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基于地面數(shù)字電視廣播頻段的認(rèn)知頻譜感知裝置制造方法

文檔序號:7786997閱讀:217來源:國知局
基于地面數(shù)字電視廣播頻段的認(rèn)知頻譜感知裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種基于地面數(shù)字電視廣播頻段的認(rèn)知頻譜感知裝置,其主要由掃描信道和發(fā)射信道兩個部分組成。掃描信道主要用于對DVB-T頻段進(jìn)行頻率步進(jìn)8Mhz的頻譜感知,分析射頻環(huán)境、判斷授權(quán)用戶的存在和出現(xiàn)。發(fā)射信道利用頻譜感知到的空閑頻段對認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。本實(shí)用新型采用兩種自適應(yīng)動態(tài)頻譜切換模式,用戶可以根據(jù)通信系統(tǒng)的需求控制上位機(jī)選擇合理的頻譜切換模式,從而能夠分析結(jié)果調(diào)整參數(shù)并能采取避讓策略,不會對DVB-T頻段上的授權(quán)用戶造成不能容忍的影響。
【專利說明】基于地面數(shù)字電視廣播頻段的認(rèn)知頻譜感知裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種基于地面數(shù)字電視廣播(DVB-T)頻段的認(rèn)知頻譜感知裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線通信的飛速發(fā)展和應(yīng)用,頻譜資源貧乏的問題日益嚴(yán)重。而傳統(tǒng)的固定頻譜分配方案為各個不同的無線通信系統(tǒng)分別分配專用頻段的分配體制下,作為無線及移動通信重要承載的頻譜資源變得越來越稀缺。為了改變傳統(tǒng)的頻譜資源方式,在時域與空域上充分利用空閑頻譜資源,人們提出了認(rèn)知無線電技術(shù)。
[0003]頻譜感知技術(shù)是認(rèn)知無線電的關(guān)鍵技術(shù)之一。它能夠使無線通信中發(fā)射機(jī)或接收機(jī)具有感知頻譜空洞并且合理利用頻譜空洞的功能,以實(shí)現(xiàn)高效靈活的頻譜資源配置和工作狀態(tài)調(diào)整,是解決頻譜利用率低下的最佳方案之一。因此,在通信系統(tǒng)中實(shí)施頻譜感知技術(shù)成為一種可行方案。對所需要頻段進(jìn)行全方位實(shí)時的頻譜感知,檢測可以利用的頻譜空洞,為根據(jù)通信需求進(jìn)行頻率的選擇和切換奠定了基礎(chǔ)。所以,如何合理地將頻譜感知技術(shù)應(yīng)用到無線通信中,是未來通信發(fā)展的重點(diǎn)所在。
[0004]DVB-T是指數(shù)字地面電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),其頻段范圍為50Mhz-878Mhz,能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的電視信息傳送。在使用過程中,地面數(shù)字電視廣播往往只是使用其中的一部分頻段。在不干擾授權(quán)用戶的基礎(chǔ)上,如果能把處于空閑的頻段充分利用起來,將會極大的提高頻譜利用效率。地面數(shù)字電視廣播信號的頻譜感知技術(shù)能充分利用空閑頻譜信息,建立起可靠的通信信道,實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高速率的通信服務(wù)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于地面數(shù)字電視廣播頻段的認(rèn)知頻譜感知裝置,其具有地面數(shù)字電視廣播全頻段覆蓋、自適應(yīng)的動態(tài)頻譜切換模式、電路設(shè)計(jì)簡單、操作智能、且容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。
[0006]為解決上述問題,本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]基于地面數(shù)字電視廣播頻段的認(rèn)知頻譜感知裝置,主要由掃描信道、發(fā)射信道和上位機(jī)組成;其中
