用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)。所述感知和重構(gòu)系統(tǒng)至少包括：用于感知廣播電視信號的感知電路以及與所述感知電路相連接且用于將所述感知電路所感知的可用頻段分配給次用戶的重構(gòu)電路。該系統(tǒng)能夠?qū)χ付▍^(qū)域廣播電視波段頻譜環(huán)境進行精確感知，確認頻譜的占用情況，并能實現(xiàn)頻譜的重構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)，保證主用戶信號正常接收的同時，完成次用戶信號的覆蓋，同時保持對頻譜環(huán)境的持續(xù)監(jiān)測，即時根據(jù)主用戶的變化情況進行重構(gòu)調(diào)整。該系統(tǒng)優(yōu)選形成了以FPGA為核心運算模塊的原型樣機，集成了對廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)功能。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及廣播電視白頻譜感知領(lǐng)域，特別是涉及一種用于廣播電視白頻譜 的感知和重構(gòu)系統(tǒng)。 用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對于頻譜資源的需求越來越大，"無線頻譜枯 竭"現(xiàn)象日趨嚴重。雖然在信源編碼和信道編碼技術(shù)上已有所突破，能夠提高一定的信道 負載能力，但是仍然遠遠滯后于信息量的增長需求。因此，為了滿足無線通信流量增長的需 求，除了研究如何提高頻譜利用率以外，還需要研究如何用足頻譜資源。
[0003] 現(xiàn)有廣播電視的UHF波段中，共有DS13?DS48、36個8M帶寬的頻道用于地面電 視業(yè)務，頻率范圍從470?798MHz。雖然，廣播電視采用高功率高塔覆蓋方式，能使得地面 電視信號能快捷且安全覆蓋，但高功率高塔覆蓋方式在廣播電視的頻率規(guī)劃中產(chǎn)生了一些 "白頻譜"區(qū)，屬于無法啟用的頻譜，如何開發(fā)和利用廣播電視UHF波段的白頻譜成為了研究 執(zhí)占。
[0004] 頻譜感知技術(shù)是實現(xiàn)白頻譜應用的前提和核心技術(shù)，認知用戶需要利用頻譜感知 技術(shù)偵測授權(quán)頻段的頻率空閑情況，從中找出可使用的信道。當授權(quán)用戶重新接入時，頻譜 感知技術(shù)要及時檢測到并迅速讓出占用的頻道，切換到其他空閑的頻道或中止通信，以避 免授權(quán)用戶受到有害的干擾。
[0005] 從現(xiàn)有的技術(shù)手段來看，頻譜感知技術(shù)分為單節(jié)點檢測和協(xié)作檢測。單節(jié)點檢測 是指每個認知用戶獨立進行頻譜感知并進行判斷；協(xié)作檢測是指多個認知用戶分別進行頻 譜感知后將結(jié)果匯總上報給數(shù)據(jù)中心或認知數(shù)據(jù)庫，由數(shù)據(jù)中心或認知數(shù)據(jù)庫進行綜合判 斷。單節(jié)點檢測又細分為能量檢測、匹配濾波器檢測、循環(huán)平穩(wěn)特征檢測、干擾溫度檢測等。
[0006] 匹配濾波器檢測法是各種感知技術(shù)中性能最優(yōu)的，它能使白頻譜終端獲得最佳的 輸出增益。但是匹配濾波器檢測法需要知道授權(quán)信號的先驗信息（調(diào)制方式、脈沖波型 等），在實際工程應用中具有很大的局限性。能量檢測法實現(xiàn)最為簡單，在實際工程應用中 使用最為廣泛。但能量檢測法往往受到信噪比的影響，在低信噪比的條件下檢測成功率不 高。循環(huán)平穩(wěn)特征檢測法不受信噪比的影響，在低信噪比的情況下也具有較高的檢測概率。 但循環(huán)平穩(wěn)特征檢測法計算復雜度高，需要的檢測時間較長。本振泄露功率檢測和干擾溫 度檢測是基于接收機的檢測，不在考慮范圍之內(nèi)。
[0007] 如何綜合各頻譜感知技術(shù)來實現(xiàn)廣播電視信號的感知及重構(gòu)已成為本領(lǐng)域技術(shù) 人員需要解決的技術(shù)課題。 實用新型內(nèi)容
[0008] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種用于廣播電視白 頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)，以實現(xiàn)對指定區(qū)域廣播電視波段頻譜環(huán)境進行精確感知，并實現(xiàn) 頻譜的重構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)。
