基于載波檢測的認(rèn)知無線電方案設(shè)計與實現(xiàn)
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1 硬件平臺的建立
圖1所示為該認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的通信架構(gòu)。圖中UCR表示授權(quán)用戶，F(xiàn)1是它的授權(quán)頻率；CR表示非授權(quán)用戶，CR_Tx為非授權(quán)用戶的發(fā)送方，網(wǎng)絡(luò)中非授權(quán)用戶的智能接入功能由其完成；CR_Rx為非授權(quán)用戶的接收方，其主要任務(wù)是準(zhǔn)確接收來自發(fā)送方的數(shù)據(jù)。圖中Fn為可變頻率，在UCR沒有使用F1時，CR用戶可以使用F1；否則，CR用戶應(yīng)避開這個頻率。由于本次研究的頻率是433.0 MHz免許可申請頻帶，所以選用了可工作在433/868/915 MHz的nRF905射頻發(fā)射模塊。為了直觀非授權(quán)用戶的工作性能，硬件上添加了液晶顯示器，該顯示器與按鍵相結(jié)合構(gòu)成了人機(jī)交互界面。非授權(quán)用戶智能接入的功能需要一個微處理器進(jìn)行處理和控制，課題中選用了具有超低功耗特點且具有較大內(nèi)存的MSP430F2418型號單片機(jī)。該型號單片機(jī)龐大的內(nèi)存空間為以后系統(tǒng)功能的擴(kuò)展提供了方便，滿足了設(shè)計的需要。
圖2所示為MSP430F2418、nRF905以及液晶顯示器的硬件連接圖，省略了按鍵部分。CPU主要通過P2、P3口來操作nRF905內(nèi)部寄存器，使其工作于不同的工作狀態(tài)下。認(rèn)知用戶發(fā)送方和接收方都需要對當(dāng)前設(shè)置的頻率段進(jìn)行頻譜檢測，以確定頻譜空洞和選擇最佳載波頻率，而這一切都是基于MSP430F2418對nRF905模塊CD引腳上信號的檢測實現(xiàn)的。對于液晶顯示器，CPU主要通過P5口低四位以及P4口來控制。另外，圖中省略的按鍵與液晶顯示器相結(jié)合構(gòu)成一個人機(jī)交互界面，可以設(shè)置該網(wǎng)絡(luò)工作于不同頻段。
2 通信協(xié)議設(shè)計
2.1 自定義數(shù)據(jù)通信協(xié)議
由于認(rèn)知無線電技術(shù)具有動態(tài)、靈活、智能的特點，因而對通信協(xié)議的要求比較高，要求協(xié)議能自適應(yīng)于因終端變動、無線環(huán)境變動而帶來的可用頻譜資源的動態(tài)變化以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變。尤其不能因為可用頻譜資源的改變中斷非授權(quán)用戶的正常通信。為此，需要改進(jìn)現(xiàn)有的通信協(xié)議，并且考慮物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的跨層設(shè)計問題。本文采用了數(shù)據(jù)通信協(xié)議中最基本的停等協(xié)議，即每發(fā)送一幀數(shù)據(jù)都要在等到應(yīng)答幀之后才能發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。
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