一种基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法，并使之能适用于不同类型的多媒体数据传输。这种传输技术已经在USRP平台上实现，带有信号处理和时间同步发生在GNU Radio环境中，在多节点中间实现资源和功率共享，克服多径衰落，实现虚拟MIMO。在室内环境中，用协作中继传输取代了多跳网络，使用高斯最小频移键控调制，网络设计使用解码转发方案，使用频率锁相环，科斯塔环以消除频偏和相位频移。多中继节点之间的同步通过在GNU Radio中使用流标签来实现，在协作通信的目的节点，通过使用等增益比合并来合并多中继信号传输的副本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法
本专利技术属于软件无线电信息传输
，尤其涉及一种基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法。
技术介绍
近年来，移动互联网通信技术的快速发展便利人们生活的同时，多种通信体制并存、通信标准层出不穷对实现地域的漫游以及实现不同通信系统的兼容和继承造成了困难，。这些通信标准由于射频载波频率和调制方式不同而限制了各种硬件设备的互通和兼容，造成了浪费和投入，以硬件为主的传统通信体制难于满足这种现状。而软件无线电技术(SDR)能够从根本上解决这些问题。软件无线电(SoftwareDefinedRadio，SDR)是指采用一个通用、标准、模块化的固定不变硬件平台，通过软件编程实现各种无线电通信功能(如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式和通信协议等)，和通过软件重构(升级)来实现灵活多变的通信体制和通信功能的无线电系统。软件无线电技术的发展使其从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。功能的软件化提高了功能单一，灵活性差的硬件电路的性能，比如减少模拟环节，把数字化处理(A/D、D/A变换)，尽可能地靠近天线；软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件的更新改变硬件的配置结构，实现新的功能。为了提高SISO网络的数据传输速率和传输范围，要求要么增加带宽，要么增大传输功率。结果证明两者都不是经济的方式尤其是在能量受限的应用程序中。协作中继通信是发展最快的研究领域之一，被认为是一种高效的频谱使用的关键工具。用户协作的动机是给定网络的多节点中间实现资源共享，在相邻节点的功率和计算的资源共享，而且这项技术帮助克服了多径衰落效用通过采用分集技术。然而，协作中继通信的信噪比优势可以被用来扩大传输的范围和减少单个发射机的辐射功率。无线协作中继技术是一种新的空间分集解决方法，它克服了多天线技术(在实际应用中的限制，不仅可以扩展网络的覆盖范围，还可以利用空间分集效应来获得容量增益，引起了宽带无线通信领域的重视。然而，无线协作中继技术侧重于采用分集来抵抗多径衰落，对于提高系统的传输容量作用有限)。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的不足提供了一种基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案一种基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法，具体包含以下步骤：步骤1，读取多媒体数据，若数据小于设备最大处理长度,即4096kb，则打包成数据帧，进行GMSK调制，通过USRP射频前端发送信号；步骤2，将多个中继节点的USRP射频前端等待接收数字信号，若检测到该信号，则通过频率转换滤波器，进行GMSK解调制，频率锁相环，时钟恢复，科斯塔环来处理信号；其中，频率锁相环用于消除频偏，时钟恢复用于定时恢复，科斯塔环分别用于消除信道相位偏移；步骤3，进行数据帧解包，再进行数据帧打包，通过GMSK调制，使用Txtagging，其作用是保持中继端信号的同步，多个中继节点的射频前端发送信号；步骤4，接收端的USRP射频前端等待接收信号，如果检测到信号，则进行解调，数据帧解包，保存有效的多媒体数据；步骤5，如果传输出现严重误码现象，重新传输数据，并保存有效的多媒体数据。作为本专利技术基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法的进一步优选方案，在发送初期以及发送结束时均对数据进行发送无关数据处理。作为本专利技术基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法的进一步优选方案，所有的用户和数据都在同一个局域网内，用户通过IP地址和端口号创建TCP/IP套接字进行信号的传输。作为本专利技术基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法的进一步优选方案，在步骤4中，来自每个流的信号副本使用增益比来合并信号，用于实现频率分集的优点。作为本专利技术基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法的进一步优选方案，在步骤3中，传输时间同步被实现是通过获得数据包的时间开始，使用在GNURadioAPI中提供的流标签，用于实现多中继协作通信网络在接收端和在中继节点的信号传输的同步。