基于matlab gui的广播电视信号实时感知系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信号感知领域，特别是涉及一种基于MTLAB GUI的广播电视信号实时 感知系统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的迅速发展，人们对于频谱资源的需求越来越大，"无线频谱枯 竭"现象日趋严重。虽然在信源编码和信道编码技术上已有所突破，能够提高一定的信道 负载能力，但是仍然远远滞后于信息量的增长需求。因此，为了满足无线通信流量增长的需 求，除了研究如何提高频谱利用率以外，还需要研究如何用足频谱资源。
[0003] 现有广播电视的UHF波段中，共有DS13~DS48、36个8M带宽的频道用于地面电 视业务，频率范围从470~798MHz。虽然，广播电视采用高功率高塔覆盖方式，能使得地面 电视信号能快捷且安全覆盖，但高功率高塔覆盖方式在广播电视的频率规划中产生了一些 "白频谱"区，属于无法启用的频谱，如何开发和利用广播电视UHF波段的白频谱成为了研究 执占。 "、、；、、、〇
[0004] 频谱感知技术是实现白频谱应用的前提和核心技术，认知用户需要利用频谱感知 技术侦测授权频段的频率空闲情况，从中找出可使用的信道。当授权用户重新接入时，频谱 感知技术要及时检测到并迅速让出占用的频道，切换到其他空闲的频道或中止通信，以避 免授权用户受到有害的干扰。
[0005] 从现有的技术手段来看，频谱感知技术分为单节点检测和协作检测。单节点检测 是指每个认知用户独立进行频谱感知并进行判断；协作检测是指多个认知用户分别进行频 谱感知后将结果汇总上报给数据中心或认知数据库，由数据中心或认知数据库进行综合判 断。单节点检测又细分为能量检测、匹配滤波器检测、循环平稳特征检测、干扰温度检测等。
[0006] 匹配滤波器检测法是各种感知技术中性能最优的，它能使白频谱终端获得最佳的 输出增益。但是匹配滤波器检测法需要知道授权信号的先验信息（调制方式、脉冲波型 等），在实际工程应用中具有很大的局限性。能量检测法实现最为简单，在实际工程应用中 使用最为广泛。但能量检测法往往受到信噪比的影响，在低信噪比的条件下检测成功率不 高。循环平稳特征检测法不受信噪比的影响，在低信噪比的情况下也具有较高的检测概率。 但循环平稳特征检测法计算复杂度高，需要的检测时间较长。本振泄露功率检测和干扰温 度检测是基于接收机的检测，不在考虑范围之内。
[0007] 如何实现广播电视信号的实时感知已成为本领域技术人员需要解决的技术课题。
【发明内容】
[0008] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于MATLAB GUI的广 播电视信号实时感知系统及方法，以实现对广播电视信号的实时感知。
[0009] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于MATLAB⑶I的广播电视 信号实时感知系统，其至少包括：载入模块，用于获取待检测的广播电视信号；频谱感知模 块，用于对所述待检测的广播电视信号进行循环平稳特征检测，以判定被测频段是否被占 用；以及频道搜索模块，用于当被测频段被占用，基于循环谱相关性来进行载波估计，并基 于预存的电视频道频率划分信息来确定所估计出的载波所属的频段。
[0010] 优选地，所述载入模块还包括：转换单元，用于将载入的二进制广播电视信号转换 为10进制广播电视信号。
[0011] 优选地，所述基于MATLAB⑶I的广播电视信号实时感知系统还包括：信号识别模 块，用于基于载波信息来确定所述载波所携带的授权信号的类型。
[0012] 本发明还提供一种基于MATLAB⑶I的广播电视信号实时感知方法，其至少包括： 1)获取待检测的广播电视信号；2)对所述待检测的广播电视信号进行循环平稳特征检测， 以判定被测频段是否被占用；以及3)当被测频段被占用，基于循环谱相关性来进行载波估 计，并基于预存的电视频道频率划分信息来确定所估计出的载波所属的频段。
[0013] 优选地，在步骤1)中还包括：将载入的二进制广播电视信号转换为10进制广播电 视信号。
[0014] 优选地，所述基于MATLAB⑶I的广播电视信号实时感知方法还包括：基于载波信 息来确定所述载波所携带的授权信号的类型。