[0009] 為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實用新型提供一種用于廣播電視白頻譜的感 知和重構(gòu)系統(tǒng)，其至少包括：用于感知廣播電視信號的感知電路以及與所述感知電路相連 接且用于將所述感知電路所感知的可用頻段分配給次用戶的重構(gòu)電路。
[0010] 優(yōu)選地，所述感知電路包括：基于能量檢測的電路更為優(yōu)選地，所述感知電路還包 括：基于循環(huán)平穩(wěn)過程特征檢測的電路。
[0011] 優(yōu)選地，所述基于能量檢測的電路包括：基于預定雙門限閾值來判斷待感知的頻 譜是否可用的判決電路。
[0012] 優(yōu)選地，所述感知電路還包括：將待感知的射頻信號進行下變頻的模擬下變頻電 路、連接所述模擬下變頻電路輸出端的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出端的數(shù) 字下變頻電路，其輸出端連接所述基于能量檢測的電路。
[0013] 優(yōu)選地，所述重構(gòu)電路包括地理位置定位單元。
[0014] 如上所述，本實用新型的用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)，具有以下有益 效果：能夠?qū)χ付▍^(qū)域廣播電視波段頻譜環(huán)境進行精確感知，確認頻譜的占用情況，并能實 現(xiàn)頻譜的重構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)，保證主用戶信號正常接收的同時，完成次用戶信號的覆蓋，同時保持對 頻譜環(huán)境的持續(xù)監(jiān)測，即時根據(jù)主用戶的變化情況進行重構(gòu)調(diào)整。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1顯示為本實用新型的用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)示意圖。
[0016] 圖2顯示為本實用新型的用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)選實施例示 意圖。
[0017] 元件標號說明
[0018] 1 感知和重構(gòu)系統(tǒng)
[0019] 11 感知電路
[0020] 12 重構(gòu)電路

【具體實施方式】
[0021] 以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本 說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點及功效。
[0022] 請參閱圖1至圖2。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用 以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本實用新 型可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小 的調(diào)整，在不影響本實用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本實用新 型所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如"上"、"下"、"左"、 "右"、"中間"及"一"等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實用新型可實施的 范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當亦視為本實用新型可實施的 范疇。
[0023] 如圖所示，本實用新型提供一種用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)。所述感 知和重構(gòu)系統(tǒng)1至少包括：感知電路11以及重構(gòu)電路12。
[0024] 其中，所述感知電路11用于感知廣播電視信號，以確定待感知的頻譜是否可用； 其中，可用的頻譜包括白空信道，優(yōu)選地，還可包括灰空信道；不可用的頻譜包括黑空信道。 其中，黑空信道為主用戶長期授權(quán)信道，白空信道為次用戶可長期使用的信道，而灰空信道 則需要根據(jù)主用戶的覆蓋時間、覆蓋場強、業(yè)務類型、同頻保護率等信道參數(shù)，才能分配給 次用戶使用。
[0025] 優(yōu)選地，所述感知電路11包括：模擬下變頻電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字下變頻電路 以及能量檢測的電路。
