CN101729466B - 对有尖峰干扰的空白频谱进行检测和使用的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对有尖峰干扰的空白频谱进行检测和使用的装置及方法。本发明的检测装置包括下变频器、模数转换器和移位滤波器组，所述下变频、模数转换器和移位滤波器组依次连接在一起。本发明的检测和使用装置包括下变频、模数转换器、移位滤波器组、调制预处理模块和正交频分复用调制模块，所述包括下变频、模数转换器、移位滤波器组、调制预处理模块和正交频分复用调制模块依次连接在一起。本发明针对空白频谱的带宽的不确定性，可有效使用有尖峰干扰的空白频谱，成本低；其中的移位滤波器组可以实现带宽动态变化的空白频谱内的尖峰干扰的自动检测。

Description

对有尖峰干扰的空白频谱进行检测和使用的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种对有尖峰干扰的空白频谱进行检测和使用的装置及方法，涉及认知无线电技术领域、OFDM系统，以及滤波器组在无线信号检测中的应用。

背景技术

自从20世纪70年代人们提出子带数字信号处理以来，在几十年的发展过程中，滤波器组的研究经历了从基础理论分析到各种理论的丰富完善，发展到现在已经产生了多种子带滤波器组理论、结构和设计方法，其应用也从最初的语音处理扩展到通信、图像编码/压缩、自适应滤波、雷达、快速计算、系统辨识、噪声消除等许多领域。滤波器组一般包括分析滤波器组和综合滤波器组，在使用滤波器组进行信号的发送接收时，需要考虑信号的重建问题。但滤波器组用于信号检测，特别是认知无线电中的信号检测时，只需要用到分析滤波器组即可，即不需要考虑信号的重建问题。但传统的滤波器组无法适用于频谱带宽动态变化的信号检测，因为滤波器组的总的带宽是固定的，而空白频谱的带宽大小是不固定的。因此，传统的滤波器组无法用于检测带宽大小不固定的空白频谱。

OFDM(正交频分复用调制)是一种无线环境下的高速传输技术，该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠，但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。但空白频谱内存在尖峰干扰，基于OFDM的用户在使用这些空白频谱时，需要置零一些子载波以避开尖峰干扰。现有的OFDM模块并没有根据空白频谱内的尖峰干扰信息自动置零子载波的功能。

在无线电视广播频段中，由于电视台对频段的使用率不高以及由模拟电视向数字电视的转化，在电视频段中会出现可以被其他用户使用的空白频谱，但这些空白频段中会分布有尖峰干扰，如何检测这些尖峰干扰并且在使用过程中避开干扰所在的频率，目前并没有相应的解决方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对有尖峰干扰的空白频谱进行检测和使用的装置及方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

本发明对有尖峰干扰的空白频谱进行检测的装置主要包括下变频器、模数转换器和移位滤波器组，所述下变频、模数转换器和移位滤波器组依次连接在一起。

进一步地，本发明所述移位滤波器组包括延时器组、滤波器组、移位器、快速傅里叶反变换模块和判决器，所述延时器组、滤波器组、移位器、快速傅里叶反变换模块和判决器依次连接在一起，所述延时器组与模数转换器连接。

本发明的对有尖峰干扰的空白频谱进行检测和使用的装置主要包括下变频、模数转换器、移位滤波器组、调制预处理模块和正交频分复用调制模块，所述包括下变频、模数转换器、移位滤波器组、调制预处理模块和正交频分复用调制模块依次连接在一起。

进一步地，本发明所述移位滤波器组包括延时器组、滤波器组、移位器、快速傅里叶反变换模块和判决器，所述延时器组、滤波器组、移位器、快速傅里叶反变换模块和判决器依次连接在一起，所述延时器组与模数转换器连接，判决器与调制预处理模块连接。

使用本发明装置对有尖峰干扰的空白频谱进行检测和使用的方法主要包括如下步骤：

(1)利用天线接收空白频谱的信号，然后通过下变频器变换到基带，得到基带模拟信号；

(2)利用模数转换器对所述基带模拟信号进行采样量化，得到基带数字信号；

(3)利用移位滤波器组对基带数字信号进行检测，得到整个空白频谱内的尖峰干扰信息；

(4)调制预处理模块根据所述尖峰干扰信息，对用户需要发送的串行数据进行插零操作，得到预处理后的串行数据；

(5)将预处理后的串行数据通过正交频分复用调制模块进行调制并发送。

进一步地，本发明所述步骤(3)包括：

a)根据用户正交频分复用调制的子载波间隔设置移位滤波器组的子带带宽；

b)根据所述移位滤波器组的子带带宽和预先设置的子带数确定移位滤波器组中移位器的频移参数；

c)根据所述移位滤波器组的子带带宽、子带数以及空白频谱的带宽确定检测整个空白频谱所需的移位次数；

d)根据检测整个空白频谱所需的移位次数，移位滤波器组对基带数字信号进行检测和对自身频移，得到整个空白频谱内的尖峰干扰信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明针对空白频谱的带宽的不确定性，可有效使用有尖峰干扰的空白频谱。

