CN204014077U

CN204014077U - 一种频谱感知装置

Info

Publication number: CN204014077U
Application number: CN201420444468.5U
Authority: CN
Inventors: 肖海林; 刘彩丽; 王成旭; 贺栋梁; 胡立坤; 许旻; 闫坤
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2024-08-07

Abstract

本实用新型公开一种频谱感知装置，且主要由频段池存储器、射频前端、A/D转换模块、时域能量检测模块、频域谱熵检测模块、能量值比较器、时域双门限判决模块、频域门限判决模块、能量池存储器和谱熵池存储器组成。将现有的能量检测模块与频域谱熵检测模块结合起来进行频谱感知的联合检测，有效减少了频谱检测受噪声不确定性的影响，提高了检测准确度。当信噪比较大或信道状况较差时，进行时域能量检测；否则，进行频域谱熵检测。相对于其他联合检测方法，数据处理量小，硬件复杂度低，简单实用。此外，在上述联合检测的基础上，增设了一个自适应双门限调整模块，以进一步延长了认知用户数据传输时间。

Description

一种频谱感知装置

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，具体涉及一种频谱感知装置。

背景技术

随着无线通信的快速发展，人们对无线业务的需求也不断增长。然而有限的频谱和低效固定的频谱分配政策导致了频谱资源的日益匮乏，频谱资源的稀缺成为了制约无线通信技术发展的瓶颈之一。从目前频谱利用率来看，相当多的授权频段都未被使用，造成了所谓的“频谱空洞”。一种智能的无线通信技术——认知无线电频谱感知技术应运而生。认知无线电频谱感知技术通过实时监测目标频段，在对主用户不造成任何干扰的前提下，允许认知用户“伺机”使用空闲频段。若一旦出现主用户重新使用该频段，认知用户则及时退出。频谱感知技术是认知无线电中的关键技术之一，如何快速和准确地检测出空闲频段是频谱感知所需解决的关键技术问题。

能量检测法是目前使用最广泛的频谱感知方法，无需知晓知主用户信号的任何先验知识，其实时性好，方法简单而易于实现，但受噪声不确定性影响大，具有信噪比墙情况。信噪比墙成为了限制能量检测性能的瓶颈，而频域谱熵检测能够有效解决这一问题。

频域谱熵检测法应用于认知无线电频谱感知技术是一个新的研究命题。其根本在于目前频谱感知技术中普遍存在的系统噪声不确定性测度或者复杂性测度需求。当频谱占用时，接收信号由背景噪声和主用户信号组成，其谱熵值要远小于只存在背景噪声(频谱空闲)的谱熵值。因此，利用主用户信号的有无两种情况下谱熵值之间的差异，无需噪声功率，可以检测到主用户是否存在。且其检测准确度高，具有高的鲁棒性，无需知晓主用户信号的任何先验知识。但频域谱熵检测法，增加了快速傅里叶变换和谱熵估计。相对于时域能量检测来说，数据处理量较大，硬件复杂度较高。

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频谱感知装置，其具有检测准确度高和检测时秏低的特点。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种频谱感知装置，主要由频段池存储器、射频前端、A/D转换模块、时域能量检测模块、频域谱熵检测模块、能量值比较器、时域双门限判决模块、频域门限判决模块、能量池存储器和谱熵池存储器组成；其中频段池存储器的输出端经射频前端与A/D转换模块的输入端相连，A/D转换模块的输出端分为两路，其中一路连接时域能量检测模块的输入端，另一路连接频域谱熵检测模块的输入端；时域能量检测模块的输出端经能量值比较器连接时域双门限判决模块的输入端；能量值比较器的输出端分为两路，其中一路与时域双门限判决模块的输入端相连，另一路与频域谱熵检测模块的输入端相连；频域谱熵检测模块的输出端与频域门限判决模块的输入端相连；时域双门限判决模块的输出端分为两路，其中一路连接能量池存储器的输入端，另一路与频段池存储器的输入端相连；频域门限判决模块的输出端分为两路，其中一路与谱熵池存储器的输入端相连，另一路与频段池存储器的输入端相连。