[0008]掃描信道包括射頻接收天線、射頻接收模塊和第一基帶處理模塊;射頻接收天線連接在射頻接收模塊的輸入端上,射頻接收模塊的輸出端接至第一基帶處理模塊的輸入端;射頻接收模塊和第一基帶處理模塊分別與上位機(jī)相互連接;
[0009]發(fā)射信道包括射頻發(fā)射天線、射頻發(fā)射模塊和第二基帶處理模塊;第二基帶處理模塊的輸出端連接射頻發(fā)射模塊的輸入端,射頻發(fā)射天線連接在射頻發(fā)射模塊的輸出端上,上位機(jī)與射頻發(fā)射模塊相互連接。第一基帶處理模塊與第二基帶處理模塊相連接。
[0010]上述裝置中,所述射頻接收模塊主要由第一低通濾波器、低噪聲放大器、第一本振發(fā)生器、第一混頻器、帶通濾波器、第一功率放大器、第二本振發(fā)生器、第二混頻器和自動增益放大器組成;射頻接收天線經(jīng)第一低通濾波器送入低噪聲放大器的輸入端,低噪聲放大器的輸出端連接第一混頻器的一個輸入端,上位機(jī)經(jīng)第一本振發(fā)生器連接第一混頻器的另一個輸入端,第一混頻器的輸出端經(jīng)帶通濾波器連接第一功率放大器的輸入端,第一功率放大器的輸出端連接第二混頻器的一個輸入端,第二本振發(fā)生器連接第二混頻器的另一個輸入端,第二混頻器的輸出端連接第一基帶處理模塊。
[0011]上述裝置中,所述射頻發(fā)射模塊主要由正交調(diào)制器、第二功率放大器、第三本振發(fā)生器、以及3個低通濾波器組成;上位機(jī)經(jīng)第三本振發(fā)生器連接正交調(diào)制器的控制端,正交調(diào)制器的I路信號輸入端經(jīng)第二低通濾波器連接第二基帶處理模塊的I路信號輸出端,正交調(diào)制器的Q路信號輸入端經(jīng)第三低通濾波器連接第二基帶處理模塊的Q路信號輸出端,正交調(diào)制器的輸出端經(jīng)第二功率放大器連接第四低通濾波器與射頻發(fā)射天線相連。
[0012]上述裝置中,所述第一基帶處理模塊由ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器)與第一 FPGA (第一可編程邏輯控制器)組成;射頻接收模塊將接收到的信號經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換后送入第一 FPGA,并在第一FPGA內(nèi)進(jìn)行頻譜感知算法運(yùn)算,判斷檢測頻段是否空閑。程序內(nèi)部采用兩種動態(tài)頻譜切換模式。其與上位機(jī)進(jìn)行連接,由上位機(jī)選擇采用哪種動態(tài)頻譜切換模式。所述第二基帶處理模塊由DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換器)與第二 FPGA (第二可編程邏輯控制器)組成;該基帶處理包括一種或多種調(diào)制方案的處理。第二 FPGA用于對認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整后送入DAC變?yōu)槟M信號后經(jīng)射頻發(fā)射模塊發(fā)射出去。第一 FPGA還與第二 FPGA相連接。
[0013]本實(shí)用新型由掃描信道和發(fā)射信道兩個部分組成。掃描信道主要用于對DVB-T頻段進(jìn)行頻率步進(jìn)8Mhz的頻譜感知,分析射頻環(huán)境、判斷授權(quán)用戶(即DVB-T用戶)的存在和出現(xiàn)。發(fā)射信道利用頻譜感知到的空閑頻段對認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。本實(shí)用新型采用兩種自適應(yīng)動態(tài)頻譜切換模式,用戶可以根據(jù)通信系統(tǒng)的需求控制上位機(jī)選擇合理的頻譜切換模式,從而能夠分析結(jié)果調(diào)整參數(shù)并能采取避讓策略,不會對DVB-T頻段上的授權(quán)用戶造成不能容忍的影響。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1、該頻譜感知系統(tǒng)的射頻前端接收電路采用了第一上變頻的二次變頻方案,并且使用了專門定制設(shè)計(jì)的固定的帶通濾波器與中頻帶通濾波器,從而可以使整個系統(tǒng)具有較好的選擇性和通帶特性,達(dá)到更好的鏡像抑制效果、失真效果更少。
[0016]2、該頻譜感知系統(tǒng)的射頻前端發(fā)射電路采用零中頻結(jié)構(gòu),基帶信號不需要經(jīng)過中頻的變換,只需改變本振頻率,即可直接上變頻到所需的射頻信號。與二次變頻的結(jié)構(gòu)相t匕,零中頻結(jié)構(gòu)簡單很多,省去了中頻,因而也沒有了鏡像的問題,還省去了中頻信道濾波器,提高了系統(tǒng)集成度,節(jié)約了功耗。發(fā)射機(jī)采用零中頻結(jié)構(gòu)非常適合解決發(fā)射頻率需要時刻變換,且濾波器達(dá)不到相應(yīng)變換所導(dǎo)致的鏡像干擾嚴(yán)重的問題。
