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(wú)縫集成，以及創(chuàng)建直觀的用戶界面來(lái)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(wú)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(wú)線電外設(shè))硬件創(chuàng)建靈活的實(shí)時(shí)測(cè)試平臺(tái)，開(kāi)發(fā)將頻譜感應(yīng)和地理定位數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合的跨平臺(tái)認(rèn)知無(wú)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(lái)自八個(gè)歐盟國(guó)家的研究人員組成了COGEU項(xiàng)目小組，專門研究認(rèn)知無(wú)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(guò)頻譜重用來(lái)降低無(wú)線連接的成本，滿足人們對(duì)高數(shù)據(jù)速率無(wú)線設(shè)備日益增長(zhǎng)的需求。COGEU小組正致力于將頻譜重用這一概念從理念過(guò)渡到仿真再過(guò)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(duì)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(guó)廣播公司攜手合作為慕尼黑地區(qū)開(kāi)發(fā)并推廣了一個(gè)TVWS地理定位數(shù)據(jù)庫(kù)，該地區(qū)對(duì)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(kù)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(wú)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(wú)法預(yù)測(cè)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(méi)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(lái)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(lái)交叉檢查TVWS地理位置數(shù)據(jù)庫(kù)的信息。接著，研究人員通過(guò)仿真確定了協(xié)方差絕對(duì)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(cè)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(chǎng)景實(shí)驗(yàn)表明，CAV和BCED算法在評(píng)估來(lái)自更高級(jí)檢測(cè)算法的增益上比標(biāo)準(zhǔn)能量檢測(cè)(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(cè)率達(dá)90%，錯(cuò)誤警報(bào)率為10%。
系統(tǒng)安裝
我們?cè)诖隧?xiàng)目中采用圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)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(wú)線電的NI USPR設(shè)備、與地理定位數(shù)據(jù)庫(kù)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(wú)縫集成，以及創(chuàng)建直觀的UI來(lái)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(wú)線電的認(rèn)知無(wú)線電傳感技術(shù)仍是通過(guò)GNU無(wú)線電開(kāi)放源軟件來(lái)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(wèn)TVWS地理定位數(shù)據(jù)庫(kù)，這使得LabVIEW成為該系統(tǒng)原型開(kāi)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(wú)線訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的便攜式計(jì)算機(jī)，通過(guò)兆位以太網(wǎng)鏈接至NI USRP無(wú)線電。GPS設(shè)備通過(guò)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(wú)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(kāi)發(fā)了第一個(gè)此類測(cè)試臺(tái)的原型，并成功進(jìn)行部署。更長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，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(cè)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(kù)：http://projectos.est.ipcb.pt/cogeu2/cogeu_novo.php