一種具有認(rèn)知功能的接收機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種具有認(rèn)知功能的接收機(jī)系統(tǒng)，射頻前端模塊經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊連接數(shù)字電路模塊。本實用新型通過在射頻前端引入數(shù)字控制的可寬帶調(diào)諧的射頻預(yù)選濾波器，能有效避免鏡像和諧波干擾，控制方便。同時，將頻譜感知與認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)接收合并一體，能實現(xiàn)頻譜感知與數(shù)據(jù)接收的同時進(jìn)行，并能及時的發(fā)現(xiàn)主用戶信號的介入，避免靜默期，提高通信效率。此外，本實用新型還能提供空閑信道給認(rèn)知用戶，并不斷監(jiān)測當(dāng)前空閑信道。還能在不變本地振蕩器的情況下，對XMHZ內(nèi)的其他子信道進(jìn)行頻譜感知，提供備用信道。當(dāng)主用戶重新占用授權(quán)頻段時，動態(tài)智能的實現(xiàn)空閑信道的實時切換。
【專利說明】一種具有認(rèn)知功能的接收機(jī)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有認(rèn)知功能的接收機(jī)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代通信中，頻譜資源的匱乏和頻譜管理效率的低下成為制約無線通信技術(shù)發(fā)展的瓶頸。而認(rèn)知無線電技術(shù)是解決當(dāng)前問題的一種有效手段。同時，地面數(shù)字電視(DVB-T)作為人們休閑娛樂的一個重要部分，在時間，頻率和空間上存在很多的空閑頻譜。借助認(rèn)知無線電技術(shù)，認(rèn)知用戶可以在非授權(quán)的數(shù)字電視空閑頻譜內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
[0003]地面數(shù)字電視空閑頻譜的利用，首先需要通過頻譜感知確定地面數(shù)字電視的空閑頻譜，然后將感知到的空閑頻譜分配給認(rèn)知用戶使用。認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中采用專用的感知接收機(jī)和數(shù)據(jù)通信接收機(jī)的方案，這不僅增加了系統(tǒng)復(fù)雜度，而且不利于系統(tǒng)集成。因此，提出一種簡單的具有認(rèn)知功能的接收機(jī)系統(tǒng)成為研究的一個新方向。在此基礎(chǔ)上，已被廣泛采用的能量檢測算法，雖然能實現(xiàn)地面數(shù)字廣播頻段的頻譜感知。但是為了確保頻譜感知的可靠性，感知過程需要使用靜默期。在靜默期內(nèi)認(rèn)知用戶必須中斷自身傳輸，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟贿B續(xù)，影響通信效率。再者，如何構(gòu)建頻譜池，動態(tài)的智能的提供空閑備用信道供認(rèn)知用戶使用，也是此接收系統(tǒng)需要解決的問題。也即，當(dāng)主用戶重新占用授權(quán)頻段時，認(rèn)知用戶應(yīng)實時的進(jìn)行信道之間的連續(xù)切換。
[0004]此外，針對地面數(shù)字電視的寬頻段范圍。在實現(xiàn)寬頻段覆蓋的同時，減少鏡像干擾和諧波干擾，也是接收方法和系統(tǒng)需要考慮的一個重點。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有認(rèn)知功能的接收機(jī)系統(tǒng)，其能有效感知地面數(shù)字電視頻段的空閑頻譜，并通過認(rèn)知相應(yīng)的分配空閑頻段進(jìn)行認(rèn)知用戶的數(shù)據(jù)接收，其具備頻譜感知與數(shù)據(jù)接收并行，多個可用信道備用，高性能的特點。