[0017]3、具有快速準(zhǔn)確的頻譜感知技術(shù)。該頻譜感知系統(tǒng)的射頻前端接收電路細(xì)化了DVB-T頻段,以8MHz帶寬進(jìn)行步進(jìn)制掃頻,通過對整個頻段范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)時的頻譜檢測,動態(tài)地發(fā)現(xiàn)和利用空閑頻譜資源。
[0018]4、實(shí)現(xiàn)了多波段功能的認(rèn)知無線電通用硬件射頻前端。認(rèn)知無線電能夠工作在多個波段的無線信道上,并且能夠根據(jù)無線信道的特征,對平臺的參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)配置。且該頻譜感知系統(tǒng)的射頻前端電路不需要隨頻率變換而進(jìn)行更改,電路設(shè)計(jì)簡單。整個電路上位機(jī)只需控制接收電路的一級本振與發(fā)射電路的本振,即可對整個系統(tǒng)進(jìn)行收發(fā)控制,操作智能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為基于地面數(shù)字電視廣播頻段的認(rèn)知頻譜感知裝置方法及裝置系統(tǒng)框圖;
[0020]圖2為射頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)框圖;
[0021]圖3為射頻發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)框圖;
[0022]圖4為上位機(jī)模塊結(jié)構(gòu)框圖
【具體實(shí)施方式】
[0023]一種基于地面數(shù)字電視廣播頻段的認(rèn)知頻譜感知裝置,如圖1所示,其主要由掃描信道、發(fā)射信道和上位機(jī)組成。掃描信道包括射頻接收天線、射頻接收模塊和第一基帶處理模塊。射頻接收天線連接在射頻接收模塊的輸入端上,射頻接收模塊的輸出端接至第一基帶處理模塊的輸入端。射頻接收模塊和第一基帶處理模塊分別與上位機(jī)相互連接。發(fā)射信道包括射頻發(fā)射天線、射頻發(fā)射模塊和第二基帶處理模塊。第二基帶處理模塊的輸出端連接射頻發(fā)射模塊的輸入端,射頻發(fā)射天線連接在射頻發(fā)射模塊的輸出端上,上位機(jī)與射頻發(fā)射模塊相互連接。第一基帶處理模塊與第二基帶處理模塊相連接。
[0024]所述射頻接收模塊采用二次變頻結(jié)構(gòu),如圖2所示,其主要由第一低通濾波器、低噪聲放大器、第一本振發(fā)生器、第一混頻器、帶通濾波器、第一功率放大器、第二本振發(fā)生器、第二混頻器和自動增益放大器組成;射頻接收天線經(jīng)第一低通濾波器送入低噪聲放大器的輸入端,低噪聲放大器的輸出端連接第一混頻器的一個輸入端,上位機(jī)經(jīng)第一本振發(fā)生器連接第一混頻器的另一個輸入端,第一混頻器的輸出端經(jīng)帶通濾波器連接第一功率放大器的輸入端,第一功率放大器的輸出端連接第二混頻器的一個輸入端,第二本振發(fā)生器連接第二混頻器的另一個輸入端,第二混頻器的輸出端連接第一基帶處理模塊。射頻接收模塊把DVB-T整個頻段以每8MHz設(shè)為一個子頻段單位,設(shè)其為CH1、CH2、CH3……CHn,每一
個子頻段對應(yīng)于一個本振頻率969Mhz、977Mhz、985Mhz......1793Mhz。通過二次混頻,將接收
信號上變頻到高中頻,再下變頻到第二中頻端,從而把整個子頻段頻譜搬移到帶寬為SMhz的中頻附近。
[0025]射頻接收天線接收下來的信號經(jīng)過帶寬900Mhz的第一低通濾波器接收DVB-T頻段的信號。第一低通濾波器對接收信號進(jìn)行濾波。低噪聲放大器對接收的信號進(jìn)行線性放大,低噪聲放大器的放大范圍為50Mhz~878MHz。第一本振發(fā)生器由上位機(jī)控制選擇對應(yīng)的頻段,把要接收的子頻段送入第一混頻器進(jìn)行上變頻,搬移到中心頻率為915MHz帶寬為8MHz的第一高中頻頻段。一個中心頻率為915Mhz帶寬為8MHz的帶通濾波器連接第一混頻器的輸出端。一個功率放大器連接帶通濾波器的輸出端,再經(jīng)第二混頻器進(jìn)行下變頻。第二本振發(fā)生器產(chǎn)生一個固定本振頻率為940Mhz的本振信號使信號下變頻到中心頻率為26Mhz帶寬為8MHz的第二中頻段上。自動增益控制放大器連接著第二混頻器的輸出端。
