圖1: 運(yùn)行模式下的圖形化用戶界面
"NI USRP設(shè)備和LabVIEW軟件之間的無縫集成，以及創(chuàng)建直觀的用戶界面來展示此項(xiàng)研究可幫助其他工程師和政策制定者更深入、更全面地了解該項(xiàng)目。"
- Paulo Marques, COGEU
挑戰(zhàn):
證明有限的無線電頻譜源能夠成功地以較低的成本被主要和次要用戶所采用。
解決方案:
借助NI LabVIEW軟件和NI USRP™ (通用軟件無線電外設(shè))硬件創(chuàng)建靈活的實(shí)時(shí)測試平臺(tái)，開發(fā)將頻譜感應(yīng)和地理定位數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的跨平臺(tái)認(rèn)知無線電演示儀，演示有效的頻譜重用。
作者:
Paulo Marques - COGEU
滿足今天的數(shù)據(jù)消耗需求
作為歐洲委員會(huì)第七框架計(jì)劃的一部分，來自八個(gè)歐盟國家的研究人員組成了COGEU項(xiàng)目小組，專門研究認(rèn)知無線電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全歐洲有效共享空白電視信號(hào)頻段(TV white spaces,TVWS)。最終通過頻譜重用來降低無線連接的成本，滿足人們對高數(shù)據(jù)速率無線設(shè)備日益增長的需求。COGEU小組正致力于將頻譜重用這一概念從理念過渡到仿真再過渡到真實(shí)原型，最終實(shí)現(xiàn)從經(jīng)濟(jì)性上影響公共政策這一目標(biāo)。
實(shí)際算法原型
對于電視頻譜，主用戶傳輸有兩種類型：廣播電視和節(jié)目制作和特殊事件(PMSE)設(shè)備。廣播塔的位置已知，且覆蓋電視傳輸塔（復(fù)用器）附近的某個(gè)特定地理區(qū)域（稱為排除區(qū)域）。COGEU與德國廣播公司攜手合作為慕尼黑地區(qū)開發(fā)并推廣了一個(gè)TVWS地理定位數(shù)據(jù)庫，該地區(qū)對商業(yè)數(shù)字電視接收機(jī)實(shí)行真實(shí)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。地理定位數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)了每個(gè)地理像素的空白電視頻道列表；但是，許多PESE應(yīng)用(如無線麥克風(fēng))占用了這些電視頻道，且這些應(yīng)用的時(shí)間、頻率和位置是無法預(yù)測的。這些行為增加了探索可用于其他應(yīng)用的有價(jià)值電視頻段的難度。這是因?yàn)镻MSE系統(tǒng)并沒有標(biāo)準(zhǔn)的波形，因此在事先不知道任何信號(hào)信息的情況下就需要采用盲檢技術(shù)來確定PMSE設(shè)備的存在。
COGEU平臺(tái)演示儀采用本地PMSE感應(yīng)來交叉檢查TVWS地理位置數(shù)據(jù)庫的信息。接著，研究人員通過仿真確定了協(xié)方差絕對值(covariance absolute value, CAV)法和聯(lián)合能量盲檢(blindly combined energy detection, BCED)這兩種方法比其他形式的PMSE檢測方法具有更出色的性能。COGEU原型中集成了PMSE感應(yīng)算法。真實(shí)場景實(shí)驗(yàn)表明，CAV和BCED算法在評(píng)估來自更高級(jí)檢測算法的增益上比標(biāo)準(zhǔn)能量檢測(ED)算法效果更好。此方法可在瑞利通道中感應(yīng)信噪比為-17 dB的PMSE信號(hào)，感應(yīng)時(shí)間為100毫秒，檢測率達(dá)90%，錯(cuò)誤警報(bào)率為10%。
系統(tǒng)安裝
我們在此項(xiàng)目中采用圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，通過LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件將GPS地理定位接收機(jī)、處理認(rèn)知無線電的NI USPR設(shè)備、與地理定位數(shù)據(jù)庫的互聯(lián)網(wǎng)連接和GUI（圖形化用戶界面）集成在一起。NI USRP設(shè)備和LabVIEW軟件之間的無縫集成，以及創(chuàng)建直觀的UI來展示此項(xiàng)研究可幫助其他工程師和政策制定者更深入、更全面地理解該項(xiàng)目。
直到現(xiàn)在，基于USRP軟件定義無線電的認(rèn)知無線電傳感技術(shù)仍是通過GNU無線電開放源軟件來實(shí)現(xiàn)。COGEU系統(tǒng)需要集成不同的技術(shù)和協(xié)議，如在線訪問TVWS地理定位數(shù)據(jù)庫，這使得LabVIEW成為該系統(tǒng)原型開發(fā)和概念驗(yàn)證演示的理想平臺(tái)。在此項(xiàng)目中，我們用到LabVIEW的很多功能，包括數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號(hào)處理、NI USRP軟件驅(qū)動(dòng)程序以及連接和數(shù)據(jù)通信工具。感應(yīng)平臺(tái)由NI USRP、GPS接收機(jī)和安裝LabVIEW的上位機(jī)組成。NI USRP-2920配置提供了從50 MHz到2.2 GHz的可調(diào)射頻。上位機(jī)是一款安裝Windows操作系統(tǒng)、無線訪問網(wǎng)絡(luò)的便攜式計(jì)算機(jī)，通過兆位以太網(wǎng)鏈接至NI USRP無線電。GPS設(shè)備通過藍(lán)牙連接至上位機(jī)。同時(shí)還采用了商業(yè)可調(diào)FM無線麥克風(fēng)。
結(jié)論
LabVIEW和NI USRP硬件平臺(tái)是此科研項(xiàng)目的主要工具。該平臺(tái)幫助科研小組快速開發(fā)了第一個(gè)此類測試臺(tái)的原型，并成功進(jìn)行部署。更長遠(yuǎn)來說，這些演示將隨著更多高級(jí)功能的出現(xiàn)進(jìn)行更新，比如在單個(gè)電視頻道檢測多個(gè)PMSE設(shè)備、自動(dòng)頻譜整形和頻譜整合等，在保護(hù)電視和PMSE用戶的同時(shí)更有效地利用空白電視頻道。
參考文獻(xiàn)：
Rogério Dionísio, José Ribeiro, Jorge Ribeiro, Paulo Marques, Jonathan Rodriguez, “Cross-platform Demonstrator Combining Spectrum Sensing and a Geo-location Database,” Future Networks and Mobile Summit, 4 - 6 July 2012, Berlin, Germany (to appear in the conference proceedings)
COGEU在線地理定位數(shù)據(jù)庫：http://projectos.est.ipcb.pt/cogeu2/cogeu_novo.php