[0006]為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]—種具有認(rèn)知功能的接收機(jī)系統(tǒng)，主要由射頻前端模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊和數(shù)字電路模塊構(gòu)成。射頻前端模塊的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的輸入端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的輸出端連接數(shù)字電路模塊。上述射頻前端包括射頻預(yù)選濾波器、低噪聲放大器、第一本地振蕩器、第一混頻器、帶通濾波器、放大器，第二本地振蕩器、第二混頻器、中頻濾波器和自動增益控制器。外部輸入的DVB-T信號或認(rèn)知用戶信號送入射頻預(yù)選濾波器的輸入端。射頻預(yù)選濾波器的輸出端經(jīng)由低噪聲放大器與第一混頻器模塊的一輸入端相連，第一混頻器的輸出端經(jīng)帶通濾波器輸入到放大器的輸入端，放大器的輸出端連接第二混頻器的一輸入端，第二混頻器的輸出端經(jīng)中頻濾波器與自動增益控制器的輸入端相連。第一本地振蕩器連接第一混頻器的另一輸入端；第二本地振蕩器連接第二混頻器的另一輸入端。自動增益控制器的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的輸入端。上述數(shù)字電路模塊包括第一數(shù)字可調(diào)濾波器、特征檢測電路、頻譜存儲器，開關(guān)電路、第二數(shù)字可調(diào)濾波器、數(shù)字下變頻器、解調(diào)器，時鐘電路和控制單元。模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的輸出端分為兩路，一路經(jīng)第一數(shù)字可調(diào)濾波器連接特征檢測電路的輸入端，特征檢測電路的輸出端連接頻譜存儲器，頻譜存儲器的輸出端連接控制單元的輸入端，由此形成DVB-T信號的感知鏈路；另一路經(jīng)開關(guān)電路連接第二數(shù)字可調(diào)濾波器的輸入端，第二數(shù)字可調(diào)濾波器的輸出端經(jīng)數(shù)字下變頻器連接解調(diào)器的輸入端，解調(diào)器向外部輸出認(rèn)知用戶信號；由此形成認(rèn)知用戶信號的解調(diào)鏈路。時鐘電路與控制單元相連接，控制單元的輸出端連接開關(guān)電路、第二數(shù)字可調(diào)濾波器、數(shù)字下變頻器、第一數(shù)字可調(diào)濾波器、特征檢測電路、射頻預(yù)選濾波器、第一本地振蕩器和外部的認(rèn)知用戶?？刂茊卧饕窃跁r鐘電路控制下，協(xié)調(diào)認(rèn)知用戶、數(shù)字電路模塊和射頻前端模塊的工作。
[0008]上述接收系統(tǒng)中，所述射頻預(yù)選濾波器主要由第一去耦電容電路、第一陷波濾波電路、第一阻抗匹配電路、三階諧振濾波電路、耦合電感電路、第二阻抗匹配電路、第二陷波濾波電路和第二去耦電容電路組成。第一去耦電容電路的輸入端接收外部輸入的射頻信號，第一去稱電容電路的的輸出端經(jīng)第一陷波濾波電路輸入第一阻抗匹配電路的輸入端；第一阻抗匹配電路的正輸出端經(jīng)三階諧振濾波電路與第二阻抗匹配電路的正輸入端相連，第一阻抗匹配電路的負(fù)輸出端與耦合電感電路與第二阻抗匹配電路的負(fù)輸入端相連并接地；第二阻抗匹配電路經(jīng)第二陷波濾波電路連接第二去耦電容電路的輸入端，第二去耦電容電路的輸出端與低噪聲放大器相連。
[0009]上述接收系統(tǒng)中，所述第一數(shù)字可調(diào)濾波器和第二數(shù)字可調(diào)濾波器均采用系數(shù)可變的有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器。
[0010]上述接收系統(tǒng)中，所述特征檢測電路主要由下采樣電路、延遲電路、共軛相乘電路、滑動窗口累加電路和判決電路構(gòu)成。下采樣電路的輸入端與第一數(shù)字可調(diào)濾波器相連，下采樣電路的輸出端經(jīng)延遲電路連接共軛相乘電路的輸入端,共軛相乘電路的輸出端經(jīng)滑動窗口累加電路連接判決電路的輸入端，判決電路的輸出端與頻譜存儲器相連。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)想比，本實用新型具有以下特點:
[0012]1、在射頻前端引入數(shù)字控制的可寬帶調(diào)諧的射頻預(yù)選濾波器，能有效避免鏡像和諧波干擾，控制方便。
[0013]2、將頻譜感知與認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)接收合并一體，能實現(xiàn)頻譜感知與數(shù)據(jù)接收的同時進(jìn)行，并能及時的發(fā)現(xiàn)主用戶信號的介入，避免靜默期，提高通信效率。
