CN203911936U - 用于广播电视白频谱的感知和重构系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种用于广播电视白频谱的感知和重构系统。所述感知和重构系统至少包括：用于感知广播电视信号的感知电路以及与所述感知电路相连接且用于将所述感知电路所感知的可用频段分配给次用户的重构电路。该系统能够对指定区域广播电视波段频谱环境进行精确感知，确认频谱的占用情况，并能实现频谱的重构转发，保证主用户信号正常接收的同时，完成次用户信号的覆盖，同时保持对频谱环境的持续监测，即时根据主用户的变化情况进行重构调整。该系统优选形成了以FPGA为核心运算模块的原型样机，集成了对广播电视白频谱的感知和重构功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及广播电视白频谱感知领域，特别是涉及一种用于广播电视白频谱的感知和重构系统。
背景技术
随着无线通信技术的迅速发展，人们对于频谱资源的需求越来越大，“无线频谱枯竭”现象日趋严重。虽然在信源编码和信道编码技术上已有所突破，能够提高一定的信道负载能力，但是仍然远远滞后于信息量的增长需求。因此，为了满足无线通信流量增长的需求，除了研究如何提高频谱利用率以外，还需要研究如何用足频谱资源。
现有广播电视的UHF波段中，共有DS13～DS48、36个8M带宽的频道用于地面电视业务，频率范围从470～798MHz。虽然，广播电视采用高功率高塔覆盖方式，能使得地面电视信号能快捷且安全覆盖，但高功率高塔覆盖方式在广播电视的频率规划中产生了一些“白频谱”区，属于无法启用的频谱，如何开发和利用广播电视UHF波段的白频谱成为了研究热点。
频谱感知技术是实现白频谱应用的前提和核心技术，认知用户需要利用频谱感知技术侦测授权频段的频率空闲情况，从中找出可使用的信道。当授权用户重新接入时，频谱感知技术要及时检测到并迅速让出占用的频道，切换到其他空闲的频道或中止通信，以避免授权用户受到有害的干扰。
从现有的技术手段来看，频谱感知技术分为单节点检测和协作检测。单节点检测是指每个认知用户独立进行频谱感知并进行判断；协作检测是指多个认知用户分别进行频谱感知后将结果汇总上报给数据中心或认知数据库，由数据中心或认知数据库进行综合判断。单节点检测又细分为能量检测、匹配滤波器检测、循环平稳特征检测、干扰温度检测等。
匹配滤波器检测法是各种感知技术中性能最优的，它能使白频谱终端获得最佳的输出增益。但是匹配滤波器检测法需要知道授权信号的先验信息(调制方式、脉冲波型等)，在实际工程应用中具有很大的局限性。能量检测法实现最为简单，在实际工程应用中使用最为广泛。但能量检测法往往受到信噪比的影响，在低信噪比的条件下检测成功率不高。循环平稳特征检测法不受信噪比的影响，在低信噪比的情况下也具有较高的检测概率。但循环平稳特征检测法计算复杂度高，需要的检测时间较长。本振泄露功率检测和干扰温度检测是基于接收机的检测，不在考虑范围之内。
如何综合各频谱感知技术来实现广播电视信号的感知及重构已成为本领域技术人员需要解决的技术课题。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于广播电视白频谱的感知和重构系统，以实现对指定区域广播电视波段频谱环境进行精确感知，并实现频谱的重构转发。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于广播电视白频谱的感知和重构系统，其至少包括：用于感知广播电视信号的感知电路以及与所述感知电路相连接且用于将所述感知电路所感知的可用频段分配给次用户的重构电路。
优选地，所述感知电路包括：基于能量检测的电路更为优选地，所述感知电路还包括：基于循环平稳过程特征检测的电路。
优选地，所述基于能量检测的电路包括：基于预定双门限阈值来判断待感知的频谱是否可用的判决电路。
优选地，所述感知电路还包括：将待感知的射频信号进行下变频的模拟下变频电路、连接所述模拟下变频电路输出端的模数转换电路、连接所述模数转换电路输出端的数字下变频电路，其输出端连接所述基于能量检测的电路。
优选地，所述重构电路包括地理位置定位单元。
