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认知无线电(CognitiveRadio,CR)被视为无线通信领域最有前途的发展方向之一,该技术将从根本上解决了现有的频率紧缺问题。频谱感知作为认知无线电的关键技术吸引了越来越多的研究组织和学者的注意。但是这些研究在实际应用方面仍然有一定的局限性。与此同时,无线接入研究平台(WirelessAccessResearchPlatform,WARP)作为一个基于软件定义无线电的设计平台,在实用性上有了很大的突破并参与了众多研究组织和大学的通信研究项目。如何在WARP板上硬件实现频谱实时检测是一个十分值得研究的问题。
本论文的目标是在WARP板上设计实时频谱检测系统。通过检测的速度和精确度来测量判断检测系统的合理性和有效性。同时,频谱感知设计需要考虑设计实现的难度,一些复杂的检测方法虽然可以获得较高的检测质量,但硬件耗费较大。本设计综合考虑了以上的因素,具有一定的检测速度、检测精确度、抗干扰等要求,在WARP平台下实现,并可以应用于感知无线电的进一步研究。
本论文的工作主要包括以下的几个部分:首先结合文献对主要的频谱感知方法进行分析,对频谱感知技术中的几种重要频谱感知方法的优缺点进行比较。然后,在对能量感知检测算法、匹配滤波检测算法和循环平稳特性检测算法进行分析的基础上,在MATLAB上对这些算法进行仿真并比较三种检测方法的性能。其次,在SystemGenerator中分别设计包括能量感知检测,匹配滤波检测和幅度感知检测这三种检测方法的检测部分,在分析WARP板的参考设计的基础上将检测部分嵌入到整个实时通信的环境中,同时完成实时检测的硬件实现过程中所需要的辅助设计。接下来,通过软件XilinxPlatformStudio(XPS)将SystemGenerator中生成的Pcores与基于C语言的软件平台相结合,使设计在WARP板上能够正确运行。最后,对设计的可行性进行测试,并对几种检测方法的实时检测性能进行比较分析。为了能够直接比较不同检测算法的性能,系统将三种检测方式结合成一个整体,通过C语言控制选择不同的检测方法以适合不同的通信环境。测试结果验证了检测系统具有较高的正确率和抗干扰性,符合设计目标。