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認(rèn)知無線電的頻譜檢測的FPGA實現(xiàn)

2017-11-09 | rar | 0.5 MB | 次下載 | 免費

資料介紹

項目背景
  項目名稱:認(rèn)知無線電的頻譜檢測
  項目背景:隨著無線通信需求的不斷增長,可用的頻譜資源越來越少,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)頻段尤其是信號傳播特性較好的低頻段的頻譜利用率極低。認(rèn)知無線電技術(shù)為解決頻譜利用率低的問題提供了行之有效的方法。由于認(rèn)知無線電在使用空閑頻段進(jìn)行通信的同時不斷地檢測授權(quán)用戶的出現(xiàn),一旦檢測到授權(quán)用戶要使用該頻段,認(rèn)知無線電用戶便自動退出并轉(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,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。
  項目內(nèi)容:本次課題主要研究認(rèn)知無線電頻譜檢測的FPGA實現(xiàn)。目前最為常用的認(rèn)知無線電頻譜檢測方法是能量檢測。我們將一路電視信號下變頻至基帶信號再進(jìn)入電路調(diào)理模塊對信號進(jìn)行50歐匹配,并對信號進(jìn)行放大,然后用寬帶A/D對信號進(jìn)行采樣,將采樣后的數(shù)字信號做8點FFT運(yùn)算,再通入能量和累加電路,最后通過能量閾值判決電路,判斷頻帶的利用情況,從而找到頻譜空穴,為認(rèn)知無線電的功能實現(xiàn)打下基礎(chǔ)。
  項目難點:(1)高效低成本的FFT模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。
  (2)累加器和閾值判決電路模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。
  項目的開發(fā)意義:認(rèn)知無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,是認(rèn)知無線電系統(tǒng)實現(xiàn)的前提之一。
  硬件開發(fā)平臺:Spartan 3E Board
  頻譜感知的背景知識
  本次設(shè)計以四通道的電視信號為例進(jìn)行實現(xiàn),在我國一路電視信號的傳輸需要8M的帶寬,那么傳輸四路電視信號需要32M的帶寬才能實現(xiàn)。
  我們將該四路電視信號進(jìn)行復(fù)信號處理和頻譜搬移,使其生成I,Q兩路正交信號,其AD頻率采樣為32MHZ,為了檢測各個通道的頻譜利用情況,我們對復(fù)信號做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,然后我們分別對其做能量求和并進(jìn)行實時監(jiān)測,確定一閾值η,閾值判決電路對收到的信號跟閾值相比較,如果檢測到信號大于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程:
  認(rèn)知無線電的頻譜檢測的FPGA實現(xiàn)
  初步擬定硬件方案
  (1)整體方案框圖
  認(rèn)知無線電的頻譜檢測的FPGA實現(xiàn)
  本次設(shè)計使用8點的FFT設(shè)計,因此我們需要3級基2點的FFT運(yùn)算,共有4個旋轉(zhuǎn)因子需要存儲,依據(jù)項目難點我們主要對FFT模塊的設(shè)計進(jìn)行逐層細(xì)化:
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