一种具有认知功能的接收机系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种具有认知功能的接收机系统和方法，射频前端模块经模数转化模块连接数字电路模块。本发明专利技术通过在射频前端引入数字控制的可宽带调谐的射频预选滤波器，能有效避免镜像和谐波干扰，控制方便。同时，将频谱感知与认知用户数据接收合并一体，采用基于循环前缀相关性的特征检测算法，能实现频谱感知与数据接收的同时进行，并能及时的发现主用户信号的介入，避免静默期，提高通信效率。此外，本发明专利技术还能提供空闲信道给认知用户，并不断监测当前空闲信道。还能在不变本地振荡器的情况下，对XMHZ内的其他子信道进行频谱感知，提供备用信道。当主用户重新占用授权频段时，动态智能的实现空闲信道的实时切换。

【技术实现步骤摘要】
一种具有认知功能的接收机系统和方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种具有认知功能的接收机系统和方法。
技术介绍
现代通信中，频谱资源的匮乏和频谱管理效率的低下成为制约无线通信技术发展的瓶颈。而认知无线电技术是解决当前问题的一种有效手段。同时，地面数字电视(DVB-T)作为人们休闲娱乐的一个重要部分，在时间，频率和空间上存在很多的空闲频谱。借助认知无线电技术，认知用户可以在非授权的数字电视空闲频谱内进行数据通信。地面数字电视空闲频谱的利用，首先需要通过频谱感知确定地面数字电视的空闲频谱，然后将感知到的空闲频谱分配给认知用户使用。认知无线电网络中采用专用的感知接收机和数据通信接收机的方案，这不仅增加了系统复杂度，而且不利于系统集成。因此，提出一种简单的具有认知功能的接收机系统成为研究的一个新方向。在此基础上，已被广泛采用的能量检测算法，虽然能实现地面数字广播频段的频谱感知。但是为了确保频谱感知的可靠性，感知过程需要使用静默期。在静默期内认知用户必须中断自身传输，从而导致数据传输的不连续，影响通信效率。再者，如何构建频谱池，动态的智能的提供空闲备用信道供认知用户使用，也是此接收系统需要解决的问题。也即，当主用户重新占用授权频段时，认知用户应实时的进行信道之间的连续切换。此外，针对地面数字电视的宽频段范围。在实现宽频段覆盖的同时，减少镜像干扰和谐波干扰，也是接收方法和系统需要考虑的一个重点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有认知功能的接收机系统和方法，其能有效感知地面数字电视频段的空闲频谱，并通过认知相应的分配空闲频段进行认知用户的数据接收，其具备频谱感知与数据接收并行，多个可用信道备用，高性能的特点。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种具有认知功能的接收机系统，主要由射频前端模块、模数转化模块和数字电路模块构成。射频前端模块的输出端与模数转化模块的输入端相连，模数转化模块的输出端连接数字电路模块。上述射频前端包括射频预选滤波器、低噪声放大器、第一本地振荡器、第一混频器、带通滤波器、放大器，第二本地振荡器、第二混频器、中频滤波器和自动增益控制器。外部输入的DVB-T信号或认知用户信号送入射频预选滤波器的输入端。射频预选滤波器的输出端经由低噪声放大器与第一混频器模块的一输入端相连，第一混频器的输出端经带通滤波器输入到放大器的输入端，放大器的输出端连接第二混频器的一输入端，第二混频器的输出端经中频滤波器与自动增益控制器的输入端相连。第一本地振荡器连接第一混频器的另一输入端；第二本地振荡器连接第二混频器的另一输入端。自动增益控制器的输出端连接模数转化模块的输入端。上述数字电路模块包括第一数字可调滤波器、特征检测电路、频谱存储器，开关电路、第二数字可调滤波器、数字下变频器、解调器，时钟电路和控制单元。模数转化模块的输出端分为两路，一路经第一数字可调滤波器连接特征检测电路的输入端，特征检测电路的输出端连接频谱存储器，频谱存储器的输出端连接控制单元的输入端，由此形成DVB-T信号的感知链路；另一路经开关电路连接第二数字可调滤波器的输入端，第二数字可调滤波器的输出端经数字下变频器连接解调器的输入端，解调器向外部输出认知用户信号；由此形成认知用户信号的解调链路。时钟电路与控制单元相连接，控制单元的输出端连接开关电路、第二数字可调滤波器、数字下变频器、第一数字可调滤波器、特征检测电路、射频预选滤波器、第一本地振荡器和外部的认知用户。控制单元主要是在时钟电路控制下，协调认知用户、数字电路模块和射频前端模块的工作。上述接收系统中，所述射频预选滤波器主要由第一去耦电容电路、第一陷波滤波电路、第一阻抗匹配电路、三阶谐振滤波电路、耦合电感电路、第二阻抗匹配电路、第二陷波滤波电路和第二去耦电容电路组成。