[0026]所述射頻發(fā)射模塊采用零中頻結(jié)構(gòu),如圖3所示,主要由正交調(diào)制器、第二功率放大器、第三本振發(fā)生器、3個低通濾波器組成,該模塊采用直接變頻結(jié)構(gòu)。上位機(jī)經(jīng)第三本振發(fā)生器連接正交調(diào)制器的LO輸入端,正交調(diào)制器的I路信號輸入端經(jīng)帶寬SMhz第二低通濾波器連接第二基帶處理模塊的I路信號輸出端,正交調(diào)制器的Q路信號輸入端經(jīng)帶寬SMhz第三低通濾波器連接第二基帶處理模塊的Q路信號輸出端,正交調(diào)制器的輸出端經(jīng)第二功率放大器連接帶寬900MHz第四低通濾波器與射頻發(fā)射天線相連。正交調(diào)制器ADL5385輸頻率范圍可以達(dá)到30Mhz至2200Mhz,具有出色的相位精度和幅度平衡,可以為通信系統(tǒng)提供高性能中頻(IF)和直接射頻(RF)調(diào)制。當(dāng)應(yīng)用于零中頻結(jié)構(gòu)時,其輸出頻率為本振頻率的兩倍。射頻發(fā)射模塊的本振頻率輸出端連接正交調(diào)制器的另一個輸入端。上位機(jī)控制第三本振發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的頻率,通過正交調(diào)制器把基帶信號上變頻。第二功率放大器連接正交調(diào)制器的輸出端。天線連接第二功率放大器的輸出端,將變頻后的信號濾波后發(fā)射出去。
[0027]射頻接收模塊的第一和第二本振發(fā)生器是由單片機(jī)和鎖相環(huán)組成,鎖相環(huán)采用的是ADF4350芯片,其輸出頻率范圍為137.5MHz至4400MHz。第一和第二本振發(fā)生器的內(nèi)部包含有寄存器,在單片機(jī)控制下以串行數(shù)據(jù)寫入寄存器中器產(chǎn)生相對應(yīng)的本振頻率。其中第二本振發(fā)生器的第二本振頻率值在裝置運(yùn)行過程中始終固定。而第一本振發(fā)生器的第一本振頻率值在裝置運(yùn)行過程中受控與上位機(jī)且會隨模式一和模式二的不同設(shè)定而持續(xù)發(fā)生變化。射頻發(fā)射模塊的第三本振發(fā)生器由鎖相環(huán)芯片與單片機(jī)組成。第三本振發(fā)生器的第三本振頻率值在裝置運(yùn)行過程中受控與上位機(jī)且會隨模式一和模式二的不同設(shè)定而持續(xù)發(fā)生變化。同一個子頻段所對應(yīng)的第一本振頻率值和第三本振頻率值不同,兩者之間根據(jù)射頻接收模塊和射頻發(fā)射模塊的結(jié)構(gòu)不同而滿足特定的對應(yīng)關(guān)系,該對應(yīng)關(guān)系在裝置設(shè)計(jì)完成后便預(yù)先存儲在上位機(jī)控制器中。
[0028]所述第一基帶處理模塊由模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第一可編程邏輯控制器組成。所述第二基帶處理模塊由數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二可編程邏輯控制器組成。射頻接收模塊的輸出端經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器與第一可編程邏輯控制器的輸入端相連,第一可編程邏輯控制器連接上位機(jī);第二可編程邏輯控制器的輸出端經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接射頻發(fā)射模塊的輸入端,第一可編程邏輯控制器連接第二可編程邏輯控制器。所述第一基帶處理模塊以FPGA為核心,F(xiàn)PGA選用的是ALTERA公司的CycloneII EP2C8Q240C8N芯片,內(nèi)部有足夠的硬件乘法器和存儲單元。其內(nèi)部的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理器主要加載頻譜感知算法對接收的信號進(jìn)行檢測,判斷檢測頻段是否空閑。FPGA模塊中采用了兩種動態(tài)頻譜切換模式,上位機(jī)根據(jù)不同的需求選擇不同的頻譜檢測方式。所述第二基帶處理模塊以FPGA為核心,該基帶處理包括一種或多種調(diào)制方案的處理。用于對認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制后送入DAC變?yōu)槟M信號后經(jīng)射頻發(fā)射模塊發(fā)射出去。