上述频谱感知装置还进一步包括双门限自适应调整模块和计数器；能量值比较器的又一输出端经计数器与双门限自适应调整模块的输入端相连；双门限自适应调整模块的输出端连接能量值比较器的输入端。

上述频谱感知装置中，所述自适应双门限调整模块包括比较器、加或减法器、乘法器和除法器。其中比较器的输入端连接计数器的输出端，比较器的输出端与加或减法器的输入端相连，加或减法器的输出端分为两路，其中一路与乘法器相连，另一路与除法器的输入端相连；乘法器输出时域高门限值，时域低门限值由除法器的输出端输出。

上述频谱感知装置中，所述时域能量检测模块包括时域平方运算器、累加求和器和取平均计算器。其中时域平方运算器的输入端连接A/D转换模块的输出端,时域平方运算器的输出端连接累加求和器的输入端，累加求和器的输出端连接取平均计算器的输入端，取平均计算器的输出端连接时域双门限判决模块。

上述频谱感知装置中，所述频域谱熵检测模块包括快速傅里叶变换器、频域平方运算器、加法器和谱熵估计器。其中快速傅里叶变换器的输入端连接A/D转换模块的输出端,快速傅里叶变换器的输出端连接频域平方运算器的输入端,频域平方运算器的输出端与加法器的输入端相连，加法器的输出端经谱熵估计器与频域门限判决模块的输入端相连。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

(1)将现有的能量检测模块与频域谱熵检测模块结合起来进行频谱感知的联合检测，有效减少了频谱检测受噪声不确定性的影响，提高了检测准确度。当信噪比较大或信道状况较差时，进行时域能量检测；否则，进行频域谱熵检测。相对于其他联合检测方法，数据处理量小，硬件复杂度低，简单实用。

(2)在上述联合检测的基础上，增设了一个自适应双门限调整模块。相较于固定双门限值，不仅降低了误判概率，提高了检测准确度，而且减少了需要重新进行频域检测的次数，降低了检测时秏，从而延长了认知用户数据传输时间。

(3)根据检测结果形成空闲频段的能量池和谱熵池，可对空闲频段信道状态的进行初次估计，有利于认知用户灵活地选择空闲频段进行通信。

附图说明

图1为一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法的原理框图。

图2为时域能量检测模型图。

图3为自适应双门限调整模块实现框图。

图4为频域谱熵检测模型图。

图5为谱熵估计器实现框图。

具体实施方式

一种频谱感知装置，如图1所示，主要由频段池存储器、射频前端、A/D转换模块、时域能量检测模块、频域谱熵检测模块、能量值比较器、时域双门限判决模块、计数器、双门限自适应调整模块、频域门限判决模块、能量池存储器和谱熵池存储器组成。其中频段池存储器的输出端经射频前端与A/D转换模块的输入端相连，A/D转换模块的输出端分为两路，其中一路连接时域能量检测模块的输入端，另一路连接频域谱熵检测模块的输入端；时域能量检测模块的输出端经能量值比较器连接时域双门限判决模块的输入端，能量值比较器的输出端分为三路，其中一路经与时域双门限判决模块输入端相连，另一路与频域谱熵检测模块的输入端相连，又一路经计数器与双门限自适应调整模块的输入端相连。频域谱熵检测模块的输出端与频域门限判决模块的输入端相连，双门限自适应调整模块的输出端连接能量值比较器的输入端；时域双门限判决模块的输出端分为两路，其中一路连接能量池存储器的输入端，另一路与频段池存储器的输入端相连；频域门限判决模块的输出端分为两路，其中一路与谱熵池存储器的输入端相连，另一路与频段池存储器的输入端相连。

如图2所示，时域能量检测模块包括时域平方运算器、累加求和器和取平均计算器；其中时域平方运算器的输入端连接A/D转换模块的输出端,时域平方运算器的输出端连接累加求和器的输入端，累加求和器的输出端连接取平均计算器的输入端，取平均计算器的输出端连接时域双门限判决模块。

