CN203942536U

CN203942536U - 基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统

Info

Publication number: CN203942536U
Application number: CN201420386863.2U
Authority: CN
Inventors: 肖海林; 王成旭; 刘彩丽; 贺栋梁; 闫坤; 胡立坤
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2024-07-14

Abstract

本实用新型公开一种基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，主要由基站中心处理器、射频前端、基带处理模块、基站通信机、认知中心处理器、认知通信机和认知用户组成；射频前端的数据输出端与基带处理模块相连；基站中心处理器分别连接射频前端的射频前端本振、基带处理模块和基站通信机；认知中心处理器分别连接认知用户的认知用户本振和认知通信机；基站通信机与认知通信机通过天线相连。本实用新型能对DVB-T频段全频段检测，自适应的切换频段，准确实时的找出空闲频段并分配给各个认知用户使用。在此基础上，本实用新型还能检测到授权用户的出现并使认知用户及时退出并切换到其他空闲频段。

Description

基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统。

背景技术

当前，无线通信设备迅速增加，可用于无线通信的频谱资源却日趋稀少，频谱资源已愈加珍贵。但在授权频段却存在大量的“频谱空洞”，这些“频谱空洞”在大部分时间中没有授权用户使用，如何利用这些“频谱空洞”便成为一个研究热点。认知无线电频谱检测技术因此应运而生，该技术允许未授权用户(认知用户)在授权用户未使用“频谱空洞”的情况下，可利用授权用户频段进行通信。如何检测授权用户未使用的空闲频段就成为一个重要的研究点，同时在检测到空闲频段后，如何将这些空闲频段分配给需要通信的认知用户也十分重要。DVB-T是指数字地面电视广播系统标准，其频段范围为50～878Mhz，DVB-T频段往往只在某一时段被占用，某些频段长时间得不到充分的利用。因此，在不干扰DVB-T频段授权用户的情况下，将空闲频段充分利用起来，能很大程度上提高频谱利用率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，其能对DVB-T频段全频段检测，自适应的切换频段，准确实时的找出空闲频段并分配给各个认知用户使用。在此基础上，本实用新型还能检测到授权用户的出现并使认知用户及时退出并切换到其他空闲频段。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

基于上述方法所设计的基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，主要由基站中心处理器、射频前端、基带处理模块、基站通信机、认知中心处理器、认知通信机和认知用户组成；射频前端的数据输出端与基带处理模块相连；基站中心处理器分别连接射频前端的射频前端本振、基带处理模块和基站通信机；认知中心处理器分别连接认知用户的认知用户本振和认知通信机；基站通信机与认知通信机通过天线相连。

上述方案中，所述射频前端主要由射频天线、前低通滤波器、低噪声放大器、衰减器、第二级放大器、混频器、射频前端本振、后低通滤波器和自动增益控制器顺序连接组成；射频天线的输出端连接前低通滤波器的输入端；前低通滤波器的输出端连接低噪声放大器的输入端；低噪声放大器的输出端经衰减器与第二级放大器的输入端相连；第二级放大器的输出端连接混频器的一输入端，基站中心处理器经射频前端本振连接混频器的另一输入端；混频器的输出端分为I、Q两路输出端，I、Q两路输出端各经后低通滤波器和自动增益控制器后，与基带处理模块的一路输入端相连。

上述方案中，所述基带处理模块内设有空闲频段频谱池存储器和已分配频段频谱池存储器。

上述方案中，所述I、Q两路输出端各接有2级自动增益控制器，接I、Q两路输出端各连接第一级自动增益放大器的输入端，第一级自动增益放大器的输出端经后低通滤波器与第二级自动增益放大器的输入端相连。

上述方案中，所述认知通信机和基站通信机均为2.4G通信机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、该频谱检测分配系统的射频前端采用零中频结构，只需通过中心处理器控制本振输出不同频率便可将不同频点直接混频到基带，相比二次变频结构减少了很多元器件，节省了成本，提高了系统集成度；同时也解决了二次变频存在的镜像干扰问题。

2、采用了两个频谱池，可以自动读出哪些频段空闲，哪些频段被认知用户和授权用户占用，频谱池可以自动更新。根据频谱池内的空闲频段进行动态频谱分配，多个认知用户之间便可进行通信；在授权用户返回后，基站能迅速检测到授权用户并通知认知用户及时退出频段并切换到其他空闲频段。

3、充分利用了现有的能量检测算法和循环前缀检测算法的特性，在不同的情况下选择不同的检测方法，不仅能提高检测精度，还能有效的节省检测时间。

4、认知用户在需要通信前无需进行频谱检测，只需要发起请求便可接收到来自基站发送的空闲频段信息，延长了认知用户的通信时间，从而提高了对空闲频谱的利用率。

附图说明

图1是基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统的整体框图。

图2是射频前端的连接框图。

具体实施方式

基于上述方法所设计的基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，如图1所示，主要由基站中心处理器、射频前端、基带处理模块、基站通信机、认知中心处理器、认知通信机和认知用户组成。射频前端的数据输出端与基带处理模块相连；基站中心处理器分别连接射频前端的射频前端本振、基带处理模块和基站通信机；认知中心处理器分别连接认知用户的认知用户本振和认知通信机；基站通信机与认知通信机通过天线相连。

