软件无线电物理层基带算法验证平台
实验室基于双天线与四天线软件无线电设备搭建了物理层基带算法验证平台，平台结合了基带收发机程序与软件无线电开发工具套件，可用于真实信道环境下的基带通信算法快速验证。该平台在实验室的各项研究中起着关键作用，它不仅提供了验证基带通信算法的真实信道条件，还为研究人员提供了一个灵活且高效的工具，以推进无线通信技术的发展。通过不断改进和扩展这个平台，我们将继续为解决通信网络安全领域的挑战提供创新的解决方案。
图1 双天线（收/发独立）软件无线电（左）、四天线（收/发独立）软件无线电（右）
平台功能和特点：
1. 真实信道仿真验证：平台允许在真实无线信道环境中进行基带收发机性能验证。通过将数字波形转换为模拟信号并发送至实际信道，再通过实际射频硬件进行接收和模拟信号转换，来模拟真实世界中的通信情境，这弥补了纯基带软件仿真缺乏真实信道条件的不足。
2. 易于使用：通过修改基带软件代码以及简单的射频参数设置，就能够轻松完成不同算法与通信体制的替换。这为基带算法设计验证提供了强大的支持，使我们能够迅速测试和评估各种基带通信算法。
3. 验证成果丰富：我们已在该平台上完成了多项物理层基带技术的验证工作。这些验证工作涵盖了广泛的领域，为我们实验室在无线通信技术研究方面积累了丰富的经验和成果。
图2 接收机测试波形
基于开发板的无线通信协议栈测试验证平台
实验室基于成熟的片上系统与射频硬件搭建了无线通信协议栈测试验证平台，平台在通信协议栈的设计测试方面发挥着重要作用，还为嵌入式开发学习提供了极佳的资源。该平台包括物理层、链路层、网络层和应用层的开发验证组件。实验室已经基于本平台完成了多天线自组网协议栈的早期开发验证工作并利用该平台推动通信协议栈的研究和实际应用。
平台功能和特点：
1. 多层协议栈支持：平台支持定制多个通信协议栈，包括物理层、链路层、网络层以及应用层。这为通信协议栈设计和测试提供了全面的支持。
2. 硬件资源充足：平台充分利用开发板丰富的硬件资源，使其能够为无线通信协议栈的工程实现与测试提供有力支持。多通道数据处理、复杂物理层基带算法等任务都可以在平台上并行运行。
3. ARM处理器支持：平台配备了强大的ARM处理器，为协议栈中的链路层、网络层和应用层提供了便捷的开发环境。这有助于简化协议栈的开发和验证过程。
4. 嵌入式开发学习：除用于协议栈测试验证，平台还可作为嵌入式开发学习的工具。学生可以在这个平台上实践和学习嵌入式系统开发技能，提高在通信领域的专业知识。
全方位测试验证平台
实验室配备了一系列先进的测试验证平台，以支持通信协议栈的设计与实体通信设备的全面测试。平台包括频谱仪、小型微波暗室、信道模拟器以及半实物仿真系统。测试验证平台为我们提供了丰富的通信设计与验证资源，以推进通信协议栈的开发和优化，此外还能验证通信设备在各种使用场景下的性能。
频谱仪与小型微波暗室：在通信硬件设备研发过程中对无线信号的频率、幅度、调制、失真、杂散、相位噪声、电磁兼容等各项指标进行精确测量。这些设备能够帮助我们检测和分析信号干扰，确保通信设备在真实环境中的可靠性和稳定性。
图3 频谱仪（左）、小型微波暗室（右）
信道模拟器：精确地模拟信号经过无线信道后的变化特性，包括频率、衰落、动态时延、衰减、噪声、干扰等。这为通信设备在各类信道环境下的性能测试验证提供了关键支持。信道模拟器能够用于静止或相对运动场景的测试，确保通信设备在各种物理信道条件下的稳健性和性能。
图4 信道模拟器
半实物仿真系统：半实物仿真系统可进行包括物理层、链路层、网络层、应用层的多层级联合仿真测试。使得我们可以在一个受控环境中验证通信协议栈的各个层次，以确保整个通信系统的协同工作。虚拟设备和环境配置可以有效的模拟各类应用场景下的通信情况，减少实物测试的物品和场地限制，同时引入实物通信设备参与仿真过程可以提高仿真的真实性与可信度。
图5 真实环境下大规模组网仿真
自研多天线宽带自组网通信设备
基于实验室多年通信与网络理论研究成果，针对大规模、广覆盖与高速率无线通信需求，本实验室自主设计研发了多天线宽带自组网通信电台。电台能够在无基础设施覆盖场景下快速构建多跳扁平化无中心自组织网络，提供大带宽传输、大规模组网、远距离通信能力，最高点对点通信速率可达100Mbps+，最远通信距离可达100km+，点对点通信时延低至3ms，性能已达到国际领先公司如美国Silvus、英国DTC等主流通信公司设备水平；支持态势、话音、视频等业务传输，为各类业务提供QoS保障；设备轻便，配置简单，开机即用。目前已实现系列化全平台电台研制，涵盖从19g蜂群电台到10W大功率背负电台的全系列产品，填补了国内宽带无线自组网通信的空白。通过自研多天线宽带自组网通信电台，实验室旨在持续推动无线通信技术的进步，以满足不断增长的通信需求，为构建更安全、高效的通信网络贡献力量。
图6 自研多天线宽带自组网通信系列电台（从左到右依次为：2x2手持电台、2x2背负电台、4x4车载电台、2x2机载电台、2x2蜂群电台）
平台特点：
1. 自研多层次软件协议：电台采用三层通信协议架构，通过物理层、链路层和网络层的协同优化，实现高效可靠的无线通信。在物理层上，电台实现MIMO技术与COFDM技术深度融合，一方面通过MIMO技术实现多天线协同工作，通过空间复用增益提升频谱效率，另一方面通过COFDM技术将高速数据流装载到多个正交子载波并行传输，充分利用频带资源从而显著提升通信性能；在链路层上，电台基于CSMA/CA协议实现高效信道竞争，支持高密度节点动态竞争信道资源，结合优先级策略保障关键业务（如语音、视频）的低时延传输；在网络层上，电台采用基于链路质量感知的路由协议，通过多跳中继与路径动态重构实现动态路由与自愈网络。
2. 自主可控灵活架构：本电台采用SDR架构，具备可编程、可重构的特性。所有电台均由实验室自主设计的数字电路和射频电路两部分组成，确保了设备的完全自主可控性。其中数字电路部分搭载有通用硬件平台，通过将自研的多天线宽带通信协议软件加载到通用硬件平台中，可实现灵活的通信功能；射频电路部分的频段、功率等性能参数可根据需求定制。
3. 便捷管理指挥：所有电台都有内置的指挥控制系统，且有对应的内置网络管理GUI，可以通过PC访问。系统可以查看网络拓扑（包括连接、链路和队列状态），视频中心可以查看网络摄像头的实时视频流，同时支持无人车辆的远程控制和无人机的编队；GUI支持配置电台的各种参数，包括频率、带宽、PTT状态、组播组、QoS等。
图7 电台指挥控制系统
验证与应用：
1. 组网验证：为验证设备各项性能指标，实验室进行了多次组网测试。这些测试涵盖了广泛的无线通信场景。
图8 组网测试
2. 实际应用：系列成果已经成功用于消防、边防等应急通信场景，为解决关键时刻的通信挑战提供了可靠的解决方案。
图9 应用场景
