[發明專利]基于USRP的動態頻譜管理半實物仿真實驗系統及實驗方法

在審

• 申請號: 201410679405.2
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN104363596A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 陳勇;曹龍;邵震洪;張建照;趙杭生;吳昊
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍總參謀部第六十三研究所
• 主分類號: H04W16/10
• 分類號: H04W16/10;H04B17/382
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一技術領域

本發明涉及動態頻譜管理實驗系統，特別是涉及一種基于USRP的動態頻譜管理半實物仿真實驗系統及實驗方法。屬于電磁頻譜管理領域。

二背景技術

隨著信息產業革命的深入推進，無線網絡已經成為現代社會的重要基礎設施，網絡流量和用戶數量迅猛增長，新的無線網絡技術和業務不斷出現，而無線通信依賴最重要的資源是頻譜。目前的頻譜管理采用固定的分配模式：將大部分頻段作為授權頻段，在這些頻段頒發牌照(牌照包括頻段、地理位置和允許的工作參量等)給授權用戶，并授予這些用戶在給定區域內對該頻段的長期絕對排他使用權；同時，保留一些非授權頻段允許非授權競爭使用。在這種模式下，可分配的授權頻段已經面臨枯竭，而其中大部分頻譜的利用率很低；非授權頻段中，無線Mesh網絡、WiFi熱點、無線傳感器網絡和移動Ad?Hoc網絡數量快速增長，頻段越來越擁擠。因此，頻譜稀缺和已分配頻譜利用率不足的矛盾凸現。

在這種情況下，動態頻譜管理的概念迅速被研究人員所接受，對頻譜資源實行動態管理，改變了以往固定分配頻譜的方式和獨占式的頻譜使用權，提高了頻譜利用率。認知無線電網絡中的動態頻譜分配算法、頻譜感知算法和動態頻譜接入算法等關鍵技術已經成為近年來的研究熱點。但是目前為止對這些算法的驗證僅僅局限于軟件仿真工具，脫離實際的頻譜環境和用頻需求，因此缺乏直觀的仿真效果和較強的說服力。

三發明內容

本發明的主要目的在于克服軟件仿真工具所存在的上述缺點，提供一種基于USRP的動態頻譜管理半實物仿真實驗系統及實驗方法，用來真實、可靠、直觀地評價動態頻譜管理方式的效果；同時，也可以對比不同動態頻譜分配、頻譜感知和動態頻譜接入等算法的優劣。

本發明的目的是由以下技術方案實現的：

一種基于USRP的動態頻譜管理半實物仿真實驗系統，其特征在于：包括頻譜管理中心、動態頻譜接入網絡和認知用戶，頻譜管理中心和認知用戶通過無線通信接入本地動態頻譜接入網絡。

所述的認知用戶由計算機、USRP和天線組成，計算機對將要發送的業務數據或控制指令進行調制后得到基帶數據流，通過USB?2.0傳送給USRP，USRP對基帶數據流進行處理后得到射頻信號，最后通過發送天線進行發送。

USRP通過接收天線接收射頻信號，對射頻信號進行處理后得到基帶數據流，進而將基帶數據流通過USB?2.0傳送到計算機內，計算機進行解調后得到業務數據或控制指令；USRP能夠根據收到的控制指令自動地修改自己的工作參數。

一種基于USRP的動態頻譜管理半實物仿真實驗方法，其特征在于：采用以下具體步驟：

第一步，根據仿真任務，利用Python語言編寫頻譜管理中心軟件包括主界面、頻譜感知子模塊、頻譜政策管理子模塊、頻譜分配子模塊和頻譜監測子模塊等。

第二步，頻譜管理中心利用頻譜感知子模塊對本地頻譜環境周期性地進行感知；

第三步，頻譜管理中心根據頻譜政策管理子模塊中的信息和感知結果確定本網的可用頻譜資源；

第四步，動態頻譜接入網絡中的認知用戶向頻譜管理中心發出用頻請求，如果頻譜資源采用“固定靜態分配”方式，則頻譜管理中心利用頻譜分配子模塊進行固定靜態分配，通過USRP向各認知用戶發送分配結果，認知用戶接收到該結果后自動配置本地USRP的工作參數，并且一直采用該參數進行通信；

第五步，如果頻譜資源采用“動態分配”方式，則頻譜管理中心利用頻譜分配子模塊進行動態分配，通過USRP向各認知用戶發送分配結果，認知用戶接收到后自動配置本地USRP的工作參數，當本網可用頻譜資源或用頻需求發生改變時重復上述步驟；

第六步，頻譜監測子模塊可以利用USRP模擬頻譜儀對頻譜資源進行監測，分析網絡的吞吐量和QoS等指標，對本次仿真進行評估。

本發明的有益效果：本發明可以在仿真環境下對動態頻譜管理方式進行模擬，對實現動態頻譜管理所涉及的關鍵子模塊(算法)進行測試，對網絡的性能進行評估。所有的測試環境均從真實的環境中得到，實驗結果更加直觀并且具有說服力，降低了開發所需的時間和成本，對實現動態頻譜管理具有很好的促進作用。

四附圖說明

圖1為本發明的構成原理示意圖。

圖2為USRP實物圖。

圖3為認知用戶結構框圖。

圖4為頻譜管理中心軟件。

圖5為認知用戶子界面。

五具體實施方式