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認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的頻譜檢測(cè)的FPGA實(shí)現(xiàn)

2017-11-09 | rar | 0.5 MB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

項(xiàng)目背景
  項(xiàng)目名稱(chēng):認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的頻譜檢測(cè)
  項(xiàng)目背景:隨著無(wú)線(xiàn)通信需求的不斷增長(zhǎng),可用的頻譜資源越來(lái)越少,呈現(xiàn)日趨緊張的狀況;另一方面,人們發(fā)現(xiàn)全球授權(quán)頻段尤其是信號(hào)傳播特性較好的低頻段的頻譜利用率極低。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)為解決頻譜利用率低的問(wèn)題提供了行之有效的方法。由于認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電在使用空閑頻段進(jìn)行通信的同時(shí)不斷地檢測(cè)授權(quán)用戶(hù)的出現(xiàn),一旦檢測(cè)到授權(quán)用戶(hù)要使用該頻段,認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電用戶(hù)便自動(dòng)退出并轉(zhuǎn)移到其他空閑頻段繼續(xù)通信,確保在不干擾授權(quán)用戶(hù)的情況下,與他們進(jìn)行頻譜共享。這樣一來(lái),在沒(méi)有增加新頻段的情況下提升了用戶(hù)量,且保證授權(quán)用戶(hù)和認(rèn)知用戶(hù)通信的可靠性,大大提高了頻譜的使用效率。
  項(xiàng)目?jī)?nèi)容:本次課題主要研究認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電頻譜檢測(cè)的FPGA實(shí)現(xiàn)。目前最為常用的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電頻譜檢測(cè)方法是能量檢測(cè)。我們將一路電視信號(hào)下變頻至基帶信號(hào)再進(jìn)入電路調(diào)理模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行50歐匹配,并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大,然后用寬帶A/D對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣,將采樣后的數(shù)字信號(hào)做8點(diǎn)FFT運(yùn)算,再通入能量和累加電路,最后通過(guò)能量閾值判決電路,判斷頻帶的利用情況,從而找到頻譜空穴,為認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的功能實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。
  項(xiàng)目難點(diǎn):(1)高效低成本的FFT模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
  (2)累加器和閾值判決電路模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
  項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)意義:認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的顯著特征是具有認(rèn)知能力,認(rèn)知功能包括頻譜感知,頻譜分析和頻譜判決。頻譜感知用于頻譜空穴檢測(cè),是認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的前提之一。
  硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái):Spartan 3E Board
  頻譜感知的背景知識(shí)
  本次設(shè)計(jì)以四通道的電視信號(hào)為例進(jìn)行實(shí)現(xiàn),在我國(guó)一路電視信號(hào)的傳輸需要8M的帶寬,那么傳輸四路電視信號(hào)需要32M的帶寬才能實(shí)現(xiàn)。
  我們將該四路電視信號(hào)進(jìn)行復(fù)信號(hào)處理和頻譜搬移,使其生成I,Q兩路正交信號(hào),其AD頻率采樣為32MHZ,為了檢測(cè)各個(gè)通道的頻譜利用情況,我們對(duì)復(fù)信號(hào)做FFT運(yùn)算,其中x(0),x(1)包含在通道0當(dāng)中,x(2),x(3)包含在通道1當(dāng)中,x(4),x(5)包含在通道2當(dāng)中,x(6),x(7)包含在通道3當(dāng)中,然后我們分別對(duì)其做能量求和并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),確定一閾值η,閾值判決電路對(duì)收到的信號(hào)跟閾值相比較,如果檢測(cè)到信號(hào)大于η,那么認(rèn)為授權(quán)用戶(hù)正在使用該頻段;反之,則授權(quán)用戶(hù)沒(méi)有使用該頻段。
  如圖所示為頻譜搬移的過(guò)程:
  認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的頻譜檢測(cè)的FPGA實(shí)現(xiàn)
  初步擬定硬件方案
  (1)整體方案框圖
  認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的頻譜檢測(cè)的FPGA實(shí)現(xiàn)
  本次設(shè)計(jì)使用8點(diǎn)的FFT設(shè)計(jì),因此我們需要3級(jí)基2點(diǎn)的FFT運(yùn)算,共有4個(gè)旋轉(zhuǎn)因子需要存儲(chǔ),依據(jù)項(xiàng)目難點(diǎn)我們主要對(duì)FFT模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行逐層細(xì)化:
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