第一去耦电容电路的输入端接收外部输入的射频信号，第一去耦电容电路的的输出端经第一陷波滤波电路输入第一阻抗匹配电路的输入端；第一阻抗匹配电路的正输出端经三阶谐振滤波电路与第二阻抗匹配电路的正输入端相连，第一阻抗匹配电路的负输出端与耦合电感电路与第二阻抗匹配电路的负输入端相连并接地；第二阻抗匹配电路经第二陷波滤波电路连接第二去耦电容电路的输入端，第二去耦电容电路的输出端与低噪声放大器相连。上述接收系统中，所述第一数字可调滤波器和第二数字可调滤波器均采用系数可变的有限脉冲响应数字滤波器。上述接收系统中，所述特征检测电路主要由下采样电路、延迟电路、共轭相乘电路、滑动窗口累加电路和判决电路构成。下采样电路的输入端与第一数字可调滤波器相连，下采样电路的输出端经延迟电路连接共轭相乘电路的输入端，共轭相乘电路的输出端经滑动窗口累加电路连接判决电路的输入端，判决电路的输出端与频谱存储器相连。基于上述接收系统所实现的一种具有认知功能的接收方法，包括如下步骤：(1)以XMHZ为子频段带宽，将DVB-T频段划分为x个子频段，其中每个子频段对应一个本地振荡器的频率和射频预选滤波器的频段选择控制字；再以YMHZ为子信道带宽，将每个子频段划分为y个子信道；(2)控制单元每次输出第一个子频段所对应的频段选择控制字和本地振荡器的频率至射频前端模块的射频预选滤波器和第一本地振荡器中，控制射频前端模块的接收所需的子频段内的信号；(3)将射频前端模块接收的子频段信号送入模数转化模块中，对接收到的子频段内的信号进行模数转化后得到子频段内的采样信号；(4)将子频段内的采样信号送入数字电路模块的感知链路中，通过第一数字可调滤波器逐个选择子信道，并分别对每个子信道进行特征检测，确定DVB-T信号是否占用当前子信道，从而获取信道状态信息，并将信道状态信息存入频谱存储器进行存储；(5)控制单元不断查询频谱存储器内存储的信道状态信息；当发现空闲信道时，即DVB-T信号不占用当前信道时，则立即通过一个反馈链路发送信号至认知用户，让认知用户利用该子频段的空闲信道发送认知用户信号；并立即打开开关电路开启解调链路，选择该空闲信道作为数字电路模块的解调链路的工作信道，供认知用户信号进行数据解调恢复；(6)控制单元调整第二数字可调滤波器的滤波器系数，使其工作在所选子信道；并控制数字下变频器将所选子信道内的认知用户信号下变频到基带，然后送入解调器中进行解调处理；(7)在解调的同时，控制单元一直对频谱存储器内的当前使用子信道状态进行查询；一旦发现当前使用信道被占用时，则继续往下执行；(8)控制单元对频谱存储器进行一轮查询；若发现其他空闲子信道，则将该空闲子信道替换为工作信道，并返回步骤(6)继续操作；若所有空闲子信道全被占用，则输出下一子频段所对应的频段选择控制字和本地振荡器的频率至射频前端模块，接收下一个子频段内的信号，并返回步骤(3)继续操作；若全部子频段都已感知，则返回步骤(2)，再次进行全新一轮的频谱感知操作。上述接收方法中，所述步骤(4)具体如下：(4.1)控制单元首先选择第一数字可调滤波器工作在第一组滤波系数，对所选子频段信号内的第一个子信道进行数字滤波；(4.2)将数字滤波后的信号，送入特征检测模块进行频谱感知，获取第一个子信道的信道状态信息，并将状态信息存入频谱存储器进行存储；(4.3)控制单元再使第一数字可调滤波器工作在下一组滤波器系数，直至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有认知功能的接收机系统，主要由射频前端模块、模数转化模块和数字电路模块构成；射频前端模块的输出端与模数转化模块的输入端相连，模数转化模块的输出端连接数字电路模块；其特征在于：上述射频前端包括射频预选滤波器、低噪声放大器、第一本地振荡器、第一混频器、带通滤波器、放大器，第二本地振荡器、第二混频器、中频滤波器和自动增益控制器；外部输入的DVB‑T信号或认知用户信号送入射频预选滤波器的输入端；射频预选滤波器的输出端经由低噪声放大器与第一混频器模块的一输入端相连，第一混频器的输出端经带通滤波器输入到放大器的输入端，放大器的输出端连接第二混频器的一输入端，第二混频器的输出端经中频滤波器与自动增益控制器的输入端相连；第一本地振荡器连接第一混频器的另一输入端；第二本地振荡器连接第二混频器的另一输入端；自动增益控制器的输出端连接模数转化模块的输入端；上述数字电路模块包括第一数字可调滤波器、特征检测电路、频谱存储器，开关电路、第二数字可调滤波器、数字下变频器、解调器，时钟电路和控制单元；模数转化模块的输出端分为两路，一路经第一数字可调滤波器连接特征检测电路的输入端，特征检测电路的输出端连接频谱存储器，频谱存储器的输出端连接控制单元的输入端，由此形成DVB‑T信号的感知链路；另一路经开关电路连接第二数字可调滤波器的输入端，第二数字可调滤波器的输出端经数字下变频器连接解调器的输入端，解调器向外部输出认知用户信号；由此形成认知用户信号的解调链路；时钟电路与控制单元相连接，控制单元的输出端连接开关电路、第二数字可调滤波器、数字下变频器、第一数字可调滤波器、特征检测电路、射频预选滤波器、第一本地振荡器和外部的认知用户。...

