基于軟件無線電的移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)時(shí)測(cè)試平臺(tái)①

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1、第38卷第7期西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2016年7月Vol.38No.7JournalofSouthwestUniversity(NaturalScienceEdition)Jul.2016DOI:10.13718/j.cnki.xdzk.2016.07.031基于軟件無線電的移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)時(shí)測(cè)試平臺(tái)①李鵬1,2,曾令剛1,楊保亮1,楊守良1,干紅平11.重慶文理學(xué)院電子電氣工程學(xué)院,重慶永川402160;2.重慶大學(xué)通信工程學(xué)院,重慶400044摘要:采用新型移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及先進(jìn)無線傳輸技術(shù)是滿足未來移動(dòng)通信需求的重要途徑.基于GNURadio和USRP以軟件無線

2、電方式構(gòu)建了一個(gè)移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)時(shí)測(cè)試平臺(tái).在此平臺(tái)上,以LTE-Advanced異構(gòu)網(wǎng)為對(duì)象,實(shí)現(xiàn)了符合LTE-Advanced物理層規(guī)范的宏小區(qū)/微小區(qū)兩層結(jié)構(gòu)的異構(gòu)網(wǎng)實(shí)時(shí)通信.該測(cè)試平臺(tái)為真實(shí)物理環(huán)境下移動(dòng)通信技術(shù)的設(shè)計(jì)、測(cè)試及驗(yàn)證提供了技術(shù)手段.關(guān)鍵詞:軟件無線電;測(cè)試平臺(tái);異構(gòu)網(wǎng)中圖分類號(hào):TN929.53文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):16739868(2016)07019910隨著移動(dòng)通信終端數(shù)量的快速增長(zhǎng),移動(dòng)通信數(shù)據(jù)流量也呈現(xiàn)出急劇增長(zhǎng)的趨勢(shì).思科公司預(yù)測(cè):至2018年,全球移動(dòng)終端的數(shù)量將為全球人口數(shù)量的1.4倍;全球移動(dòng)通信數(shù)據(jù)流量將是2013年的11倍,[

3、1]年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)61%.除終端數(shù)量和數(shù)據(jù)流量迅猛增長(zhǎng)以外,移動(dòng)通信的使用場(chǎng)景、應(yīng)用領(lǐng)域及業(yè)務(wù)類[2-3]型也將發(fā)生極大的擴(kuò)展.移動(dòng)通信技術(shù)需要在現(xiàn)有4G的基礎(chǔ)上持續(xù)演進(jìn),以滿足5G乃至更長(zhǎng)遠(yuǎn)未來的需求.理論建模分析、計(jì)算機(jī)軟件仿真和軟硬結(jié)合的平臺(tái)測(cè)試是設(shè)計(jì)、測(cè)試及驗(yàn)證先進(jìn)移動(dòng)通信技術(shù)的主要[4-5]方式.在計(jì)算機(jī)軟件仿真方面,北京郵電大學(xué)、清華大學(xué)及東南大學(xué)利用MATLAB和C++分別建立[6-7]了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的LTE(longtermevolution)系統(tǒng)級(jí)軟件仿真平臺(tái);維也納技術(shù)大學(xué)基于MATLAB建立[8]了符合LTE-Advanced標(biāo)準(zhǔn)的鏈路級(jí)和系統(tǒng)級(jí)軟件仿

4、真平臺(tái).軟件仿真平臺(tái)的搭建,為L(zhǎng)TE及LTE-Advanced技術(shù)研究提供了仿真測(cè)試手段.然而,僅靠軟件仿真已不能滿足未來移動(dòng)通信技術(shù)的設(shè)計(jì)和測(cè)試需要.軟硬結(jié)合的測(cè)試平臺(tái)與計(jì)算機(jī)軟件仿真相比,具有信道環(huán)境和干擾環(huán)境真實(shí)、算法和技術(shù)方案時(shí)間維度特征得以體現(xiàn)、執(zhí)行速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)(表1).因此,有必要開發(fā)符合未來移動(dòng)通信技術(shù)測(cè)試需求的軟硬結(jié)合的實(shí)時(shí)測(cè)試平臺(tái).表1測(cè)試方式比較測(cè)試方式信道環(huán)境干擾環(huán)境實(shí)時(shí)性計(jì)算機(jī)軟件仿真模擬的模擬的較弱軟硬結(jié)合的平臺(tái)測(cè)試真實(shí)的真實(shí)的強(qiáng)軟硬結(jié)合的測(cè)試平臺(tái)根據(jù)使用的硬件處理器性質(zhì)可分為3類,分別是基于可控硬件的測(cè)試平臺(tái)、基于可編程硬件的測(cè)試平

5、臺(tái)和基于通用處理器的測(cè)試平臺(tái).基于可控硬件的測(cè)試平臺(tái)是將多種不同制式的①收稿日期:20150317基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61302054);重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(KJ1501107,KJ1501105).作者簡(jiǎn)介:李鵬(1981),男,湖南長(zhǎng)沙人,講師,博士研究生,主要從事新一代寬帶無線通信理論與技術(shù)研究.通信作者:曾令剛,講師.2西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)http://xbbjb.swu.edu.cn第38卷硬件設(shè)備集成在一起,利用驅(qū)動(dòng)程序管理、控制硬件設(shè)備的工作模式.此種測(cè)試平臺(tái)功能固化,無法根據(jù)用戶需求進(jìn)行功能修改.基于可編程硬件的測(cè)試平臺(tái),具

6、有可編程、可重配置功能.如華為技術(shù)有限公司搭建的基于可編程硬件的4G技術(shù)測(cè)試平臺(tái).華為利用該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了協(xié)作多點(diǎn)傳輸(CoMP)技術(shù)的測(cè)[9]試.印度CEWiT研究院基于可編程硬件搭建了用于LTE及LTE-Advanced通信技術(shù)測(cè)試的實(shí)時(shí)測(cè)試[10]平臺(tái).美國(guó)萊斯大學(xué)基于FPGA搭建了測(cè)試平臺(tái)WARP,用于無線局域網(wǎng)、全雙工通信、協(xié)作通信、[11]干擾協(xié)調(diào)等技術(shù)的研究.然而,基于可編程硬件的測(cè)試平臺(tái)均使用專用硬件,編程不靈活,功能拓展受限.與前兩類測(cè)試平臺(tái)相比,以軟件無線電方式搭建的基于通用處理器的測(cè)試平臺(tái)具有實(shí)現(xiàn)方式靈活、結(jié)構(gòu)通用、模塊化、擴(kuò)展性和可移植性強(qiáng)、開發(fā)周期

7、短、便于改進(jìn)及擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn),適用于測(cè)試和驗(yàn)證不斷發(fā)展演進(jìn)的移動(dòng)通信技術(shù).在眾多以軟件無線電方式搭建的基于通用處理器的測(cè)試平臺(tái)中,GNURadio和USRP(universalsoft-[12]wareradioperipheral)的組合是當(dāng)前的主流.GNURadio是一種開源的軟件定義無線電軟件,程序代碼[13]及技術(shù)資料完全開源,有許多組件和模塊可供調(diào)用,用戶還可根據(jù)研究需要編制自定義模塊.USRP是一種通用軟件無線電外設(shè),針對(duì)GNURadio配套設(shè)計(jì),兩者兼容性好.基于此,本研究選用GNURadio和USRP以軟件無線電的方式搭建了一