[0015] 如上所述，本发明的基于MATLAB GUI的广播电视信号实时感知系统及方法，具有 以下有益效果：能实时感知广播电视信号，可以为地面数字电视网络的建设、补点和优化提 供可靠参考依据，同时也可作为白频谱应用技术推广的依据。
【附图说明】
[0016] 图1显TK为本发明的基于MATLAB⑶I的广播电视信号实时感知系统的一种优选不 意图。
[0017] 图2显TK为本发明的基于MATLAB GUI的广播电视信号实时感知系统的另一种优选 示意图。
[0018] 图3显示为本发明的基于MATLAB GUI的广播电视信号实时感知方法的流程图。
[0019] 元件标号说明
[0020] 1 感知系统
[0021] 11 载入模块
[0022] 12 频谱感知模块
[0023] 13 频道搜索模块
[0024] 14 信号识别模块
[0025] Sl ~S3 步骤
【具体实施方式】
[0026] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0027] 请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明 本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数 目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其 组件布局型态也可能更为复杂。
[0028] 如图1所不，本发明提供一种基于MATLAB GUI的广播电视信号实时感知系统。其 中，所述感知系统1设置在MATLAB⑶I平台中，其至少包括：载入模块11、频谱感知模块12、 频道搜索模块13。
[0029] 所述载入模块11用于获取待检测的广播电视信号。
[0030] 例如，所述载入模块11由自身所属的计算机设备的USB接口所连接的设备中获取 待检测的广播电视信号，并载入自身所属的MATLAB GUI平台中。
[0031] 优选地,所述载入模块11还包括：转换单元111,如图2所示。
[0032] 若获取的待检测的广播电视信号为二进制信号，则所述转换单元111将二进制广 播电视信号转换为10进制广播电视信号，以便后续处理。
[0033] 所述频谱感知模块12用于对所述待检测的广播电视信号进行循环平稳特征检 测，以判定被测频段是否被占用。
[0034] 对于电视信号来说，由于其本身具备调制、编码等因素，使其自相关函数具有周期 性，所以此类信号可归为循环平稳信号。循环平稳信号在其循环频率处具有明显的循环谱 幅度。利用不同信号特有循环频率处的循环幅值来完成信号的检测，将具有很好的抗噪声 和干扰性能。
[0035] 例如，假设一个随机过程x(t)的均值和自相关函数具有周期性，且周期与信号周
[0041] {尺?（r)j·称为循环自相关函数（Cyclic Autocorrelation Function, CAF)，a = m/ T (m = 0, 1，2, . . . k,...)为循环频率（Cyclic Frequency)，m = 1时称为基本循环频率，α =O时，循环自相关函数就是传统意义上的自相关函数。
[0042] 上式中，令 ▲
、 M 人 \ 一 /
[0046] 由连续的循环自相关函数可直接推广到离散循环自相关函数，即得到：
[0048] 相应的，谱相关密度函数（Spectral Correlation Function, SCF)，可以通过傅里 叶变换获得，即：
[0050] 谱相关密度函数也可称为循环谱密度函数（Cyclic Spectrum Density, CSD)。
[0051] 对于基于OFDM数字传输的我国自主知识产权的地面数字电视/地面移动多媒体 广播（DTMB/CMMB)信号，其谱相关系数表示为：
[0053] 其中，α为OFDM数字传输的DTMB/CMMB信号的循环自相关函数的循环频率， 5了（./_)为循环谱密度函数。
[0054] 判决门限为：
[0056] 其中，
所述频谱感知模块12基于以下方式来判断待检测的 DTMB/CMMB中是否有授权信号：
[0058] C1表示待测点的谱相关系数，若C1 > Cth，H1表示有授权信号存在；若C1彡Cth，H。 表示被测频段未被占用。
[0059] 当被测频段被占用，所述频道搜索模块13基于循环谱相关性来进行载波估计，并 基于预存的电视频道频率划分信息来确定所估计出的载波所属的频段。
[0060] 针对数字电视信号和模拟电