基于USRP的动态频谱管理半实物仿真实验系统及实验方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于USRP的动态频谱管理半实物仿真实验系统及实验方法，该半实物仿真实验系统包括频谱管理中心、动态频谱接入网络和认知用户，认知用户由计算机、USRP和天线组成。方法是认知用户向频谱管理中心进行用频请求，频谱管理中心根据本地的频谱资源和用频情况进行频谱分配，通过USRP向各认知用户发送分配结果。本发明专利技术能够实现动态频谱管理，有效地利用空闲频谱和提高频谱利用率，并且能够验证动态频谱管理所涉及的关键子模块(算法)，降低了开发所需的时间和成本，对实现动态频谱管理具有很好的促进作用。

【技术实现步骤摘要】
一
本专利技术涉及动态频谱管理实验系统，特别是涉及一种基于USRP的动态频谱管理半实物仿真实验系统及实验方法。属于电磁频谱管理领域。二
技术介绍
随着信息产业革命的深入推进，无线网络已经成为现代社会的重要基础设施，网络流量和用户数量迅猛增长，新的无线网络技术和业务不断出现，而无线通信依赖最重要的资源是频谱。目前的频谱管理采用固定的分配模式：将大部分频段作为授权频段，在这些频段颁发牌照(牌照包括频段、地理位置和允许的工作参量等)给授权用户，并授予这些用户在给定区域内对该频段的长期绝对排他使用权；同时，保留一些非授权频段允许非授权竞争使用。在这种模式下，可分配的授权频段已经面临枯竭，而其中大部分频谱的利用率很低；非授权频段中，无线Mesh网络、WiFi热点、无线传感器网络和移动Ad Hoc网络数量快速增长，频段越来越拥挤。因此，频谱稀缺和已分配频谱利用率不足的矛盾凸现。在这种情况下，动态频谱管理的概念迅速被研究人员所接受，对频谱资源实行动态管理，改变了以往固定分配频谱的方式和独占式的频谱使用权，提高了频谱利用率。认知无线电网络中的动态频谱分配算法、频谱感知算法和动态频谱接入算法等关键技术已经成为近年来的研究热点。但是目前为止对这些算法的验证仅仅局限于软件仿真工具，脱离实际的频谱环境和用频需求，因此缺乏直观的仿真效果和较强的说服力。三
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服软件仿真工具所存在的上述缺点，提供一种基于USRP的动态频谱管理半实物仿真实验系统及实验方法，用来真实、可靠、直观地评价动态频谱管理方式的效果；同时，也可以对比不同动态频谱分配、频谱感知和动态频谱接入等算法的优劣。本专利技术的目的是由以下技术方案实现的：一种基于USRP的动态频谱管理半实物仿真实验系统，其特征在于：包括频谱管理中心、动态频谱接入网络和认知用户，频谱管理中心和认知用户通过无线通信接入本地动态频谱接入网络。所述的认知用户由计算机、USRP和天线组成，计算机对将要发送的业务数据或控制指令进行调制后得到基带数据流，通过USB 2.0传送给USRP，USRP对基带数据流进行处理后得到射频信号，最后通过发送天线进行发送。USRP通过接收天线接收射频信号，对射频信号进行处理后得到基带数据流，进而将基带数据流通过USB 2.0传送到计算机内，计算机进行解调后得到业务数据或控制指令；USRP能够根据收到的控制指令自动地修改自己的工作参数。一种基于USRP的动态频谱管理半实物仿真实验方法，其特征在于：采用以下具体步骤：第一步，根据仿真任务，利用Python语言编写频谱管理中心软件包括主界面、频谱感知子模块、频谱政策管理子模块、频谱分配子模块和频谱监测子模块等。第二步，频谱管理中心利用频谱感知子模块对本地频谱环境周期性地进行感知；第三步，频谱管理中心根据频谱政策管理子模块中的信息和感知结果确定本网的可用频谱资源；第四步，动态频谱接入网络中的认知用户向频谱管理中心发出用频请求，如果频谱资源采用“固定静态分配”方式，则频谱管理中心利用频谱分配子模块进行固定静态分配，通过USRP向各认知用户发送分配结果，认知用户接收到该结果后自动配置本地USRP的工作参数，并且一直采用该参数进行通信；第五步，如果频谱资源采用“动态分配”方式，则频谱管理中心利用频谱分配子模块进行动态分配，通过USRP向各认知用户发送分配结果，认知用户接收到后自动配置本地USRP的工作参数，当本网可用频谱资源或用频需求发生改变时重复上述步骤；第六步，频谱监测子模块可以利用USRP模拟频谱仪对频谱资源进行监测，分析网络的吞吐量和QoS等指标，对本次仿真进行评估。