[0014]3、能提供空閑信道給認(rèn)知用戶，并不斷監(jiān)測當(dāng)前空閑信道。還能在不變本地振蕩器的情況下，對XMHZ內(nèi)的其他子信道進(jìn)行頻譜感知，提供備用信道。當(dāng)主用戶重新占用授權(quán)頻段時，動態(tài)智能的實現(xiàn)空閑信道的實時切換。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1新型認(rèn)知無線電接收機(jī)結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]圖2為頻段劃分示意圖。
[0017]圖3為射頻預(yù)選濾波器電路圖。
[0018]圖4為特征檢測實現(xiàn)框圖。

【具體實施方式】
[0019]如圖1所示的一種具有認(rèn)知功能的接收機(jī)系統(tǒng)，主要由射頻前端模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊和數(shù)字電路模塊構(gòu)成。射頻前端模塊的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的輸入端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的輸出端連接數(shù)字電路模塊。本實用新型在前端的射頻前端模塊引入了數(shù)字可調(diào)的射頻預(yù)選濾波器。射頻前端模塊的射頻預(yù)選濾波器的作用是對接收射頻信號進(jìn)行預(yù)選濾波，所選濾波帶寬為分段的子頻段帶寬XMHZ，這樣能夠減少系統(tǒng)寬帶接收的鏡像和諧波干擾，并對所需信號帶寬進(jìn)行一個較為準(zhǔn)確的預(yù)選。本接收系統(tǒng)采用超外差結(jié)構(gòu)，以XMHZ為子頻段帶寬，將DVB-T頻段劃分為X個子頻段。通過射頻預(yù)選濾波器對信號進(jìn)行XMHZ的預(yù)選濾波，再通過第一混頻器將其搬移到固定高中頻，經(jīng)過XMHZ高中頻帶通濾波器濾波，再經(jīng)第二混頻器將信號下變頻到低中頻，通過XMHZ低中頻帶通濾波后，直接送入模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊(即A/D)。以YMHZ為子信道帶寬，將每個子頻段劃分為y個子信道。后端的數(shù)字電路模塊的控制單元能有效控制射頻預(yù)選濾波器和第一本地振蕩器選取子頻段，并通過控制感知鏈路的數(shù)字可調(diào)濾波器對子頻段內(nèi)多個信道進(jìn)行逐個感知，并利用所感知出某個空閑子信道進(jìn)行通信。在本實用新型優(yōu)選實施例中，選擇DVB-T的頻段范圍為410-850MHZ，以X =40MHZ劃分為多個子頻段，針對Y = 8MHZ信道帶寬的DVB-T信號，每個子頻段又包括5個子信道。參見圖2。
[0020]上述射頻前端包括射頻預(yù)選濾波器、低噪聲放大器、第一本地振蕩器、第一混頻器、帶通濾波器、放大器，第二本地振蕩器、第二混頻器、中頻濾波器和自動增益控制器。外部輸入的DVB-T信號或認(rèn)知用戶信號送入射頻預(yù)選濾波器的輸入端。射頻預(yù)選濾波器的輸出端經(jīng)由低噪聲放大器與第一混頻器模塊的一輸入端相連，第一混頻器的輸出端經(jīng)帶通濾波器輸入到放大器的輸入端，放大器的輸出端連接第二混頻器的一輸入端，第二混頻器的輸出端經(jīng)中頻濾波器與自動增益控制器的輸入端相連。第一本地振蕩器連接第一混頻器的另一輸入端。第二本地振蕩器連接第二混頻器的另一輸入端。自動增益控制器的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的輸入端。
[0021]在本實用新型優(yōu)選實施例中，射頻預(yù)選濾波器如圖3所示，主要由第一去耦電容電路、第一陷波濾波電路、第一阻抗匹配電路、三階諧振濾波電路、耦合電感電路、第二阻抗匹配電路、第二陷波濾波電路和第二去耦電容電路組成。第一去耦電容電路的輸入端接收外部輸入的射頻信號，第一去稱電容電路的的輸出端經(jīng)第一陷波濾波電路輸入第一阻抗匹配電路的輸入端；第一阻抗匹配電路的正輸出端經(jīng)三階諧振濾波電路與第二阻抗匹配電路的正輸入端相連，第一阻抗匹配電路的負(fù)輸出端經(jīng)耦合電感電路與第二阻抗匹配電路的負(fù)輸入端相連并接地；第二阻抗匹配電路經(jīng)第二陷波濾波電路連接第二去耦電容電路的輸入端，第二去耦電容電路的輸出端與低噪聲放大器相連。去耦電容電路主要是去除外部干擾。陷波濾波電路確保射頻預(yù)選濾波器良好的帶外抑制特性。阻抗匹配電路實現(xiàn)濾波器與前后端電路50歐姆的阻抗匹配，實現(xiàn)功率最大化傳輸。耦合電感電路用于三階諧振電路的耦合，實現(xiàn)所需濾波帶寬。選用三階諧振濾波在保證阻帶抑制的情況下，確保寬帶調(diào)諧范圍和需要的濾波帶寬。該射頻預(yù)選濾波器在410?850MHZ的頻段范圍內(nèi)，3dB信號帶寬40MHZ，隨著頻率增大稍有增大，5.5dB的插入損耗，帶寬內(nèi)插損波動范圍0.5dB，帶外抑制達(dá)到50dB。通過該射頻預(yù)選濾波器能有效抑制子頻段內(nèi)的鏡像干擾和諧波干擾，提高接收信號的質(zhì)量。
