一种具有认知功能的接收机系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种具有认知功能的接收机系统，射频前端模块经模数转化模块连接数字电路模块。本实用新型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，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，本实用新型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。
【专利说明】一种具有认知功能的接收机系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于通信【技术领域】，具体涉及一种具有认知功能的接收机系统。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
实用新型内容
[0005]本实用新型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，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。
[0006]为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0007]—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。
[0008]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，第一去稱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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]与现有技术想比，本实用新型具有以下特点:
[0012]1、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。
[0013]2、将频谱感知与认知用户数据接收合并一体，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。
[0014]3、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。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1新型认知无线电接收机结构框图。
[0016]图2为频段划分示意图。
[0017]图3为射频预选滤波器电路图。
[0018]图4为特征检测实现框图。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示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。本实用新型在前端的射频前端模块引入了数字可调的射频预选滤波器。射频前端模块的射频预选滤波器的作用是对接收射频信号进行预选滤波，所选滤波带宽为分段的子频段带宽XMHZ，这样能够减少系统宽带接收的镜像和谐波干扰，并对所需信号带宽进行一个较为准确的预选。本接收系统采用超外差结构，以XMHZ为子频段带宽，将DVB-T频段划分为X个子频段。通过射频预选滤波器对信号进行XMHZ的预选滤波，再通过第一混频器将其搬移到固定高中频，经过XMHZ高中频带通滤波器滤波，再经第二混频器将信号下变频到低中频，通过XMHZ低中频带通滤波后，直接送入模数转化模块(即A/D)。以YMHZ为子信道带宽，将每个子频段划分为y个子信道。后端的数字电路模块的控制单元能有效控制射频预选滤波器和第一本地振荡器选取子频段，并通过控制感知链路的数字可调滤波器对子频段内多个信道进行逐个感知，并利用所感知出某个空闲子信道进行通信。在本实用新型优选实施例中，选择DVB-T的频段范围为410-850MHZ，以X =40MHZ划分为多个子频段，针对Y = 8MHZ信道带宽的DVB-T信号，每个子频段又包括5个子信道。参见图2。
[0020]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。
[0021]在本实用新型优选实施例中，射频预选滤波器如图3所示，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，第一去稱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。去耦电容电路主要是去除外部干扰。陷波滤波电路确保射频预选滤波器良好的带外抑制特性。阻抗匹配电路实现滤波器与前后端电路50欧姆的阻抗匹配，实现功率最大化传输。耦合电感电路用于三阶谐振电路的耦合，实现所需滤波带宽。选用三阶谐振滤波在保证阻带抑制的情况下，确保宽带调谐范围和需要的滤波带宽。该射频预选滤波器在410?850MHZ的频段范围内，3dB信号带宽40MHZ，随着频率增大稍有增大，5.5dB的插入损耗，带宽内插损波动范围0.5dB，带外抑制达到50dB。通过该射频预选滤波器能有效抑制子频段内的镜像干扰和谐波干扰，提高接收信号的质量。
[0022]在本实用新型中，采集信号的模数转化模块采用TI公司的ADS4129最大采样率为250MHZ。在本实用新型优选实施例中，模数转化模块的采样率选择为200MHZ。
[0023]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。
[0024]在本实用新型优选实施例中，第一和第二数字可调滤波器采用系数可变的FIR(有限脉冲响应)数字滤波器，通过对滤波器系数的控制进行中心频率可调，带宽一定的数字滤波。FIR数字滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，具有严格的线性相位，适合应用于本系统。通过事先对滤波器系数的存储，可以产生带宽一定中心频率可变的多组滤波器。通过滤波器系数组选择信号的控制，能够选择需要的滤波器系数进行相应的细化频段滤波工作，实现需要的数字滑动信道选择滤波的功能。
[0025]在本实用新型优选实施例中，特征检测电路具体实现框图4所示，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。下采样电路通过I/Q解调到基带，降低采样速率。延迟电路实现信号有效符号长度的延迟。共轭相乘电路实现延迟信号和当前输入信号的共轭相乘。滑动窗口累加电路实现循环前缀窗口长度下的数据累加求和。判决电路设定门限判别信号。特征检测采用基于循环前缀相关性的特征检测方法，该方法既能有效的识别DVB-T信号，又方便硬件实现。
[0026]在本实用新型优选实施例中，通过频谱存储器对子频段内的X/8个子信道进行存储，并不断更新。通过控制单元的查询与选择选择空闲信道供解调链路使用，这样有效的构建了小型频谱池，方便信道的实时切换。
[0027]本实用新型优选实施例中，数字下变频的数字本地振荡器为受控制单元控制的所选空闲信道的中心频率。
【权利要求】
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。
【文档编号】H04N5/44GK203942591SQ201420386864
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】肖海林, 贺栋梁, 王成旭, 闫坤, 许旻, 胡立坤 申请人:桂林电子科技大学