如图3所示，自适应双门限调整模块包括比较器、加或减法器、乘法器和除法器。其中，比较器的输入端连接计数器的输出端，比较器的输出端与加或减法器的输入端相连，加或减法器的输出端分为两路，其中一路与乘法器相连，另一路与除法器的输入端相连。乘法器输出时域高门限值，时域低门限值由除法器的输出端输出。

如图4所示，频域谱熵检测模块包括快速傅里叶变换器、平方运算器、加法器和谱熵估计器。其中快速傅里叶变换器的输入端连接A/D转换模块的输出端,平方运算器的输入端连接快速傅里叶变换器的输出端,平方运算器的输出端与加法器的输入端相连，加法器的输出端经谱熵估计器与频域门限判决模块的输入端相连。其中谱熵估计器，如图5所示，包括比较器、比较与计数组合器、除法器、自然对数运算器、乘法器和累加器。其中比较器的输入端与频域谱熵检测模块中加法器的输出端相连，比较器的输出端与比较与计数组合器的输入端相连，比较与计数组合器的输出端连接除法器的输入端，除法器的输入端分成两路，其中一路经自然对数运算器与乘法器相连，另一路与乘法器直接相连，乘法器的输出端与累加器相连，谱熵值由累加器的输出端输出。

Claims

1.一种频谱感知装置，其特征是：主要由频段池存储器、射频前端、A/D转换模块、时域能量检测模块、频域谱熵检测模块、能量值比较器、时域双门限判决模块、频域门限判决模块、能量池存储器和谱熵池存储器组成；其中频段池存储器的输出端经射频前端与A/D转换模块的输入端相连，A/D转换模块的输出端分为两路，其中一路连接时域能量检测模块的输入端，另一路连接频域谱熵检测模块的输入端；时域能量检测模块的输出端经能量值比较器连接时域双门限判决模块的输入端；能量值比较器的输出端分为两路，其中一路与时域双门限判决模块的输入端相连，另一路与频域谱熵检测模块的输入端相连；频域谱熵检测模块的输出端与频域门限判决模块的输入端相连；时域双门限判决模块的输出端分为两路，其中一路连接能量池存储器的输入端，另一路与频段池存储器的输入端相连；频域门限判决模块的输出端分为两路，其中一路与谱熵池存储器的输入端相连，另一路与频段池存储器的输入端相连。

2.根据权利要求1所述一种频谱感知装置，其特征是：还进一步包括双门限自适应调整模块和计数器；能量值比较器的又一输出端经计数器与双门限自适应调整模块的输入端相连；双门限自适应调整模块的输出端连接能量值比较器的输入端。

3.根据权利要求2所述一种频谱感知装置，其特征是：所述自适应双门限调整模块包括比较器、加或减法器、乘法器和除法器；其中比较器的输入端连接计数器的输出端，比较器的输出端与加或减法器的输入端相连，加或减法器的输出端分为两路，其中一路与乘法器相连，另一路与除法器的输入端相连；乘法器输出时域高门限值，时域低门限值由除法器的输出端输出。

4.根据权利要求1所述一种频谱感知装置，其特征是：所述时域能量检测模块包括时域平方运算器、累加求和器和取平均计算器；其中时域平方运算器的输入端连接A/D转换模块的输出端,时域平方运算器的输出端连接累加求和器的输入端，累加求和器的输出端连接取平均计算器的输入端，取平均计算器的输出端连接时域双门限判决模块。

5.根据权利要求1所述一种频谱感知装置，其特征是：所述频域谱熵检测模块包括快速傅里叶变换器、频域平方运算器、加法器和谱熵估计器；其中快速傅里叶变换器的输入端连接A/D转换模块的输出端,快速傅里叶变换器的输出端连接频域平方运算器的输入端,频域平方运算器的输出端与加法器的输入端相连，加法器的输出端经谱熵估计器与频域门限判决模块的输入端相连。