射频前端采用零中频结构将射频信号搬移到零频，如图2所示，射频前端主要由射频天线、前低通滤波器、低噪声放大器、衰减器、第二级放大器、混频器、射频前端本振、后低通滤波器和自动增益控制器顺序连接组成。射频天线的输出端连接前低通滤波器的输入端；前低通滤波器的输出端连接低噪声放大器的输入端；低噪声放大器的输出端经衰减器与第二级放大器的输入端相连；第二级放大器的输出端连接混频器的一输入端，基站中心处理器经射频前端本振连接混频器的另一输入端；混频器的输出端分为I、Q两路输出端：其中I路输出端连接I路第一级自动增益放大器的输入端，I路第一级自动增益放大器的输出端经I路后低通滤波器与I路第二级自动增益放大器的输入端相连；Q路输出端连接Q路第一级自动增益放大器的输入端，Q路第一级自动增益放大器的输出端经Q路后低通滤波器与Q路第二级自动增益放大器的输入端相连。射频天线接收DVB-T频段信号，通过低噪声放大器进行线性放大，低噪声放大器采用MAX2130，工作范围为50～878Mhz，能覆盖DVB-T全频段；接收信号经衰减器和第二级放大器后与本振频率进行混频，射频前端本振采用锁相环与单片机组成，锁相环采用ADF4351，其输出频率范围为35MHz)4400MHz，通过单片机向锁相环内部写入相应的寄存器值，便可改变锁相环的输出频率；基站中心处理器控制本振输出相应的本振频率与射频信号混频，将各个子频段的中频点混频到零中频处，混频器采用ADL5387芯片，工作频率范围为30MHz)2GHz，可以进行直接下变频调制，本振频率与射频信号混频后产生的I/Q两路基带信号，I/Q两路基带信号各通过一4M的低通滤波器经自动增益控制后将信号送入基带处理模块。

基带处理模块则由一个双通道的模数转换器和数字芯片FPGA组成，射频接收模块的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器输出端接FPGA的输入端。模数转换器采用AD9248芯片，该芯片是14位双通道AD转换芯片；I/Q两路信号经AD转换后转换为数字基带信号；数字芯片FPGA选用ALTERA公司的CycloneII EP2C8Q240C8N芯片为核心，数字基带信号进入FPGA后对其进行数字处理。FPGA内部的数字处理器对各个输入子频段进行频谱检测，判断子频段是否空闲，是否有授权用户信号。即数字芯片内部加载有能量检测算法和循环前缀算法。能量检测算法能够通过设定能量门限值来检测频段，用于检测未被认知用户占用的频段。循环前缀算法是根据DVB-T信号特征而生成的算法，专门用于检测DVB-T信号，在被认知用户占用的频段，采用循环前缀算法能够检测出是否有授权用户重新占用该频段，若检测出授权用户则认知用户便立刻停止占用该频段，避免对授权用户的干扰。

认知通信机和基站通信机均为2.4G通信机。基站2.4G通信机根据认知用户的数量广播频谱池内的空闲频段。认知2.4G通信机接收空闲频段信息并传输给认知中心处理器。

基站中心处理器主要负责①控制本振输出频率的改变；②反馈基带处理结果，并根据结果选择不同处理方式；③构建频谱池；④控制2.4G通信机广播空闲频段。认知中心处理器负责向基站中心处理器发送通信请求，接收来自基站的空闲频段信息并通过控制认知用户本振来控制认知用户进行通信。

基站中心处理器内的频谱池包括空闲频段频谱池(即1号频谱池)和已分配频段频谱池(即2号频谱池)。1号频谱池通过接收基带处理模块的信息并进行判决，将所有空闲频段放入其中。2号频谱池放置所有已分配即认知用户占用的频段。每当分配空闲频段时，从1号频谱池中广播出对应认知用户数量的空闲频段，同时将这些空闲频段移至2号频谱池，1号频谱池内部不保留这些频段信息。

Claims

1.基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，其特征在于：主要由基站中心处理器、射频前端、基带处理模块、基站通信机、认知中心处理器、认知通信机和认知用户组成；射频前端的数据输出端与基带处理模块相连；基站中心处理器分别连接射频前端的射频前端本振、基带处理模块和基站通信机；认知中心处理器分别连接认知用户的认知用户本振和认知通信机；基站通信机与认知通信机通过天线相连。

2.根据权利要求1所述的基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，其特征在于：所述射频前端主要由射频天线、前低通滤波器、低噪声放大器、衰减器、第二级放大器、混频器、射频前端本振、后低通滤波器和自动增益控制器顺序连接组成；射频天线的输出端连接前低通滤波器的输入端；前低通滤波器的输出端连接低噪声放大器的输入端；低噪声放大器的输出端经衰减器与第二级放大器的输入端相连；第二级放大器的输出端连接混频器的一输入端，基站中心处理器经射频前端本振连接混频器的另一输入端；混频器的输出端分为I、Q两路输出端，I、Q两路输出端各经后低通滤波器和自动增益控制器后，与基带处理模块的一路输入端相连。

3.根据权利要求1所述的基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，其特征在于：所述基带处理模块内设有空闲频段频谱池存储器和已分配频段频谱池存储器。

4.根据权利要求1所述的基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，其特征在于：所述I、Q两路输出端各接有2级自动增益控制器，接I、Q两路输出端各连接第一级自动增益放大器的输入端，第一级自动增益放大器的输出端经后低通滤波器与第二级自动增益放大器的输入端相连。

5.根据权利要求1所述的基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，其特征在于：所述认知通信机和基站通信机均为2.4G通信机。