認(rèn)知無(wú)線電的頻譜檢測(cè)的FPGA實(shí)現(xiàn)

　　項(xiàng)目背景

　　項(xiàng)目名稱：認(rèn)知無(wú)線電的頻譜檢測(cè)

　　項(xiàng)目背景：隨著無(wú)線通信需求的不斷增長(zhǎng)，可用的頻譜資源越來(lái)越少，呈現(xiàn)日趨緊張的狀況;另一方面，人們發(fā)現(xiàn)全球授權(quán)頻段尤其是信號(hào)傳播特性較好的低頻段的頻譜利用率極低。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)為解決頻譜利用率低的問(wèn)題提供了行之有效的方法。由于認(rèn)知無(wú)線電在使用空閑頻段進(jìn)行通信的同時(shí)不斷地檢測(cè)授權(quán)用戶的出現(xiàn)，一旦檢測(cè)到授權(quán)用戶要使用該頻段，認(rèn)知無(wú)線電用戶便自動(dòng)退出并轉(zhuǎn)移到其他空閑頻段繼續(xù)通信，確保在不干擾授權(quán)用戶的情況下，與他們進(jìn)行頻譜共享。這樣一來(lái)，在沒有增加新頻段的情況下提升了用戶量，且保證授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶通信的可靠性，大大提高了頻譜的使用效率。

　　項(xiàng)目?jī)?nèi)容：本次課題主要研究認(rèn)知無(wú)線電頻譜檢測(cè)的FPGA實(shí)現(xiàn)。目前最為常用的認(rèn)知無(wú)線電頻譜檢測(cè)方法是能量檢測(cè)。我們將一路電視信號(hào)下變頻至基帶信號(hào)再進(jìn)入電路調(diào)理模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行50歐匹配，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，然后用寬帶A/D對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，將采樣后的數(shù)字信號(hào)做8點(diǎn)FFT運(yùn)算，再通入能量和累加電路，最后通過(guò)能量閾值判決電路，判斷頻帶的利用情況，從而找到頻譜空穴，為認(rèn)知無(wú)線電的功能實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。

　　項(xiàng)目難點(diǎn)：(1)高效低成本的FFT模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

　　(2)累加器和閾值判決電路模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

　　項(xiàng)目的開發(fā)意義：認(rèn)知無(wú)線電的顯著特征是具有認(rèn)知能力，認(rèn)知功能包括頻譜感知，頻譜分析和頻譜判決。頻譜感知用于頻譜空穴檢測(cè)，是認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的前提之一。

　　硬件開發(fā)平臺(tái)：Spartan 3E Board

　　頻譜感知的背景知識(shí)

　　本次設(shè)計(jì)以四通道的電視信號(hào)為例進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在我國(guó)一路電視信號(hào)的傳輸需要8M的帶寬，那么傳輸四路電視信號(hào)需要32M的帶寬才能實(shí)現(xiàn)。

　　我們將該四路電視信號(hào)進(jìn)行復(fù)信號(hào)處理和頻譜搬移，使其生成I,Q兩路正交信號(hào)，其AD頻率采樣為32MHZ，為了檢測(cè)各個(gè)通道的頻譜利用情況，我們對(duì)復(fù)信號(hào)做FFT運(yùn)算，其中x(0),x(1)包含在通道0當(dāng)中，x(2)，x(3)包含在通道1當(dāng)中，x(4)，x(5)包含在通道2當(dāng)中，x(6)，x(7)包含在通道3當(dāng)中，然后我們分別對(duì)其做能量求和并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確定一閾值η，閾值判決電路對(duì)收到的信號(hào)跟閾值相比較，如果檢測(cè)到信號(hào)大于η，那么認(rèn)為授權(quán)用戶正在使用該頻段;反之，則授權(quán)用戶沒有使用該頻段。

　　如圖所示為頻譜搬移的過(guò)程：