[0022]在本實用新型中，采集信號的模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊采用TI公司的ADS4129最大采樣率為250MHZ。在本實用新型優(yōu)選實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的采樣率選擇為200MHZ。
[0023]上述數(shù)字電路模塊包括第一數(shù)字可調(diào)濾波器、特征檢測電路、頻譜存儲器，開關(guān)電路、第二數(shù)字可調(diào)濾波器、數(shù)字下變頻器、解調(diào)器，時鐘電路和控制單元。模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的輸出端分為兩路，一路經(jīng)第一數(shù)字可調(diào)濾波器連接特征檢測電路的輸入端，特征檢測電路的輸出端連接頻譜存儲器，頻譜存儲器的輸出端連接控制單元的輸入端，由此形成DVB-T信號的感知鏈路。另一路經(jīng)開關(guān)電路連接第二數(shù)字可調(diào)濾波器的輸入端，第二數(shù)字可調(diào)濾波器的輸出端經(jīng)數(shù)字下變頻器連接解調(diào)器的輸入端，解調(diào)器向外部輸出認(rèn)知用戶信號。由此形成認(rèn)知用戶信號的解調(diào)鏈路。時鐘電路與控制單元相連接，控制單元的輸出端連接開關(guān)電路、第二數(shù)字可調(diào)濾波器、數(shù)字下變頻器、第一數(shù)字可調(diào)濾波器、特征檢測電路、射頻預(yù)選濾波器、第一本地振蕩器和外部的認(rèn)知用戶。控制單元主要是在時鐘電路控制下，協(xié)調(diào)認(rèn)知用戶、數(shù)字電路模塊和射頻前端模塊的工作。
[0024]在本實用新型優(yōu)選實施例中，第一和第二數(shù)字可調(diào)濾波器采用系數(shù)可變的FIR(有限脈沖響應(yīng))數(shù)字濾波器，通過對濾波器系數(shù)的控制進(jìn)行中心頻率可調(diào)，帶寬一定的數(shù)字濾波。FIR數(shù)字濾波器在保證幅度特性滿足技術(shù)要求的同時，具有嚴(yán)格的線性相位，適合應(yīng)用于本系統(tǒng)。通過事先對濾波器系數(shù)的存儲，可以產(chǎn)生帶寬一定中心頻率可變的多組濾波器。通過濾波器系數(shù)組選擇信號的控制，能夠選擇需要的濾波器系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的細(xì)化頻段濾波工作，實現(xiàn)需要的數(shù)字滑動信道選擇濾波的功能。
[0025]在本實用新型優(yōu)選實施例中，特征檢測電路具體實現(xiàn)框圖4所示，主要由下采樣電路、延遲電路、共軛相乘電路、滑動窗口累加電路和判決電路構(gòu)成。下采樣電路的輸入端與第一數(shù)字可調(diào)濾波器相連，下采樣電路的輸出端經(jīng)延遲電路連接共軛相乘電路的輸入端，共軛相乘電路的輸出端經(jīng)滑動窗口累加電路連接判決電路的輸入端，判決電路的輸出端與頻譜存儲器相連。下采樣電路通過I/Q解調(diào)到基帶，降低采樣速率。延遲電路實現(xiàn)信號有效符號長度的延遲。共軛相乘電路實現(xiàn)延遲信號和當(dāng)前輸入信號的共軛相乘。滑動窗口累加電路實現(xiàn)循環(huán)前綴窗口長度下的數(shù)據(jù)累加求和。判決電路設(shè)定門限判別信號。特征檢測采用基于循環(huán)前綴相關(guān)性的特征檢測方法，該方法既能有效的識別DVB-T信號，又方便硬件實現(xiàn)。
[0026]在本實用新型優(yōu)選實施例中，通過頻譜存儲器對子頻段內(nèi)的X/8個子信道進(jìn)行存儲，并不斷更新。通過控制單元的查詢與選擇選擇空閑信道供解調(diào)鏈路使用，這樣有效的構(gòu)建了小型頻譜池，方便信道的實時切換。
[0027]本實用新型優(yōu)選實施例中，數(shù)字下變頻的數(shù)字本地振蕩器為受控制單元控制的所選空閑信道的中心頻率。
【權(quán)利要求】