如上所述，本实用新型的用于广播电视白频谱的感知和重构系统，具有以下有益效果：能够对指定区域广播电视波段频谱环境进行精确感知，确认频谱的占用情况，并能实现频谱的重构转发，保证主用户信号正常接收的同时，完成次用户信号的覆盖，同时保持对频谱环境的持续监测，即时根据主用户的变化情况进行重构调整。
附图说明
图1显示为本实用新型的用于广播电视白频谱的感知和重构系统示意图。
图2显示为本实用新型的用于广播电视白频谱的感知和重构系统优选实施例示意图。
元件标号说明
1 感知和重构系统
11 感知电路
12 重构电路
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
如图所示，本实用新型提供一种用于广播电视白频谱的感知和重构系统。所述感知和重构系统1至少包括：感知电路11以及重构电路12。
其中，所述感知电路11用于感知广播电视信号，以确定待感知的频谱是否可用；其中，可用的频谱包括白空信道，优选地，还可包括灰空信道；不可用的频谱包括黑空信道。其中，黑空信道为主用户长期授权信道，白空信道为次用户可长期使用的信道，而灰空信道则需要根据主用户的覆盖时间、覆盖场强、业务类型、同频保护率等信道参数，才能分配给次用户使用。
优选地，所述感知电路11包括：模拟下变频电路、模数转换电路、数字下变频电路以及能量检测的电路。
其中，所述模拟下变频电路用于将待感知的射频信号下变频为预定中频的中频信号；所述模数转换电路将所述模拟下变频电路输出的中频信号转换为数字中频信号；所述数字下变频电路将所述模数转换电路输出的数字中频信号经过变零频、抽取和低通滤波等处理，使中频信号变为低频的基带信号；所述能量检测的电路基于所述数字下变频电路输出的基带信号的能量来判断是否有授权用户出现。
其中，所述模数转换电路可采用demod芯片的内置模数(AD)转换模块，其采用10位的采样位宽和30M的采样频率来进行模数转换；所述数字下变频电路可采用数字下变频专用芯片，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。所述能量检测的电路可采用判决电路。所述判决电路基于预定双门限阈值，例如，来判断待感知的频谱是否可用；即，所述判决电路判断所述数字下变频电路输出的基带信号的能量值高于最高门限时判决频谱已被占用；当判断所述数字下变频电路输出的基带信号的能量值低于最低门限时判决频谱空闲。
优选地，当所述判决电路判断所述数字下变频电路输出的基带信号的能量值介于最高与最低门限之间时，则触发基于循环平稳过程特征检测的电路。
所述循环平稳过程特征检测的电路通过分析频谱相关性函数来提取出待感知的广播信号的特有特征，如正弦波、符号速率以及调制类型等，由此判断待感知的广播信号的主用户的覆盖时间、覆盖场强、业务类型、同频保护率等信道参数。
所述重构电路12与所述感知电路11相连接，用于将所述感知电路11所感知的可用频段分配给次用户。
作为一种优选，所述重构电路12直接将所述判决电路判决为空闲的频谱分配给次用户，以便该次用户通过相应的空闲频谱来接收广播电视信号。
作为另一种优选，所述重构电路12包括地理位置定位单元，例如，全球定位模块，用于定位主用户的地理位置等；由此，所述重构电路12可根据地理位置信息判断授权用户(即主用户)和其他已处于通信状态的白频谱终端是否存在并以此为依据建立可用频道列表；分配可用频道列表时根据优先级进行判断，优先级可分为五级，按照以下策略来划分：
1、主要授权用户的工作频道具有最低优先级，即使该频道处于闲置状态，在有高优先级频道可用的情况下也不进行分配。若找不到高优先级频道必须分配时，则根据主要授权用户频道播出时间信息对使用频道的白频谱终端进行播出时间上的控制；
2、次要授权用户的工作频道具有较低优先级，即使该频道处于闲置状态，在有高优先级频道可用的情况下也不进行分配。若找不到高优先级频道必须分配时，则根据次要授权用户频道播出时间信息对使用频道的白频谱终端进行播出时间上的控制；
3、主要授权用户工作频道的左右邻频频道具有中等优先级，在有高优先级频道可用的情况下不进行分配。若找不到高优先级频道必须分配时，则对白频谱终端进行功率等级的控制以降低对邻频授权用户造成有害干扰；
