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基于USRP的电磁频谱感知实验系统的设计与实现
基于USRP的电磁频谱感知实验系统的设计与实现
摘要：电磁频谱感知是无线通信中的重要技术之一，它可以有效地利用频谱资源并提高频谱利用效率。本论文基于USRP（UniversalSoftwareRadioPeripheral）开发平台，设计并实现了一套电磁频谱感知实验系统，用于对周围电磁环境中的频谱进行实时监测和分析。该系统采用软件无线电技术，具有灵活性高、成本低、易于扩展等优点。实验结果表明，该系统能够准确地感知并实时监测到周围电磁环境中的频谱利用情况，为频谱资源的合理利用提供了有力支撑。
关键词：USRP、电磁频谱感知、实时监测、软件无线电
引言
随着无线通信技术的不断发展，对频谱资源的需求越来越大，而频谱资源又是有限的。因此，如何高效地利用频谱资源成为无线通信领域的研究热点之一。电磁频谱感知作为一种重要的频谱管理技术，可以实时监测和分析周围电磁环境中的频谱利用情况，为频谱资源的合理利用提供有力支撑。
USRP是由EttusResearch公司推出的一款通用软件无线电外设，具有灵活性高、成本低、易于扩展等优点，其开放的硬件和软件平台为电磁频谱感知实验系统的设计与实现提供了理想的工具。
设计与实现
1.系统架构
本系统采用USRP作为前端硬件设备，通过接收天线将周围的电磁信号转换成数字信号，并传输给上位机进行实时监测和分析。系统整体架构如图1所示。
图1：系统架构
2.硬件设计
本系统采用USRPB210作为前端接收设备，其具备较高的采样率和频谱范围，能够满足频谱感知的需求。系统通过天线接收周围的电磁信号，并将信号转换成数字信号发给上位机进行处理。同时，本系统还提供了可调节增益的功能，通过调节增益可以对不同强度的信号进行适当的衰减或放大，以便更好地进行频谱分析。
3.软件设计
本系统采用开源的GNURadio软件平台进行软件设计，通过将信号处理模块进行组合和配置，实现对数字信号的接收、解调和分析。系统主要包括以下模块：
（1）信号源模块：用于生成需要接收和分析的信号，包括正弦信号、噪声信号等。
（2）接收模块：用于接收通过USRP硬件设备采集到的电磁信号，并将其转换成数字信号。
（3）解调模块：用于对接收到的数字信号进行解调和解调。
（4）分析模块：用于对解调后的信号进行频谱分析和显示。
实验与结果
本系统实现了对周围电磁环境中的频谱进行实时监测和分析。在实验中，将系统部署在合适的地点，通过接收天线接收周围的电磁信号，并将信号传输到上位机进行处理。经过实时监测和分析，得到了周围电磁环境中的频谱利用情况和信号强度分布情况。
实验结果表明，本系统能够准确地感知并实时监测到周围电磁环境中的频谱利用情况。通过对频谱利用情况的分析，可以对电磁环境中的干扰源进行精确定位和分析，为无线通信系统的优化和干扰排查提供有力支持。
结论
本论文设计并实现了一套基于USRP的电磁频谱感知实验系统，通过软件无线电技术实现了对周围电磁环境中的频谱进行实时监测和分析。实验结果表明，该系统能够准确地感知并实时监测到周围电磁环境中的频谱利用情况，为频谱资源的合理利用提供了有力支撑。该系统具有灵活性高、成本低、易于扩展的优点，适用于频谱感知和无线通信等领域的研究和应用。
参考文献：
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