【正文】 ，此頻帶可以被其他用戶使用。近年來，通信界普遍認識到，靜態(tài) 頻帶分配是造成當(dāng)前頻譜資源日趨缺乏的一個主要原因。 OFDM。實現(xiàn)了 OFDM 導(dǎo)頻輔助信道估計算法， 算法能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計的時序 和傳輸質(zhì)量要求。之后對如何提高系統(tǒng)有效數(shù)據(jù)率作了討論，列出了實現(xiàn)過程中所能達到的技術(shù)參數(shù)。 論文首先介紹了認知無線電 實驗 系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，總體結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)。 論 文主要完成了 第二版 認知無線電 實驗 系統(tǒng) 中的 基帶和中頻 部分 的軟件設(shè)計，實現(xiàn)了基于 OFDM 的無線通信 功能 ， 并 在實驗 系統(tǒng) 中實現(xiàn)了 OFDM 導(dǎo)頻輔助的 信道估計 算法 。然后介紹了 DSP 片內(nèi)外設(shè)的配置情況以及一些初始化配置。 論文提到的認知無線電實驗終端 軟件 設(shè)計 已完成并調(diào)試成功，系統(tǒng)能夠正常工作。 西安交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 ABSTRACT III Title: Software Design of Cognitive Radio Experimental Terminal and Implementation of OFDM PSAM Channel Estimation Speciality: Information and Communication Engineering Applicant: Kun Niu Supervisor: Associate Prof. Xinmin Luo ABSTRACT? Cognitive Radio is a smart technology used to improve the utilization of spectrum order to verify not only the theory of Cognitive Radio technology, but also the etiquette and protocol of Cognitive Radio, we designed a new cognitive radio experimental system.. This thesis mainly focuses on software design of the baseband and IF of the receiving module,the implementation of wireless munication of the second edition CR experimental system and the implementation of OFDM channel estimation based on the second edition CR experimental system. The content of the thesis can be summarized as follows:Firstly,design object,total stucture,and parameters of CR experimental system were ,the software configuration of IF devices was introduced,then the thesis analysized the reasons of spectrum flip,subcarrier mirror, highfrequency attenuation of design of interfaces between modules of baseband and IF,such as the interface between receiving module and sync module,the interface beween DSP and sync module and the interface between DSP and decoding module,was these interfaces data can be transmitted the configuration of DSP was the thesis discussed how to improve the data , on the basis of the introduction of mon OFDM PSAM channel estimation,the thesis introduced an implementation method of channel estimation for the CR experimental system and pleted the DSP implementation of the algorithm. The time and space plexity of the algorithm was result is that the algorithm can meet the timing the closedloop test program,the BER was tested and result is that the method can match the transmission quality requirements of the system. Software design of CR terminal has already been system can work implementation has already been finished too,and the conclusion that the algorithm can match the timing and quality requirements of the system is made. KEY WORDS: Cognitive radio experimental system。