[0029]所述上位機(jī)分別與射頻接收模塊的第一本振發(fā)生器數(shù)據(jù)輸入端、射頻發(fā)射模塊第三本振發(fā)生器數(shù)據(jù)輸入端、第一基帶處理模塊數(shù)據(jù)輸入輸出端連接。模塊內(nèi)包含串口設(shè)置、模式選擇、接收顯示屏、發(fā)射顯示屏、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理控制字。參見圖4。
【權(quán)利要求】
1.基于地面數(shù)字電視廣播頻段的認(rèn)知頻譜感知裝置,其特征是:主要由掃描信道、發(fā)射信道和上位機(jī)組成;其中 掃描信道包括射頻接收天線、射頻接收模塊和第一基帶處理模塊;射頻接收天線連接在射頻接收模塊的輸入端上,射頻接收模塊的輸出端接至第一基帶處理模塊的輸入端;射頻接收模塊和第一基帶處理模塊分別與上位機(jī)相互連接; 發(fā)射信道包括射頻發(fā)射天線、射頻發(fā)射模塊和第二基帶處理模塊;第二基帶處理模塊的輸出端連接射頻發(fā)射模塊的輸入端,射頻發(fā)射天線連接在射頻發(fā)射模塊的輸出端上,上位機(jī)與射頻發(fā)射模塊相互連接; 第一基帶處理模塊與第二基帶處理模塊相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地面數(shù)字電視廣播頻段的認(rèn)知頻譜感知裝置,其特征是:所述射頻接收模塊主要由第一低通濾波器、低噪聲放大器、第一本振發(fā)生器、第一混頻器、帶通濾波器、第一功率放大器、第二本振發(fā)生器、第二混頻器、自動增益放大器、以及中頻帶通濾波器組成;射頻接收天線經(jīng)第一低通濾波器送入低噪聲放大器的輸入端,低噪聲放大器的輸出端連接第一混頻器的一個輸入端,上位機(jī)經(jīng)第一本振發(fā)生器連接第一混頻器的另一個輸入端,第一混頻器的輸出端經(jīng)帶通濾波器連接第一功率放大器的輸入端,第一功率放大器的輸出端連接第二混頻器的一個輸入端,第二本振發(fā)生器連接第二混頻器的另一個輸入端,第二混頻器的輸出端連接第一基帶處理模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地面數(shù)字電視廣播頻段的認(rèn)知頻譜感知裝置,其特征是:所述射頻發(fā)射模塊主要由正交調(diào)制器、第二功率放大器、第三本振發(fā)生器、以及3個低通濾波器組成;上位機(jī)經(jīng)第三本振發(fā)生器連接正交調(diào)制器的控制端,正交調(diào)制器的I路信號輸入端經(jīng)第二低通濾波器連接第二基帶處理模塊的I路信號輸出端,正交調(diào)制器的Q路信號輸入端經(jīng)第三低通濾波器連接第二基帶處理模塊的Q路信號輸出端,正交調(diào)制器的輸出端經(jīng)第二功率放大器連接第四低通濾波器與射頻發(fā)射天線相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地面數(shù)字電視廣播頻段的認(rèn)知頻譜感知裝置,其特征是:所述第一基帶處理模塊由模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第一可編程邏輯控制器組成;所述第二基帶處理模塊由數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二可編程邏輯控制器組成;射頻接收模塊的輸出端經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器與第一可編程邏輯控制器的輸入端相連,第一可編程邏輯控制器連接上位機(jī);第二可編程邏輯控制器的輸出端經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接射頻發(fā)射模塊的輸入端,第一可編程邏輯控制器連接第二可編程邏輯控制器。
【文檔編號】H04B1/04GK203522754SQ201320622077
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】肖海林, 韓霄, 濮錦勝, 王麗元, 閆坤 申請人:桂林電子科技大學(xué)
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