4、次要授权用户工作频道的左右邻频频道具有较高优先级，在有高优先级频道可用的情况下不进行分配。若找不到高优先级频道必须分配时，则对白频谱终端进行功率等级的控制以降低对邻频授权用户造成有害干扰；
5、除上述频道外的空闲频道具有最高优先级；
6、相邻白频谱终端不分配同频频道；
7、无可用信道时拒绝白频谱终端的接入请求；
8、可用频谱列表的先后顺序可以参考信道历史统计信息进行排序，以帮助白频谱终端缩短频谱感知时间。信道历史统计信息是指白频谱终端取得可用频道列表后经过频谱感知成功建立通信，对其的工作频道和建立通信的时间段进行统计和汇总后得到的信息。
请参阅图2，其为本实用新型的感知和重构系统的另一种优选实施例示意图。该感知和重构系统的基于能量检测的电路、基于循环平稳过程特征检测的电路以及重构电路均基于FPGA来构建。
其中，两块FPGA芯片分别为CycloneIII EP3C40F780C8N和CycloneII EP2C8Q208C8N(以下简称F780和Q208)，分别设置在两个开发板卡上，其中，F780具有射频信号高速采样和读写内存的功能，主要完成整个系统的实时射频信号采集和算法实现的工作，Q208的配置略低，但是所在的板卡板载资源较为丰富，板载资源有VGA接口、按键和七段数码管，主要完成整个系统的控制和输出显示工作，最终将处理结果通过VGA协议输出到显示器，实现频谱的差频重构。
所述感知和重构系统感知频谱的频段为广播电视频段(UHF频段：470～798MHz)，即DS13～DS48共36个8MHz带宽的频道；感知带宽为8MHz，频率分辨率为1KHz，AD采样率为30MHz；采用两块FPGA芯片，有效隔离算法和控制模块，频谱感知和频谱重构的策略都由芯片资源丰富的算法模块完成。
综上所述，本实用新型的用于广播电视白频谱的感知和重构系统能够对指定区域广播电视U波段频谱环境进行精确感知，确认频谱的占用情况，并完成白频谱数据库的建立，最终根据白频谱规划策略，实现频谱的重构转发，保证主用户信号正常接收的同时，完成次用户信号的覆盖，同时保持对频谱环境的持续监测，即时根据主用户的变化情况调整重构策略。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种用于广播电视白频谱的感知和重构系统，其特征在于，所述用于广播电视白频谱的感知和重构系统至少包括：
用于感知广播电视信号的感知电路以及与所述感知电路相连接且用于将所述感知电路所感知的可用频段分配给次用户的重构电路。
2.根据权利要求1所述的用于广播电视白频谱的感知和重构系统，其特征在于：所述感知电路包括：基于能量检测的电路。
3.根据权利要求2所述的用于广播电视白频谱的感知和重构系统，其特征在于：所述感知电路还包括：基于循环平稳过程特征检测的电路。
4.根据权利要求2所述的用于广播电视白频谱的感知和重构系统，其特征在于：所述基于能量检测的电路包括：基于预定双门限阈值来判断待感知的频谱是否可用的判决电路。
5.根据权利要求4所述的用于广播电视白频谱的感知和重构系统，其特征在于：所述感知电路还包括：将待感知的射频信号进行下变频的模拟下变频电路、连接所述模拟下变频电路输出端的模数转换电路、连接所述模数转换电路输出端的数字下变频电路，其输出端连接所述基于能量检测的电路。
6.根据权利要求1所述的用于广播电视白频谱的感知和重构系统，其特征在于：所述重构电路包括地理位置定位单元。
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| CN106850108A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-06-13 | 成都米风通信技术有限公司 | 结合频谱数据库和频谱检测的电视白频谱感知方法 |
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| CN105553582B (zh) * | 2015-12-25 | 2018-06-19 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法 |
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