目前世界各國采用的是基于靜態(tài)頻帶分配的原則和方案?！笔聦嵈_實如此，如果審視各類地域的頻譜占用率，將會發(fā)現(xiàn)一些頻帶在絕大多數(shù)時間是未被占據(jù)的；一些頻帶是部分時間被占據(jù)的；而另外一些頻帶則是被密集使用的 [2]。 認知無線電技術(shù)相應(yīng)的被認為是未來探索頻譜空穴特性、高效利用無線頻譜的主要手段。信道估計的目的就是估計出信道的時域或頻域響應(yīng)，對接收到的數(shù)據(jù)進行校正 和恢復(fù)，以獲得相干檢測的性能增益，并提高數(shù)據(jù)傳輸速率。這被認為最終會演進成一個擴展的軟件無線電平臺 —— 一個能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)或（和）用戶要求完全重新配置通信功能、參數(shù)的無線黑盒子。然而，各國的無線電法規(guī)制定部門，比如美國聯(lián)邦通信委員會（ FCC）發(fā)現(xiàn)無線頻譜資源并沒有得到充分利用 [7,8]。盡管固定頻譜分配政策在過去很有效，但在最近幾年，無線業(yè)務(wù)急劇增長，對有限的頻譜的需求也隨之劇增，這就挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)頻譜政策的有效性。這樣一種無線通信也被稱作認知無線電。認知無線電系統(tǒng)中的認知無線電用戶可以根據(jù)獲取的頻譜使用情況智能的改變所使用的頻譜資源，從而可以大大提高頻譜利用率。 Oliver Holland 等人提出了資源感知信道的概念（ Resource Awareness Channel,RAC） [9]。 目前國際上對認知無線電研究大多基于 Fatih Capar 等人給出的一種簡單，容易實1 緒論 3 現(xiàn)的認知無線電的定義 [10]，即認知無線電用戶可以檢測出某個頻段的授權(quán)用戶是否正在發(fā)射信號，如果有則認為有授權(quán)用戶在使用該頻段，如果沒有則認為可以利用這個頻段來進行通信；同時認知無線電用戶還必須保證，在它使用授權(quán)頻段的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)授權(quán)用戶重新開始工作，則能夠立即停止對該頻段的使用，對授權(quán)用戶產(chǎn)生盡可能小的干擾。 然而要想完全實現(xiàn) OFDM 技術(shù)所帶來的性能的提高，還需進行相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)，而信道估計就是其中之一。 本文研究的主要工作和結(jié) 構(gòu)安排 本文是在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（“ 863”計劃）（編號： AA123910）的資助下完成的。 2） 在 學(xué)習(xí)軟件無線電相關(guān)知識 并閱讀上 /下變頻和 D/A 等 中頻器件手冊 的基礎(chǔ)上 ，完成了 DSP 對相關(guān)中頻器件 的 軟件 配置，實現(xiàn)了 DSP 通過 FPGA 與中頻器件正常數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計了適 用 于實驗系統(tǒng)的信道估計方案， 然后 編寫 DSP 程序 實現(xiàn)了 數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹? 頻對接和 射頻 對接 ，完成 了 OFDM 頻偏糾正及 信道估計等相關(guān)算法的實現(xiàn) 。 第三章，認知無線電系統(tǒng)中頻和基帶模塊的軟件設(shè)計，介紹了中頻器件的配置，和調(diào)試中出現(xiàn)的問題及相應(yīng)的解決方案；然后介紹了基帶和各中頻模塊的接口設(shè)計和DSP 的 片內(nèi)外設(shè)的配置；最后分析了實際應(yīng)用中對有效數(shù)據(jù)率的影響因素。 Equation Chapter (Next) Section 1 2 認知無線電系統(tǒng)概述 5 2 認知無線電系統(tǒng)概述 認知無線電系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo) 實驗系統(tǒng)的初步目標(biāo)是能夠在一定距離內(nèi)利用空閑電視頻道建立起來點對點的無線通信，通信終端具有感知電視信號的出現(xiàn)和存在，及時切換到新的空閑頻道保持通信的能力，能夠驗證認知無線電智能、動態(tài)頻譜管理特性。 