作为本专利技术基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法的进一步优选方案，在步骤5中，采用重传方案，缓存机制和漏斗算法来解决传输错误和外界环境干扰问题。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：在室内环境中，使用GNURadio和USRP软件无线电平台，进行一系列的实验来验证协作网络的接收覆盖范围，优化了信号接收的覆盖范围，改善了数据传输模式，有效提高了系统的可靠性，能够较好的实现数据的有效正确传输。附图说明图1为本专利技术拓扑结构示意图；其中，图1(a)为点到点链路，图1(b)为单中继链路，图1(c)为多中继链路，图1(d)为数据帧结构；图2为本专利技术系统框图；其中，图2(a)为发射端，图2(b)为中继端，图2(c)为接收端；图3为本专利技术数据包同步图解；图4为本专利技术优化后的拓扑结构图；其中，图4(a)为节点A和节点C的示意图，图4(b)为节点B的示意图；图5为本专利技术待传输图片；图6(a)为本专利技术无中继接收效果图；图7为本专利技术在源目的节点距离6m时，单中继与多中继误码率的比较；图8为本专利技术在源功率为-10dBm，单中继与多中继误码率比较；图9为本专利技术源中继距离不同，2中继与4中继误码率的比较；图10是本专利技术使用漏斗算法的接收的包；图11是本专利技术USRP终端发送端多媒体数据发送流程图；图12是本专利技术USRP终端多媒体数据接收流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：一种基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法，具体包含以下步骤：步骤1，读取多媒体数据，若数据小于设备最大处理长度(4096kb)，则打包成数据帧，进行GMSK调制，通过USRP射频前端发送信号；图11是本专利技术USRP终端发送端多媒体数据发送流程图；步骤2，将多个中继节点的USRP射频前端等待接收数字信号，若检测到该信号，则通过频率转换滤波器，进行GMSK解调制，频率锁相环，时钟恢复，科斯塔环来处理信号；其中，频率锁相环用于消除频偏，时钟恢复用于定时恢复，科斯塔环分别用于消除信道相位偏移；图12是本专利技术USRP终端多媒体数据接收流程图；步骤3，进行数据帧解包，再进行数据帧打包，通过GMSK调制，使用Txtagging，其作用是保持中继端信号的同步，多个中继节点的射频前端发送信号；步骤4，接收端的USRP射频前端等待接收信号，如果检测到信号，则进行解调，数据帧解包，保存有效的多媒体数据；步骤5，如果传输出现严重误码现象，例如图片严重的模糊不清，重新传输数据，并保存有效的多媒体数据。解决的问题一：本专利技术提出一种基于USRPN200的无线中继传输实现优化方案，在软件无线电思想下，将传统的通信在通用硬件平台USRPN200上通过软件编程来实现，可根据不同的通信环境选择不同的编码或者调制方式，还可以根据需要选择设备支持范围内的任意频点进行用户间的通信，解决了现有通信系统各个版本间不能兼容的问题，以及外界环境带来的干扰致传输错误。但由于延时与PC处理速度的影响，数据传输丢包率和时延都较大，且不稳定，然而，在中继节点经过PC处理后的数据传给USRP，中继同时开始多媒体数据的传输是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法，其特征在于：具体包含以下步骤：步骤1，读取多媒体数据，若数据小于设备最大处理长度，即4096kb，则打包成数据帧，进行GMSK调制，通过USRP射频前端发送数字信号；步骤2，将多个中继节点的USRP射频前端等待接收步骤中的数字信号，若检测到信号，则通过频率转换滤波器，进行GMSK解调制，频率锁相环，时钟恢复，科斯塔环来处理信号；其中，频率锁相环用于消除频偏，时钟恢复用于定时恢复，科斯塔环分别用于消除信道相位偏移；步骤3，进行数据帧解包，再进行数据帧打包，通过GMSK调制，使用Tx_tagging，其作用是保持中继端信号的同步，多个中继节点的射频前端发送信号；步骤4，接收端的USRP射频前端等待接收信号，如果检测到信号，则进行解调，数据帧解包，保存有效的多媒体数据；步骤5，如果传输出现严重误码现象，重新传输数据，并保存有效的多媒体数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于USRPN200的无线中继传输实现优化方法，其特征在于：具体包含以下步骤：步骤1，读取多媒体数据，若数据小于设备最大处理长度，即4096kb，则打包成数据帧，进行GMSK调制，通过USRP射频前端发送数字信号；步骤2，将多个中继节点的USRP射频前端等待接收步骤中的数字信号，若检测到信号，则通过频率转换滤波器，进行GMSK解调制，频率锁相环，时钟恢复，科斯塔环来处理信号；其中，频率锁相环用于消除频偏，时钟恢复用于定时恢复，科斯塔环分别用于消除信道相位偏移；步骤3，进行数据帧解包，再进行数据帧打包，通过GMSK调制，使用Tx_tagging，其作用是保持中继端信号的同步，多个中继节点的射频前端发送信号；步骤4，接收端的USRP射频前端等待接收信号，如果检测到信号，则进行解调，数据帧解包，保存有效的多媒体数据；步骤5，如果传输出现严重误码现象，重新传输数据，并保存有效的多媒体数据。2.根据权利要求1所述的基于USRPN200的...

【专利技术属性】
技术研发人员：田峰，杨小芳，陈建新，周亮，杨震，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32