(2)移位滤波器组可以实现带宽动态变化的空白频谱内的尖峰干扰的自动检测，并且其检测结果即为需要置零的OFDM的子载波的序号。

(3)由于调制预处理模块的输出即为OFDM调制模块的输入，子载波置零的信息已经包含在调制预处理模块输出的串行数据中，本发明不需要对现有的OFDM的调制解调模块作改变，成本低。

附图说明

图1是本发明对有尖峰干扰的空白频谱进行检测和使用的装置的工作连接示意框图。

图2是本发明中用于检测空白频谱内尖峰干扰的移位滤波器组的结构示意框图。

图3是本发明的移位滤波器组中的移位器的结构示意框图。

图4是本发明的移位滤波器组中的判决器的一种实施方式的结构示意图。

图5是本发明的移位滤波器组的一种实施方式的结构原理图。

图6是本发明调制预处理模块的一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明对有尖峰干扰的空白频谱进行检测的装置主要由下变频器、模数转换器和移位滤波器组组成，下变频器、模数转换器和移位滤波器组依次连接在一起。其中，移位滤波器组可以实现对整个空白频谱内尖峰干扰信息的检测。图2示出了本发明移位滤波器组的一种结构，该移位滤波器组主要由延时器组501、滤波器组502、移位器503、快速傅里叶反变换模块(IFFT)504和判决器505依次连接在一起组成。其中，延时器组501由一组延时器组成，滤波器组502由一组滤波器组成，延时器组501和滤波器组502结合在一起的主要作用是将输入的基带数字信号分为一组子带信号。参看图3，移位器503由一组乘法器组成，该移位器503的作用是对移位滤波器组进行频移，使得移位滤波器组可以检测空白频谱内不同频率范围的尖峰干扰信息。如图3所示，移位器503对滤波器组502中的每个滤波器乘上一个频移参数，实现对每个滤波器的频谱搬移。判决器505的作用是对IFFT504输出的一组信号进行判决，以决定移位滤波器组的哪些子带中有尖峰干扰出现。图4为判决器505的一种实施方式的结构示意图，是基于移位滤波器组的子带内信号能量判决的一种判决器。其中，∑||²表示对移位滤波器组的子带信号进行能量计算，然后由门限比较得出移位滤波器组的子带内有无尖峰干扰的信息。图5是本发明的移位滤波器组的一种实施方式的结构原理图。其中，滤波器组502为多相结构实现的滤波器组；在移位器503中，e^jk为频移参数，每个多相分量E_i(z^M)，i＝0，1，2...，M-1后有一个频移参数e^jk，其作用是将滤波器组502做频移，频移的大小为滤波器组502的总带宽，用于检测不同频段上的空白频谱的尖峰干扰情况。

图6示出了本发明调制预处理模块的一种实施方式的结构示意图。该调制预处理模块由相互连接的两个移位寄存器组成。

在检测空白频谱内的尖峰干扰时，为方便根据检测结果对OFDM的子载波进行置零，本发明将移位滤波器组的子带带宽设置为与OFDM的子载波间隔Δf一样，这样，检测到有尖峰干扰出现的子带序号即为需要置零的子载波的序号。

本发明检测尖峰干扰的步骤包括：

(1)利用天线接收空白频谱的信号，然后通过下变频器变换到基带，得到基带模拟信号；

(2)利用模数转换器对所述基带模拟信号进行采样量化，得到基带数字信号；

(3)利用移位滤波器组对基带数字信号进行检测，得到整个空白频谱内的尖峰干扰信息，具体如下：

a)根据用户OFDM的子载波间隔设置移位滤波器组的子带带宽。设OFDM的子载波间隔为Δf，子载波间隔可以由空白频谱带宽W和使用的子载波的数目N来确定，即Δf＝W/N，则设置滤波器组的子带带宽为Δf，子带数M取2的整数次幂，即M＝2^m，m为正整数，则滤波器组的总带宽为M×Δf，也即移位滤波器组的一次检测可以得到空白频谱内的M×Δf大小的带宽的尖峰干扰情况。

b)根据移位滤波器组的子带带宽和预先设置的移位滤波器组的子带数确定移位滤波器组中移位器的频移参数，即每次移位将子带移动的大小为移位滤波器组的总带宽M×Δf，也即频移参数e^jk中的k为2πM×Δf。

移位滤波器组的子带数只要在利用移位滤波器组对基带数字信号进行检测之前预先设置即可。当移位滤波器组为如图2所示的结构时，移位滤波器组的子带数设定为2的整数次幂。

c)根据空白频谱的带宽、移位滤波器组的子带带宽和子带数可以得到移位滤波器组检测整个空白频谱内的尖峰干扰需要的移位次数为

在

中，[]的作用是：若为整数，则保持原值不作操作；若

为小数，则取其整部后加1；检测到有尖峰干扰的子带序号即为需要置零的OFDM子载波的序号。对于每一次移位检测，根据滤波器组的子带数M和移位次数n，可以确定该次检测中子带的序号范围为：Mn～M(n+1)-1，n＝0，1，2，…， $\left[\frac{W}{M\×\mathrm{\Δf}}\right].$

d)根据检测整个空白频谱所需的移位次数，移位滤波器组对基带信号进行检测，每次检测可以得到一部分空白频谱内的尖峰干扰信息。每次检测得到一部分空白频谱的尖峰干扰信息后，移位滤波器组自身进行频移，以检测其余空白频谱内的尖峰干扰信息，直至检测得到整个空白频谱内的尖峰干扰信息。