認知無線電實驗系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 認知無線電實驗系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 本實驗系統(tǒng)采用 有中心控制 節(jié)點 的分布式 AdHoc 網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)。 認知無線電 實驗 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)如 圖 21 所示。在通信之前，主叫認知無線電終端會首先向 中心控制節(jié)點 申請一個可用的電視頻段，作為通信信道，然后在通信信道上與被叫認知無線電終端進行通信；當(dāng)在通信過程中，發(fā)現(xiàn)授權(quán)用戶出現(xiàn)，則會切換到控制信道重新建立通信。 各層功能如下 ： A / D / ACR策略其他天線 amp。 認知無線電 實驗系統(tǒng)參數(shù) 實驗平臺的中頻模擬信號的中心頻率是 36MHz，實驗 系統(tǒng)設(shè)計帶寬 為 ，采用帶通采樣，采樣率為 。 4)射頻捷變頻模塊輸出，頻率范圍為 614MHz～ 734MHz，信號帶寬為 。 8)數(shù)字下變頻輸入（ ADC 輸出），數(shù)字實信號，數(shù)據(jù)率為 ，位寬為 12bits。為了保證此實驗平臺的通用性，項目組利用軟件無線電的思想對其進行設(shè)計，這樣就可以在不改變硬件結(jié)構(gòu)的情況下，利用軟件編程實現(xiàn)不同的理論成果及相關(guān)算法。在 DSP 初始化 時 必須要根據(jù)設(shè)計需要對 使用到的 片內(nèi)外設(shè)進行配置，以使其按照設(shè)計要求工作。 下面對 AD9857 作簡單介紹： 西安交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 10 圖 31 發(fā)送 模塊 基帶和中頻結(jié)構(gòu)圖 1） AD9857 簡介 AD9857 是 AD公司采用多項先進的數(shù)字技術(shù)生產(chǎn)的具有高集成度的高性能正交數(shù)字上變頻器，它內(nèi)部集成了直接數(shù)字頻率合成器（ DDS）、正交數(shù)字上變頻器、倍頻電路、多種數(shù)字濾波器、 14 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及調(diào)制和控制電路，使其能夠在單片上完成單頻輸出、頻率調(diào)制、相位調(diào)制、幅度調(diào)制以及 IQ 正交調(diào)制等多種功能，廣泛應(yīng)用于通信和雷達領(lǐng)域。下面對 AD9857 的三種工作模式做簡單介紹： （ 1） 正交調(diào)制模式 在正交調(diào)制模式下， I 和 Q 數(shù)據(jù)路徑都是可用的。這些都是在數(shù)字域內(nèi)發(fā)生的，而且只有數(shù)字的數(shù)據(jù)流允許加到 14 位 DAC，最后產(chǎn)生正交調(diào)制模擬信號。然后單頻信號輸出，提供給反 SINC 濾波器和輸出幅度控制器，最后，數(shù)字單頻信號通過 14 位 DAC轉(zhuǎn)化成模擬信號。這是因為相對于正交調(diào)制模式時的交叉 I/Q形式，在該模式下只有 I 路數(shù)據(jù)送往并口。 C6000 系列 DSP 的 McBSP 基本功能包括全雙工串行通信；雙緩沖數(shù)據(jù)寄存器，允許連續(xù)數(shù)據(jù)流；收發(fā)獨立的幀同步和時鐘信號；數(shù)據(jù)傳輸可以利用外部時鐘或片內(nèi)的可編 程 時鐘 等。如 圖 32CLKX 為時鐘信號， FSX 為從設(shè)備使能信號， DX 和 DR 分別為數(shù)據(jù)輸出和輸入信號。下面對寄存器關(guān)鍵比特位的配置作簡單介紹： 設(shè)置寄存器 00h 的 Bit4Bit0 為 4，這樣 AD9857 內(nèi)部時鐘將 由 的 REFCLK 引腳時鐘倍頻為 ，所有 AD9857 內(nèi)部模塊的時鐘都由此 的時鐘 SYSCLK 提供。寄存器 01h 的 Bit1Bit0控制工作模式，配為 0，表示工作在正交調(diào)制模式。反 CIC 濾波器用于預(yù)先補償 CIC（積分梳狀濾波器）的幅度衰減，因此寄存器 06h 的 Bit0 位要設(shè)為 0，以使能反 CIC 濾波器。 0 10 20 30 40 50 6000 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 41 . 61 . 82x 1 04 (a) (b) (a)接收端數(shù)據(jù)幅頻圖 (b)發(fā)送端中頻模擬信號頻譜圖 圖 34 頻譜鏡像接收端和發(fā)送端的頻譜特性 （ 2） 問題分析 在中頻，將輸出的中頻信號通過 SMA 線連到頻譜分析儀觀察輸出頻譜特性， 如 圖 34 (b)所示， 可以看出在發(fā)送端中頻輸出之后的信號的頻譜幅度隨著子載波號的增加幅西安交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 14 度衰減而且會產(chǎn)生鏡像，因此，確定問題出在發(fā)送端中頻器件這里。 另外， AD9857 的固定 4 倍內(nèi)插模塊是通過兩個半帶濾波器實現(xiàn)的，原始數(shù)據(jù)通過此模塊后即被 4 倍過采樣。所以通過上述對級聯(lián)半帶濾波器傳輸特性的分析，為了使幅度錯誤不超過 1dB，輸入信號的帶寬不能超過奈奎斯特頻率的 90%。如果不預(yù)先對數(shù)據(jù)過采樣，邊帶會產(chǎn)生 6dB 甚至更多的