 - 5、结语.........................................................................................................................................- 9 - 参考文献.................................................................................................................................... - 10 -

军用软件无线电通信技术发展分析

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/421571811.html, 军用软件无线电通信技术发展分析 作者：王志田 来源：《中国新通信》2016年第24期 【摘要】无线电通信技术能够帮助人们不受地域和时间的限制进行沟通的方式，随着我 国目前社会不断发展，无线电通信技术早就成为了人们生活的一部分，为人们的生活和工作都带来很大的便利条件。同时随着通信技术的发展，一部分的通信产品开发费用上升，并且出现新通信体制同时共存现象，通信系统之间的联系也变得更加复杂和困难。软件无线电逐渐被我军研究和应用，由于它具备了灵活性和通用性的使用特点，所以不仅在商用，在军用无线电通信领域同样起到了重要的作用。本文主要介绍了软件无线电的概念和其中包含的重要技术，以及军用无线电技术的现状和发展趋势。 【关键词】军用软件软件无线电通信技术 软件无线电的概念是1992年被提出来的，它具备了完全的数字化、模块化和全程可编程性，升级系统更加的便捷和可扩充，所以这一概念也同样带动了信息领域的第三次技术变革。软件无线电实现了军用电台还有各个网系之间的互联互通和互相操作，实现了通信系统的升级换代，变得更加经济合理。所以目前更加具备灵活性、开放性和通用型的军用软件无线电通信技术是我们国家部队通信技术研究者要不断研究的课题。 一、软件无线电的概念 软件无线电就是利用硬件建设为无限通新的平台，然后实现无线通信和个人通信功能的软件实现。软件无线电是近些年来才提出的一种概念，可实现无线通信的新体系结构，该结构具备了很强的灵活性和开放型。目前软件无线电具备了很多无线通信体制达不到的优点，所以会有很广泛的应用市场。让无线电通信技术在军事方面能够实现各个军用电台的互联互通，同时能够接入各种各样的军用移动通信网。软件无线电通信技术同样在生活中实现了移动电话通用手机、多频段多种模式的移动电话通用基站、无线局域网以及通用网关软件无线电的领域使用。无线通信产品的价值都体现在了软件上，通过软件来实现通信新系统核心产品的开发，代表了无线电领域从固定发展到了移动，从模拟发展到了数字的第三次信息技术革命。 二、国内软件无线电的技术发展和军事应用现状 我们国家目前针对软件无线电技术的研究还处于初步发展阶段，在某高新科技计划中专门针对高新通信技术制定了“软件无线电技术”的专业研究项目组，充分表示了国家针对这一项目的重视。在我们的现实生活中，软件无线电技术已经成功面向800MHz商用蜂窝移动通信、卫星通信、GPS全球定位系统等领域的应用。

认知无线电研究背景意义与现状

认知无线电研究背景意义与现状 1 认知无线电的产生背景 2 认知无线电的产生 3 认知无线电技术的国内外研究现状 4 认知无线电频谱感知技术的研究意义 5 认知无线电技术研究的主要任务 1 认知无线电的产生背景 随着无线通信技术的飞速发展，无线用户的数量急剧增加，可用频谱资源变得越来越稀缺。当今绝大多数频谱资源都是采用固定的分配模式，由专门的频率管理部门分配给特定的授权用户使用。而对于另外一些非授权用户的通信需求，如无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)、无线个域网(Wireless Personal Area Network，WPAN)等，由于其近几年发展迅速，导致这些网络所工作的非授权频段逐渐趋向饱和。据美国研究结果指出，现有的频谱管理与分配策略是造成频谱资源紧缺的重要原因之一，导致某些网络频谱资源相对较少但其承载的业务量很大，而相当多的已授权的频谱并没得到充分的使用。美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission, FCC)在2002年出版的报告中指出，已分配的频谱利用率为15％～85％，已经分配的3G Hz以下的频谱资源中多达70％未被充分利用。一项中国移动的研究表明，大多数频段利用率不到5%，密集城区一周频段占用度的测试结果显示，占用度较高的频率主要集中 410-954MHz频段，GSM下行频段占用度最高，广播频段、集群系统下行和ISM 频段次之，其他频段的占用度则极低。其中GSM频段资源块的占用度明显高于广播频段。GSM频段占用度大于0.1的资源块约占总数的62%，广播频段占用度大于0.1的约8%。