[0026] 其中，所述模擬下變頻電路用于將待感知的射頻信號下變頻為預定中頻的中頻信 號；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將所述模擬下變頻電路輸出的中頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號；所述 數(shù)字下變頻電路將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字中頻信號經(jīng)過變零頻、抽取和低通濾波等 處理，使中頻信號變?yōu)榈皖l的基帶信號；所述能量檢測的電路基于所述數(shù)字下變頻電路輸 出的基帶信號的能量來判斷是否有授權(quán)用戶出現(xiàn)。
[0027] 其中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路可采用demod芯片的內(nèi)置模數(shù)（AD)轉(zhuǎn)換模塊，其采用10 位的采樣位寬和30M的采樣頻率來進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；所述數(shù)字下變頻電路可采用數(shù)字下變頻 專用芯片，如 Graychip 公司的 GC1012、GC2041 系列；Harris 公司的 HSP50016、HSP50214 系 列；AD公司的AD6620、AD6621系列等。所述能量檢測的電路可采用判決電路。所述判決電 路基于預定雙門限閾值，例如，來判斷待感知的頻譜是否可用；即，所述判決電路判斷所述 數(shù)字下變頻電路輸出的基帶信號的能量值高于最高門限時判決頻譜已被占用；當判斷所述 數(shù)字下變頻電路輸出的基帶信號的能量值低于最低門限時判決頻譜空閑。
[0028] 優(yōu)選地，當所述判決電路判斷所述數(shù)字下變頻電路輸出的基帶信號的能量值介于 最高與最低門限之間時，則觸發(fā)基于循環(huán)平穩(wěn)過程特征檢測的電路。
[0029] 所述循環(huán)平穩(wěn)過程特征檢測的電路通過分析頻譜相關(guān)性函數(shù)來提取出待感知的 廣播信號的特有特征，如正弦波、符號速率以及調(diào)制類型等，由此判斷待感知的廣播信號的 主用戶的覆蓋時間、覆蓋場強、業(yè)務類型、同頻保護率等信道參數(shù)。
[0030] 所述重構(gòu)電路12與所述感知電路11相連接，用于將所述感知電路11所感知的可 用頻段分配給次用戶。
[0031] 作為一種優(yōu)選，所述重構(gòu)電路12直接將所述判決電路判決為空閑的頻譜分配給 次用戶，以便該次用戶通過相應的空閑頻譜來接收廣播電視信號。
[0032] 作為另一種優(yōu)選，所述重構(gòu)電路12包括地理位置定位單元，例如，全球定位模塊， 用于定位主用戶的地理位置等；由此，所述重構(gòu)電路12可根據(jù)地理位置信息判斷授權(quán)用戶 (即主用戶）和其他已處于通信狀態(tài)的白頻譜終端是否存在并以此為依據(jù)建立可用頻道列 表；分配可用頻道列表時根據(jù)優(yōu)先級進行判斷，優(yōu)先級可分為五級，按照以下策略來劃分：
[0033] 1、主要授權(quán)用戶的工作頻道具有最低優(yōu)先級，即使該頻道處于閑置狀態(tài)，在有高 優(yōu)先級頻道可用的情況下也不進行分配。若找不到高優(yōu)先級頻道必須分配時，則根據(jù)主要 授權(quán)用戶頻道播出時間信息對使用頻道的白頻譜終端進行播出時間上的控制；
[0034] 2、次要授權(quán)用戶的工作頻道具有較低優(yōu)先級，即使該頻道處于閑置狀態(tài)，在有高 優(yōu)先級頻道可用的情況下也不進行分配。若找不到高優(yōu)先級頻道必須分配時，則根據(jù)次要 授權(quán)用戶頻道播出時間信息對使用頻道的白頻譜終端進行播出時間上的控制；
[0035] 3、主要授權(quán)用戶工作頻道的左右鄰頻頻道具有中等優(yōu)先級，在有高優(yōu)先級頻道可 用的情況下不進行分配。若找不到高優(yōu)先級頻道必須分配時，則對白頻譜終端進行功率等 級的控制以降低對鄰頻授權(quán)用戶造成有害干擾；
[0036] 4、次要授權(quán)用戶工作頻道的左右鄰頻頻道具有較高優(yōu)先級，在有高優(yōu)先級頻道可 用的情況下不進行分配。若找不到高優(yōu)先級頻道必須分配時，則對白頻譜終端進行功率等 級的控制以降低對鄰頻授權(quán)用戶造成有害干擾；
[0037] 5、除上述頻道外的空閑頻道具有最高優(yōu)先級；
[0038] 6、相鄰白頻譜終端不分配同頻頻道；
[0039] 7、無可用信道時拒絕白頻譜終端的接入請求；
[0040] 8、可用頻譜列表的先后順序可以參考信道歷史統(tǒng)計信息進行排序，以幫助白頻譜 終端縮短頻譜感知時間。信道歷史統(tǒng)計信息是指白頻譜終端取得可用頻道列表后經(jīng)過頻譜 感知成功建立通信，對其的工作頻道和建立通信的時間段進行統(tǒng)計和匯總后得到的信息。
