圖1: 運行模式下的圖形化用戶(hù)界面

   "NI USRP設備和LabVIEW軟件之間的無(wú)縫集成，以及創(chuàng )建直觀(guān)的用戶(hù)界面來(lái)展示此項研究可幫助其他工程師和政策制定者更深入、更全面地了解該項目。"

   - Paulo Marques, COGEU 

   挑戰:

  證明有限的無(wú)線(xiàn)電頻譜源能夠成功地以較低的成本被主要和次要用戶(hù)所采用。 

  解決方案:

  借助NI LabVIEW軟件和NI USRP™ (通用軟件無(wú)線(xiàn)電外設)硬件創(chuàng )建靈活的實(shí)時(shí)測試平臺，開(kāi)發(fā)將頻譜感應和地理定位數據庫相結合的跨平臺認知無(wú)線(xiàn)電演示儀，演示有效的頻譜重用。 

  作者:

  Paulo Marques - COGEU 

   滿(mǎn)足今天的數據消耗需求

   作為歐洲委員會(huì )第七框架計劃的一部分，來(lái)自八個(gè)歐盟國家的研究人員組成了COGEU項目小組，專(zhuān)門(mén)研究認知無(wú)線(xiàn)電系統，以實(shí)現全歐洲有效共享空白電視信號頻段(TV white spaces,TVWS)。 最終通過(guò)頻譜重用來(lái)降低無(wú)線(xiàn)連接的成本，滿(mǎn)足人們對高數據速率無(wú)線(xiàn)設備日益增長(cháng)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)現從經(jīng)濟性上影響公共政策這一目標。

   實(shí)際算法原型

    對于電視頻譜，主用戶(hù)傳輸有兩種類(lèi)型：廣播電視和節目制作和特殊事件(PMSE)設備。 廣播塔的位置已知，且覆蓋電視傳輸塔（復用器）附近的某個(gè)特定地理區域（稱(chēng)為排除區域）。 COGEU與德國廣播公司攜手合作為慕尼黑地區開(kāi)發(fā)并推廣了一個(gè)TVWS地理定位數據庫，該地區對商業(yè)數字電視接收機實(shí)行真實(shí)保護標準。 地理定位數據庫存儲了每個(gè)地理像素的空白電視頻道列表；但是，許多PESE應用(如無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng))占用了這些電視頻道，且這些應用的時(shí)間、頻率和位置是無(wú)法預測的。 這些行為增加了探索可用于其他應用的有價(jià)值電視頻段的難度。 這是因為PMSE系統并沒(méi)有標準的波形，因此在事先不知道任何信號信息的情況下就需要采用盲檢技術(shù)來(lái)確定PMSE設備的存在。

   COGEU平臺演示儀采用本地PMSE感應來(lái)交叉檢查T(mén)VWS地理位置數據庫的信息。 接著(zhù)，研究人員通過(guò)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感應算法。 真實(shí)場(chǎng)景實(shí)驗表明，CAV和BCED算法在評估來(lái)自更高級檢測算法的增益上比標準能量檢測(ED)算法效果更好。 此方法可在瑞利通道中感應信噪比為-17 dB的PMSE信號，感應時(shí)間為100毫秒，檢測率達90%，錯誤警報率為10%。

   系統安裝

   我們在此項目中采用圖形化系統設計方法，通過(guò)LabVIEW系統設計軟件將GPS地理定位接收機、處理認知無(wú)線(xiàn)電的NI USPR設備、與地理定位數據庫的互聯(lián)網(wǎng)連接和GUI（圖形化用戶(hù)界面）集成在一起。 NI USRP設備和LabVIEW軟件之間的無(wú)縫集成，以及創(chuàng )建直觀(guān)的UI來(lái)展示此項研究可幫助其他工程師和政策制定者更深入、更全面地理解該項目。

   直到現在，基于USRP軟件定義無(wú)線(xiàn)電的認知無(wú)線(xiàn)電傳感技術(shù)仍是通過(guò)GNU無(wú)線(xiàn)電開(kāi)放源軟件來(lái)實(shí)現。 COGEU系統需要集成不同的技術(shù)和協(xié)議，如在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)TVWS地理定位數據庫，這使得LabVIEW成為該系統原型開(kāi)發(fā)和概念驗證演示的理想平臺。 在此項目中，我們用到LabVIEW的很多功能，包括數學(xué)運算、信號處理、NI USRP軟件驅動(dòng)程序以及連接和數據通信工具。感應平臺由NI USRP、GPS接收機和安裝LabVIEW的上位機組成。 NI USRP-2920配置提供了從50 MHz到2.2 GHz的可調射頻。 上位機是一款安裝Windows操作系統、無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )的便攜式計算機，通過(guò)兆位以太網(wǎng)鏈接至NI USRP無(wú)線(xiàn)電。 GPS設備通過(guò)藍牙連接至上位機。 同時(shí)還采用了商業(yè)可調FM無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)。

    結論

    LabVIEW和NI USRP硬件平臺是此科研項目的主要工具。 該平臺幫助科研小組快速開(kāi)發(fā)了第一個(gè)此類(lèi)測試臺的原型，并成功進(jìn)行部署。更長(cháng)遠來(lái)說(shuō)，這些演示將隨著(zhù)更多高級功能的出現進(jìn)行更新，比如在單個(gè)電視頻道檢測多個(gè)PMSE設備、自動(dòng)頻譜整形和頻譜整合等，在保護電視和PMSE用戶(hù)的同時(shí)更有效地利用空白電視頻道。