一种利用多相滤波器组实现频谱感知的方法技术

一种利用多相滤波器组实现频谱感知的方法，利用Xilinx/System?Generator开发工具在FPGA上实现。方法包括多相滤波部分和能量检测部分；多相滤波部分包括数据类型转换单元、延时单元、滤波器组系数地址生成单元、滤波器组系数存储单元、滤波器组系数解析单元、乘法单元、加法单元、时钟同步单元、FFT变换单元；能量检测部分包括加法单元、乘法单元和求取均值单元；无线信号经过天线接收、混频之后，转换为I、Q两路基带信号，两路基带信号经过两个ADC采样，转换为数字基带信号，将数字基带信号输入多相滤波器组，在使能信号控制下，进行滤波处理，将滤波后的信号输入能量检测部分进行能量检测，实现频谱感知。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于数字信号处理分析

技术介绍
在电磁环境检测领域，要求接收系统能同时处理位于不同频带的多个信号，即进行宽带信号接收处理。基于滤波器组的信道化处理是一种有效的宽带信号接收处理方法。同时，多相滤波器的高效滤波结构为多信道化接收的实时性提供了保障。专利号为 03109015的专利技术专利属于此领域内的相关专利技术。在工程实践时，接收的信号数据往往并非连续有效；信号接收、滤波时，往往也需要较快的处理速率和较宽的频带。以上问题在进行频谱感知的实现方面带来一定困难。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供。，利用Xilinx/System Generator开发工具在FPGA上实现；方法包括多相滤波部分和能量检测部分；多相滤波部分包括数据类型转换单元、延时单元、滤波器组系数地址生成单元、滤波器组系数存储单元、滤波器组系数解析单元、乘法单元、加法单元、时钟同步单元、FFT变换单元；能量检测部分包括加法单元、乘法单元和求取均值单元；无线信号经过天线接收、混频之后，转换为I、Q两路基带信号，两路基带信号经过两路ADC采样，转换为两路数字基带信号，将数字基带信号输入多相滤波器组，在使能信号控制下，进行滤波处理，将滤波后的信号输入能量检测部分进行能量检测，实现频谱感知；其特征在于，方法如下1)多相滤波部分在使能信号en控制下，对数字基带信号进行多相滤波，输出M个子信道上的信号；2)能量检测部分依次对M个子信道上的信号进行信号能量计算并计算时间平均值，得到每个子信道上的信号能量，检测每个子信道是否有数据在发送，实现频谱感知；步骤1)中，对数字基带信号进行多相滤波的方法如下(1)计算多相滤波器组系数，并存储到滤波器组系数存储单元；(2)数据类型转换单元将接收到的I路和Q路两路数字基带信号截取、解析成定点型小数；(3)将步骤O)中的I、Q两路数字基带信号输入延时单元，当使能信号为“1”时， 输出当前时刻和延时M、2M、3M个时钟单元的两路数字基带信号数值，并将延时单元内的所有数据延时一个时钟单元；(4)地址生成单元内部是一个累加器，累加器初始值为“ 0 ”，步长为“ 1 ”，输出数据的位宽为log2(M)；每检测到使能信号为“1”时，累加器加“1”，输出当前时刻累加器内的数值，即滤波器组系数存储单元的地址，输入滤波器组系数存储单元；(5)滤波器组系数存储单元根据步骤(4)输入的地址，输出存储的滤波器组系数；(6)滤波器组系数解析单元，将步骤( 输出的滤波器组系数进行截取解析，得到相应子信道的多相滤波器组系数；(7)将步骤(3)中输出的I、Q两路数字基带信号分别与步骤(6)中输出的滤波器组系数相乘；(8)对步骤(7)相乘后的I、Q两路信号分别相加，得到当前子信道的I、Q两路信号值；(9)使能信号经过延时后与步骤⑶中的信号值同步；(10)在步骤(9)中延时后的使能信号控制下，对步骤⑶中的当前子信道I、Q两路信号值进行缓存；(11)取步骤(10)中缓存的M个子信道信号值做FFT运算，得到M个子信道上的 I、Q两路信号，依次串行输出；步骤(1)中，滤波器组系数的计算和存储方法如下(1)原型滤波器采用平方根升余弦滚降滤波器，设原型滤波器长度L，子信道个数 M，则对应的滤波器组多相结构的子信道重叠因子K = L/M，以重叠因子K = 4为例，子信道滤波器的频域系数为；(2)由子信道滤波器频域系数和原型滤波器长度L，通过傅里叶反变换求得原型滤波器时域系数；(3)将步骤(2)中的原型滤波器时域系数矩阵进行K行M列变换得到滤波器组多相结构系数，其中每一列即为一个子信道滤波器时域系数；(4)对步骤(3)中的滤波器组多相结构系数矩阵进行上下翻折，以与滤波器组滤波结构相对应；(5)将步骤(4)中翻折后的滤波器组多相结构系数矩阵中的每一列K个数据转换为定点型小数，并重新解释成无符号整形数据，然后将每列第一个数据存到最低位，依次向高位存储，第K个数据存到最高位，重新组成一个无符号整形数据，存储到滤波器组系数存储单元；步骤2)中，子信道上的信号能量计算方法如下(1)分别对步骤1)中的子信道上的I、Q两路信号求平方，得到平方后的数值；(2)将平方后的两路数值相加得到当前子信道信号的能量值；(3)将使能信号延时，与步骤O)的能量值同步；(4)将步骤( 所得当前子信道信号的能量值输入延时单元，在步骤C3)使能信号为“1”时，延时单元内的数据延时一个时钟单元，并输出当前子信道信号的能量值和延时 M，2M，3M··· (num-1) M个时钟单元的当前子信道信号的能量值；(5)对步骤(4)输出的num个能量值相加取平均值，即得当前子信道信号的能量值，取对数后输出，完成能量检测。本专利技术的方法，进行频谱感知，使不同子信道之间的边沿更加陡峭，易于区分不同子信道的信号，减小相邻子信道信号的干扰；在子信道内部，频谱具有良好的稳定性。附图说明图1是多相滤波器组实现频谱感知的结构框图。图2是多相滤波部分的结构框图。图3是能量检测部分的结构框图。图4是本专利的频谱感知效果图。图5是用FFT对接收信号的处理效果图。图1、图2和图3中，1、多相滤波部分，2、能量检测部分，101、数据类型转换单元， 102、延时单元，103、滤波器组系数地址生成单元，104、滤波器组系数存储单元，105、滤波器组系数解析单元，106、乘法单元，107、加法单元，108、时钟同步单元，109、FFT变换单元， 201、求取均值单元。图4中，参数ADC精度14位，重叠因子K = 4，子信道个数M = 256，原型滤波器长度L = 1024，滤波器组系数精度16位，乘法器精度32位，能量平均参数nUm = 4，横轴坐标单位Fs/M Hz, Fs为信号采样频率，纵轴坐标单位10*daii。图5中，参数ADC精度14位，乘法器精度32位，能量平均参数nto = 4，横轴坐标单位Fs/M Hz，纵轴坐标单位10*dBm，FFT点数M = 256。具体实施方式实施例，如图1至图5所示。利用Xilinx/ SystemGenerator开发工具在FPGA上实现；方法包括多相滤波部分和能量检测部分；多相滤波部分包括数据类型转换单元、延时单元、滤波器组系数地址生成单元、滤波器组系数存储单元、滤波器组系数解析单元、乘法单元、加法单元、时钟同步单元、FFT变换单元；能量检测部分包括加法单元、乘法单元和求取均值单元；无线信号经过天线接收、混频之后，转换为I、Q两路基带信号，两路基带信号经过两路ADC采样，转换为两路数字基带信号，将数字基带信号输入多相滤波器组，在使能信号控制下，进行滤波处理，将滤波后的信号输入能量检测部分进行能量检测，实现频谱感知；其特征在于，方法如下1)多相滤波部分在使能信号en控制下，对数字基带信号进行多相滤波，输出M个子信道上的信号；2)能量检测部分依次对M个子信道上的信号进行信号能量计算并计算时间平均值，得到每个子信道上的信号能量，检测每个子信道是否有数据在发送，实现频谱感知；步骤1)中，对数字基带信号进行多相滤波的方法如下(1)计算多相滤波器组系数，并存储到滤波器组系数存储单元；(2)数据类型转换单元将接收到的I路和Q路两路数字基带信号截取、解析成定点型小数；(3)将步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙健，宫纪波，袁东风，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：