基于載波檢測的認知無(wú)線(xiàn)電方案設計與實(shí)現
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1 硬件平臺的建立
圖1所示為該認知網(wǎng)絡(luò )的通信架構。圖中UCR表示授權用戶(hù)，F1是它的授權頻率；CR表示非授權用戶(hù)，CR_Tx為非授權用戶(hù)的發(fā)送方，網(wǎng)絡(luò )中非授權用戶(hù)的智能接入功能由其完成；CR_Rx為非授權用戶(hù)的接收方，其主要任務(wù)是準確接收來(lái)自發(fā)送方的數據。圖中Fn為可變頻率，在UCR沒(méi)有使用F1時(shí)，CR用戶(hù)可以使用F1；否則，CR用戶(hù)應避開(kāi)這個(gè)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(guān)非授權用戶(hù)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合構成了人機交互界面。非授權用戶(hù)智能接入的功能需要一個(gè)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(diǎn)且具有較大內存的MSP430F2418型號單片機。該型號單片機龐大的內存空間為以后系統功能的擴展提供了方便，滿(mǎn)足了設計的需要。
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(guò)P2、P3口來(lái)操作nRF905內部寄存器，使其工作于不同的工作狀態(tài)下。認知用戶(hù)發(fā)送方和接收方都需要對當前設置的頻率段進(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(shí)現的。對于液晶顯示器，CPU主要通過(guò)P5口低四位以及P4口來(lái)控制。另外，圖中省略的按鍵與液晶顯示器相結合構成一個(gè)人機交互界面，可以設置該網(wǎng)絡(luò )工作于不同頻段。
2 通信協(xié)議設計
2.1 自定義數據通信協(xié)議
由于認知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)具有動(dòng)態(tài)、靈活、智能的特點(diǎn)，因而對通信協(xié)議的要求比較高，要求協(xié)議能自適應于因終端變動(dòng)、無(wú)線(xiàn)環(huán)境變動(dòng)而帶來(lái)的可用頻譜資源的動(dòng)態(tài)變化以及網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的改變。尤其不能因為可用頻譜資源的改變中斷非授權用戶(hù)的正常通信。為此，需要改進(jìn)現有的通信協(xié)議，并且考慮物理層和數據鏈路層的跨層設計問(wèn)題。本文采用了數據通信協(xié)議中最基本的停等協(xié)議，即每發(fā)送一幀數據都要在等到應答幀之后才能發(fā)送下一幀數據。
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