【技术特征摘要】
1.一种具有认知功能的接收机系统，主要由射频前端模块、模数转化模块和数字电路模块构成；射频前端模块的输出端与模数转化模块的输入端相连，模数转化模块的输出端连接数字电路模块；其特征在于：上述射频前端模块包括射频预选滤波器、低噪声放大器、第一本地振荡器、第一混频器、带通滤波器、放大器，第二本地振荡器、第二混频器、中频滤波器和自动增益控制器；外部输入的DVB-T信号或认知用户信号送入射频预选滤波器的输入端；射频预选滤波器的输出端经由低噪声放大器与第一混频器模块的一输入端相连，第一混频器的输出端经带通滤波器输入到放大器的输入端，放大器的输出端连接第二混频器的一输入端，第二混频器的输出端经中频滤波器与自动增益控制器的输入端相连；第一本地振荡器连接第一混频器的另一输入端；第二本地振荡器连接第二混频器的另一输入端；自动增益控制器的输出端连接模数转化模块的输入端；上述数字电路模块包括第一数字可调滤波器、特征检测电路、频谱存储器，开关电路、第二数字可调滤波器、数字下变频器、解调器，时钟电路和控制单元；模数转化模块的输出端分为两路，一路经第一数字可调滤波器连接特征检测电路的输入端，特征检测电路的输出端连接频谱存储器，频谱存储器的输出端连接控制单元的输入端，由此形成DVB-T信号的感知链路；另一路经开关电路连接第二数字可调滤波器的输入端，第二数字可调滤波器的输出端经数字下变频器连接解调器的输入端，解调器向外部输出认知用户信号；由此形成认知用户信号的解调链路；时钟电路与控制单元相连接，控制单元的输出端连接开关电路、第二数字可调滤波器、数字下变频器、第一数字可调滤波器、特征检测电路、射频预选滤波器、第一本地振荡器和外部的认知用户。2.根据权利要求1所述的一种具有认知功能的接收机系统，其特征在于：所述射频预选滤波器主要由第一去耦电容电路、第一陷波滤波电路、第一阻抗匹配电路、三阶谐振滤波电路、耦合电感电路、第二阻抗匹配电路、第二陷波滤波电路和第二去耦电容电路组成；第一去耦电容电路的输入端接收外部输入的射频信号，第一去耦电容电路的的输出端经第一陷波滤波电路输入第一阻抗匹配电路的输入端；第一阻抗匹配电路的正输出端经三阶谐振滤波电路与第二阻抗匹配电路的正输入端相连，第一阻抗匹配电路的负输出端经耦合电感电路与第二阻抗匹配电路的负输入端相连并接地；第二阻抗匹配电路经第二陷波滤波电路连接第二去耦电容电路的输入端，第二去耦电容电路的输出端与低噪声放大器相连。3.根据权利要求1所述的一种具有认知功能的接收机系统，其特征在于：所述第一数字可调滤波器和第二数字可调滤波器均采用系数可变的有限脉冲响应数字滤波器。4.根据权利要求1所述的一种具有认知功能的接收机系统，其特征在于：所述特征检测电路主要由下采样电路、延迟电路、共轭相乘电路、滑动窗口累加电路和判决电路构成；下采样电路的输入端与第一数字可调滤波器相连，下采样电路的输出端经延迟电路连接共轭相乘电路的输入端，共轭相乘电路的输出端经滑动窗口累加电路连接判决电路的输入端，判决电路的输出端与频谱存储器相连。5.基于权利要求1所述接收机系统所实现的一种具有认知功能的接收方法，其特征是，包括如下步骤：(1)以XMHZ为子频段带宽，将DVB-T频段划分为x个子频段，其中每个子频段对应一个本地振荡器的频率和射频预选滤波器的频段选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖海林，贺栋梁，王成旭，闫坤，许旻，胡立坤，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45