[0041] 請參閱圖2,其為本實用新型的感知和重構(gòu)系統(tǒng)的另一種優(yōu)選實施例不意圖。該感 知和重構(gòu)系統(tǒng)的基于能量檢測的電路、基于循環(huán)平穩(wěn)過程特征檢測的電路以及重構(gòu)電路均 基于FPGA來構(gòu)建。
[0042] 其中，兩塊 FPGA 芯片分別為 Cyclonelll EP3C40F780C8N 和 Cyclonell EP2C8Q208C8N (以下簡稱F780和Q208)，分別設置在兩個開發(fā)板卡上，其中，F(xiàn)780具有射頻 信號高速采樣和讀寫內(nèi)存的功能，主要完成整個系統(tǒng)的實時射頻信號采集和算法實現(xiàn)的工 作，Q208的配置略低，但是所在的板卡板載資源較為豐富，板載資源有VGA接口、按鍵和七 段數(shù)碼管，主要完成整個系統(tǒng)的控制和輸出顯示工作，最終將處理結(jié)果通過VGA協(xié)議輸出 到顯示器，實現(xiàn)頻譜的差頻重構(gòu)。
[0043] 所述感知和重構(gòu)系統(tǒng)感知頻譜的頻段為廣播電視頻段（UHF頻段：470?798MHz)， 即DS13?DS48共36個8MHz帶寬的頻道；感知帶寬為8MHz，頻率分辨率為lKHz，AD采樣 率為30MHz ;采用兩塊FPGA芯片，有效隔離算法和控制模塊，頻譜感知和頻譜重構(gòu)的策略都 由芯片資源豐富的算法模塊完成。
[0044] 綜上所述，本實用新型的用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)能夠?qū)χ付▍^(qū)域 廣播電視U波段頻譜環(huán)境進行精確感知，確認頻譜的占用情況，并完成白頻譜數(shù)據(jù)庫的建 立，最終根據(jù)白頻譜規(guī)劃策略，實現(xiàn)頻譜的重構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)，保證主用戶信號正常接收的同時，完 成次用戶信號的覆蓋，同時保持對頻譜環(huán)境的持續(xù)監(jiān)測，即時根據(jù)主用戶的變化情況調(diào)整 重構(gòu)策略。所以，本實用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0045] 上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新 型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行 修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精 神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于，所述用于廣播電視白頻 譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)至少包括： 用于感知廣播電視信號的感知電路以及與所述感知電路相連接且用于將所述感知電 路所感知的可用頻段分配給次用戶的重構(gòu)電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于：所述 感知電路包括：基于能量檢測的電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于：所述 感知電路還包括：基于循環(huán)平穩(wěn)過程特征檢測的電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于：所述 基于能量檢測的電路包括：基于預定雙門限閾值來判斷待感知的頻譜是否可用的判決電 路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于：所述 感知電路還包括：將待感知的射頻信號進行下變頻的模擬下變頻電路、連接所述模擬下變 頻電路輸出端的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出端的數(shù)字下變頻電路，其輸出 端連接所述基于能量檢測的電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于廣播電視白頻譜的感知和重構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于：所述 重構(gòu)電路包括地理位置定位單元。
【文檔編號】H04B17/00GK203911936SQ201420264792
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】戴懿賀, 王斌, 殷豪, 蔣萍 申請人:上海東方明珠廣播電視研究發(fā)展有限公司