软件无线电基础实验

实验一软件无线电基础 一、实验目的 熟悉软件无线电实验平台，了解软件无线电平台的软硬件处理通信任务的过程，学会软件无线电的基本设计方法和开发工具软件使用方法。 二、实验内容 用软件无线电实验平台和LabVIEW软件创建一个调频无线接收器；创建一个自定义LabVIEW 用户界面，配置 USRP，用LabVIEW设计无线通信系统原型。 三、实验仪器 1 USRP实验平台一台 2 计算机一台 四、实验原理 1 软件无线电平台原理 无线通信测试创新论坛对软件无线电(SDR) 的定义：“无线电的一些或全部的物理层功能由软件定义。” 软件无线电参考了这样一个技术：在通用硬件平台上运行软件模块，用于实现无线通信功能。结合USRP通用软件无线电硬件和模块化软件的优势，提供了满足多功能需求且灵活性强的快速通信原型平台，适用于物理层设计、算法验证、多标准无线系统、无线信号录制与回放、通信情报等应用。

图 1. 软件无线电平台构架 2 软件无线电实现的数字通信系统 2.1典型的数字通信系统 一个典型的数字通信系统包括：发射机、接收机和通信信道。图3展示了一个数字通信系统的通用组件。放在第一行是发射机，包含信源编码、信道编码、调制、上变频模块。第二行是接收机由下变频、匹配滤波器、均衡器、解调、信道译码和信源译码模块组成。 图2 数字通信系统框图

2.2 NI USRP 无线通信实验系统 图3 NI-USRP 无线实验系统硬件、软件平台 1） NI USRP 硬件平台 图4 NI-USRP 硬件平台前面板 射频信号输入到SMA 连接器，USRP 硬件平台通过直接变频接收机中的混频操作，产 生同相正交（I/Q ）基带信号 ，再经过一个 2通道，速率为100 MS/s 的14位模数转换器 (ADC)采样。然后数字化的 I/Q 数据并行地经过数字下变频（DDC ）过程，混频、滤波，使输入的100MS/s 的信号达到指定速率。32位的下变频采样信号（每对I/Q 各16位），通过标准千兆以太网连接，以高达20MS/s 的速度传给主机。

认知无线电定义

2003年，美国联邦通信委员会(FCC)给出了认知无线电的狭义定义， 即认知无线电是指能够通过与工作环境交互，改变发射机参数的无线 电设备，其主体可能是软件无线电，但既没有软件也没有现场可编程 的要求。 就广义而言，认知无线电以灵活、智能、可重配置为显著特征，通过 感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，有目的地实时改 变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部 状态适应接收到的无线信号的统计变化，从而实现任何时间、任何地 点的高可靠通信，以及对异构网络环境下有限的无线频谱资源进行高 效地利用。 随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率 的要求越来越高，对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用 于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的瓶颈；另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间 上存在不同程度的闲置a因此，人们提出采用认知无线电(cR)技术， 通过从时间和空间上充分利用这些空闲的频谱资源，从而有效解决上 述难题。认知无线电的主要出发点就是使无线用户之间实现频谱资源 共享。 认知无线电应该具备以下主要特征： (1)认知能力。认知能力使认知无线电能够从其工作的无线环境中捕获或者感知信息，从而可以标识特定时间和空间的未使用频谱资源(也称为频谱空洞)，并选择最适当的频谱和工作参数. (2)重构能力。重构能力使得认知无线电设备可以根据无线环境动态编程，从而允许认知无线电设备采用不同的无线传输技术收发数据。可 以重构的参数包括：工作频率、调制方式、发射功率和通信协议等。 重构的核心思想是在不对频谱授权用户产生有害干扰的前提下，利用 授权系统的空闲频谱提供可靠的通信服务。一旦该频段被频谱授权用 户使用，认知无线电有两种应对方式：一是切换到其他空闲频段通信；二是继续使用该频段，但改变发射频率或者调制方案避免对频谱授权 用户的有害干扰。