1.一種具有認(rèn)知功能的接收機(jī)系統(tǒng)，主要由射頻前端模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊和數(shù)字電路模塊構(gòu)成；射頻前端模塊的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的輸入端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的輸出端連接數(shù)字電路模塊；其特征在于: 上述射頻前端包括射頻預(yù)選濾波器、低噪聲放大器、第一本地振蕩器、第一混頻器、帶通濾波器、放大器，第二本地振蕩器、第二混頻器、中頻濾波器和自動增益控制器；外部輸入的DVB-T信號或認(rèn)知用戶信號送入射頻預(yù)選濾波器的輸入端；射頻預(yù)選濾波器的輸出端經(jīng)由低噪聲放大器與第一混頻器模塊的一輸入端相連，第一混頻器的輸出端經(jīng)帶通濾波器輸入到放大器的輸入端，放大器的輸出端連接第二混頻器的一輸入端，第二混頻器的輸出端經(jīng)中頻濾波器與自動增益控制器的輸入端相連；第一本地振蕩器連接第一混頻器的另一輸入端；第二本地振蕩器連接第二混頻器的另一輸入端；自動增益控制器的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的輸入端； 上述數(shù)字電路模塊包括第一數(shù)字可調(diào)濾波器、特征檢測電路、頻譜存儲器，開關(guān)電路、第二數(shù)字可調(diào)濾波器、數(shù)字下變頻器、解調(diào)器，時鐘電路和控制單元；模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的輸出端分為兩路，一路經(jīng)第一數(shù)字可調(diào)濾波器連接特征檢測電路的輸入端，特征檢測電路的輸出端連接頻譜存儲器，頻譜存儲器的輸出端連接控制單元的輸入端，由此形成DVB-T信號的感知鏈路；另一路經(jīng)開關(guān)電路連接第二數(shù)字可調(diào)濾波器的輸入端，第二數(shù)字可調(diào)濾波器的輸出端經(jīng)數(shù)字下變頻器連接解調(diào)器的輸入端，解調(diào)器向外部輸出認(rèn)知用戶信號；由此形成認(rèn)知用戶信號的解調(diào)鏈路；時鐘電路與控制單元相連接，控制單元的輸出端連接開關(guān)電路、第二數(shù)字可調(diào)濾波器、數(shù)字下變頻器、第一數(shù)字可調(diào)濾波器、特征檢測電路、射頻預(yù)選濾波器、第一本地振蕩器和外部的認(rèn)知用戶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有認(rèn)知功能的接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于: 所述射頻預(yù)選濾波器主要由第一去耦電容電路、第一陷波濾波電路、第一阻抗匹配電路、三階諧振濾波電路、耦合電感電路、第二阻抗匹配電路、第二陷波濾波電路和第二去耦電容電路組成； 第一去耦電容電路的輸入端接收外部輸入的射頻信號，第一去耦電容電路的的輸出端經(jīng)第一陷波濾波電路輸入第一阻抗匹配電路的輸入端；第一阻抗匹配電路的正輸出端經(jīng)三階諧振濾波電路與第二阻抗匹配電路的正輸入端相連，第一阻抗匹配電路的負(fù)輸出端經(jīng)耦合電感電路與第二阻抗匹配電路的負(fù)輸入端相連并接地；第二阻抗匹配電路經(jīng)第二陷波濾波電路連接第二去耦電容電路的輸入端，第二去耦電容電路的輸出端與低噪聲放大器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有認(rèn)知功能的接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于: 所述第一數(shù)字可調(diào)濾波器和第二數(shù)字可調(diào)濾波器均采用系數(shù)可變的有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有認(rèn)知功能的接收機(jī)系統(tǒng)，其特征在于: 所述特征檢測電路主要由下采樣電路、延遲電路、共軛相乘電路、滑動窗口累加電路和判決電路構(gòu)成，下采樣電路的輸入端與第一數(shù)字可調(diào)濾波器相連，下采樣電路的輸出端經(jīng)延遲電路連接共軛相乘電路的輸入端，共軛相乘電路的輸出端經(jīng)滑動窗口累加電路連接判決電路的輸入端，判決電路的輸出端與頻譜存儲器相連。
【文檔編號】H04N5/44GK203942591SQ201420386864
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】肖海林, 賀棟梁, 王成旭, 閆坤, 許旻, 胡立坤 申請人:桂林電子科技大學(xué)