当本发明检测得到整个空白频谱内的尖峰干扰信息后，可对有尖峰干扰的空白频谱进行使用。本发明对有尖峰干扰的空白频谱进行检测和使用的装置由下变频、模数转换器、移位滤波器组、调制预处理模块和正交频分复用调制模块依次连接在一起构成。其中，正交频分复用调制模块(OFDM模块)可使用maxim公司的MAX2990OFDM芯片。

本发明可按如下步骤对有尖峰干扰的空白频谱进行使用：

(i)调制预处理模块根据所述尖峰干扰信息，对用户需要发送的串行数据进行插零操作，得到预处理后的串行数据；

(ii)将预处理后的串行数据通过正交频分复用调制模块进行调制并发送。

当调制预处理模块为图6所示出的结构时，具体工作流程为：用户需要发送的串行数据首先输入到移位寄存器1，然后移位寄存器2根据移位滤波器组得到的尖峰干扰信息，对从移位寄存器1输入到移位寄存器2的串行数据进行插零。根据OFDM中不同的调制方式，插零的方式也有所不同。如对于BPSK调制，则每个输入的数据代表一个子载波，对于需要置零的子载波，插零的个数为1个；再如对于16QAM，则每4连续的串行数据代表一个子载波，对于每个需要置零的子载波，插零的个数为4个，对于其他的调制方式，也以此类推。

Claims (2)

1.一种对有尖峰干扰的空白频谱进行检测和使用的装置，其特征是：包括下变频器、模数转换器、移位滤波器组、调制预处理模块和正交频分复用调制模块，所述下变频器、模数转换器、移位滤波器组、调制预处理模块和正交频分复用调制模块依次连接在一起；其中，

下变频器用于将空白频谱的信号转换为基带模拟信号；

模数转换器用于将所述基带模拟信号进行采样量化而得到基带数字信号；

移位滤波器组用于根据检测整个空白频谱所需的移位次数对所述基带数字信号进行检测和对自身频移而得到整个空白频谱内的尖峰干扰信息，其中，检测整个空白频谱所需的移位次数根据移位滤波器组的子带带宽、预先设置的子带数以及空白频谱的带宽确定，所述移位滤波器组的子带带宽根据用户正交频分复用调制的子载波间隔设置，移位滤波器组中移位器的频移参数根据移位滤波器组的子带带宽和预先设置的子带数确定；所述移位滤波器组包括延时器组、滤波器组、移位器、快速傅里叶反变换模块和判决器，所述延时器组、滤波器组、移位器、快速傅里叶反变换模块和判决器依次连接在一起，所述延时器组与模数转换器连接，判决器与调制预处理模块连接；所述延时器组由一组延时器组成，滤波器组由一组滤波器组成，延时器组和滤波器组结合在一起用于将输入的基带数字信号分为一组子带信号；所述移位器由一组乘法器组成，移位器通过对滤波器组中的每个滤波器乘上一个频移参数而实现对每个滤波器的频谱搬移，使得移位滤波器组能够检测空白频谱内不同频率范围的尖峰干扰信息；所述判决器用于对快速傅里叶反变换模块输出的子带信号进行能量计算，然后由门限比较得出移位滤波器组的子带内有无尖峰干扰的信息；

调制预处理模块用于根据所述尖峰干扰信息，对用户需要发送的串行数据进行插零操作，得到预处理后的串行数据；

正交频分复用调制模块用于将所述预处理后的串行数据进行调制并发送。

2.一种使用权利要求1的装置对有尖峰干扰的空白频谱进行检测和使用的方法，其特征是包括如下步骤：

（1）利用天线接收空白频谱的信号，然后通过下变频器变换到基带，得到基带模拟信号；

（2）利用模数转换器对所述基带模拟信号进行采样量化，得到基带数字信号；

（3）利用移位滤波器组对基带数字信号进行检测，得到整个空白频谱内的尖峰干扰信息；

（4）调制预处理模块根据所述尖峰干扰信息，对用户需要发送的串行数据进行插零操作，得到预处理后的串行数据；

（5）将预处理后的串行数据通过正交频分复用调制模块进行调制并发送；

其中，所述步骤（3）包括：

a）根据用户正交频分复用调制的子载波间隔设置移位滤波器组的子带带宽；

　　 b）根据所述移位滤波器组的子带带宽和预先设置的子带数确定移位滤波器组中移位器的频移参数；

     c）根据所述移位滤波器组的子带带宽、子带数以及空白频谱的带宽确定检测整个空白频谱所需的移位次数；

     d）根据检测整个空白频谱所需的移位次数，移位滤波器组对基带数字信号进行检测和对自身频移，得到整个空白频谱内的尖峰干扰信息。

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