本专利技术的有益效果：本专利技术可以在仿真环境下对动态频谱管理方式进行模拟，对实现动态频谱管理所涉及的关键子模块(算法)进行测试，对网络的性能进行评估。所有的测试环境均从真实的环境中得到，实验结果更加直观并且具有说服力，降低了开发所需的时间和成本，对实现动态频谱管理具有很好的促进作用。四附图说明图1为本专利技术的构成原理示意图。图2为USRP实物图。图3为认知用户结构框图。图4为频谱管理中心软件。图5为认知用户子界面。五具体实施方式本专利技术的构成原理示意图如图1所示。将发送天线、接收天线和RFX2400子板安装在USRP母板上，实物如图2所示。计算机与USRP和天线通过USB 2.0连接后可以模拟认知用户，实现动态频谱接入能力，如图3所示。频谱管理中心软件如图4所示，包括主界面、频谱感知子模块、频谱政策管理子模块、频谱分配子模块和频谱监测子模块等。计算机对将要发送的业务数据或控制指令进行调制后得到基带数据流，通过USB2.0传送给USRP，USRP对基带数据流进行处理后得到射频信号，最后通过发送天线进行发送。USRP通过接收天线接收射频信号，对射频信号进行处理后得到基带数据流，进而将基带数据流通过USB 2.0传送到计算机内，计算机进行解调后得到业务数据或控制指令。利用数据包的前两位bit区分业务数据和控制指令，“OR”为控制指令；“NM”为业务数据名称，“FC”为业务数据内容，“ND”为业务数据结束。频谱分配后，频谱管理中心在每个认知用户的接收频率广播控制指令，同时发送包含全网用户工作参数的配置文件。认知用户子界面如图5所示，当认知用户向其他用户发送业务数据时，读取该配置文件设置自己的发送参数。一种基于USRP的动态频谱管理半实物仿真实验方法，采用以下具体步骤：第一步，根据仿真任务，利用Python语言编写频谱管理中心软件包括主界面、频谱感知子模块、频谱政策管理子模块、频谱分配子模块和频谱监测子模块等。第二步，频谱管理中心利用频谱感知子模块对本地频谱环境周期性地进行感知；第三步，频谱管理中心根据频谱政策管理子模块中的信息和感知结果确定本网的可用频谱资源；第四步，动态频谱接入网络中的认知用户向频谱管理中心发出用频请求，如果频谱资源采用“固定静态分配”方式，则频谱管理中心利用频谱分配子模块进行固定静态分配，通过USRP向各认知用户发送分配结果，认知用户接收到该结果后自动配置本地USRP的工作参数，并且一直采用该参数进行通信；第五步，如果频谱资源采用“动态分配”方式，则频谱管理中心利用频谱分配子模块进行动态分配，通过USRP向各认知用户发送分配结果，认知用户接收到后自动配置本地USRP的工作参数，当本网可用频谱资源或用频需求发生改变时重复上述步骤；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于USRP的动态频谱管理半实物仿真实验系统，其特征在于：包括频谱管理中心、动态频谱接入网络和认知用户。频谱管理中心和认知用户由计算机、USRP和天线组成，通过无线方式接入本地动态频谱接入网络。

【技术特征摘要】
1.一种基于USRP的动态频谱管理半实物仿真实验系统，其特征在于：包括频谱
管理中心、动态频谱接入网络和认知用户。频谱管理中心和认知用户由计算机、USRP
和天线组成，通过无线方式接入本地动态频谱接入网络。
2.根据权利要求1所述的基于USRP的动态频谱管理半实物仿真实验系统，其特
征在于：计算机对将要发送的业务数据或控制指令进行调制后得到基带数据流，通过
USB 2.0传送给USRP，USRP对基带数据流进行处理后得到射频信号，最后通过发送天
线进行发送。USRP通过接收天线接收射频信号，对射频信号进行处理后得到基带数据
流，进而将基带数据流通过USB 2.0传送到计算机内，计算机进行解调后得到业务数据
或控制指令；USRP能够根据收到的控制指令自动地修改自己的工作参数。
3.根据权利要求1所述的基于USRP的动态频谱管理半实物仿真实验系统的实验
方法，其特征在于：采用以下具体步骤：
第一步，根据仿真任务，利用Python语言编写频谱管理中心软件包括主界面、频

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，曹龙，邵震洪，张建照，赵杭生，吴昊，
申请(专利权)人：中国人民解放军总参谋部第六十三研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32