软件无线电技术简介及特点应用

软件无线电技术简介及特点应用 发表时间：2019-09-10T10:31:29.547Z 来源：《科学与技术》2019年第08期作者：刘建新[导读] 软件无线电技术的出现是通信领域继摸拟通信到数字通信，固定通信到移动通信之后第三次革命。 海南三亚92823部队 软件无线电技术，顾名思义是用现代化软件来操纵、控制传统的"纯硬件电路"的无线通信。软件无线电技术的重要价值在于:传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台，而许多的通信功能则是由软件来实现，打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。软件无线电技术的出现是通信领域继摸拟通信到数字通信，固定通信到移动通信之后第三次革命。 1.起源 软件无线电最初起源于军事通信。军用电台一般是根据某种特定用途设计的，功能单一。虽然有些电台基本结构相似，但其信号特点差异很大，例如工作频段、调制方式、波形结构、通信协议、编码方式或加密方式不同。这些差异极大地限制了不同电台之间的互通性，给协同作战带来困难。同样，民用通信也存在互通性问题，如现有移动通信系统的制式、频率各不相同，不能互通和兼容，给人们从事跨国经商、旅游等活动带来极大不便。为解决无线通信的互通性问题，各国军方进行了积极探索。完整的软件无线电 (Software Definition Radio)概念和结构体系是由美国的Joe.Mitola首次于1992年5月明确提出的。其基本思想是 :将宽带A/D 变换尽可能地靠近射频天线 ,即尽可能早地将接收到的模拟信号数字化 ,最大程度地通过软件来实现电台的各种功能。通过运行不同的算法 ,软件无线电可以实时地配置信号波形 ,使其能够提供各种语音编码、信道调制、载波频率、加密算法等无线电通信业务。软件无线电台不仅可与现有的其它电台进行通信 ,还能在两种不同的电台系统间充当“无线电网关”的作用 ,使两者能够互通互连。 软件无线电充分利用嵌入通信设备里的单片微机和专用芯片的可编程能力 ,提供一种通用的无线电台硬件平台 ,这样既能保持无线电台硬件结构的简单化 ,又能解决由于拥有电台类型、性能不同带来的无线电联系的困难。 2.软件无线电台的功能结构 图1给出了典型的软件无线电系统的结构简图 ,包括天线、多频段射频变换器、含有A/D 和D/A变换器的芯片以及片上通用处理器和存储器等部件 ,可以有效地实现无线电台功能及其所需的接口功能。 其关键思想以及与传统结构的主要区别在于 : (1)将A/D 和D/A向RF端靠近 ,由基带到中频对整个系统频带进行采样。 (2)用高速DSP/CPU代替传统的专用数字电路与低速DSP/CPU做A/D 后的一系列处理。A/D 和D/A移向RF端只为软件无线电的实现提供了必不可少的条件 ,而真正关键的步骤是采用通用的可编程能力强的器件 (DSP和CPU等 )代替专用的数字电路 ,由此带来的一系列好处才是软件无线电的真正目的所在。 典型的软件无线电台的工作模块主要包括实时信道处理、环境管理以及在线和离线的软件工具三部分。 1)实时信道处理 实时信道处理包括天线、射频变换、A/D 和D/A变换器、中频处理、基带与比特流处理及信源编码。其中射频变换包括输出功率的产生、前置放大、射频信号变换为标准中频或由标准中频变换为射频信号 ,以适应宽带A/D和D/A变换。中频处理部分变换调制基带和中频之间的发射和接收信号。比特流部分数字复用由多个用户产生的信源编码比特流 ,而且相反的使它们成帧或多路分解。还提供信令、控制和操作、管理和维护功能。实时信道处理部分最合适的结构是多指令多数据 (MIMD)多处理器的结构 ,即将多处理器组成一个流水线 ,来实现模块分配给内部连接在一起的各个处理器的不同的功能序列。 2)环境管理 在准实时环境管理模块中持续地使用频率、时间和空间特征来表征无线电环境 ,这些特征包括信道识别和估计其它参数。环境管理模块使用操作的块结构很容易用一台MIMD并行处理器来实现。这种高度的并行环境管理模块和流水线工作方式的实时信道处理模块之间的接口必须使环境管理的参数和信道处理模块同步。 3)在线和离线的软件工具