認(rèn)知無線電的頻譜檢測的FPGA實現(xiàn)

項目背景
　　項目名稱：認(rèn)知無線電的頻譜檢測
　　項目背景：隨著無線通信需求的不斷增長，可用的頻譜資源越來越少，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)頻段尤其是信號傳播特性較好的低頻段的頻譜利用率極低。認(rèn)知無線電技術(shù)為解決頻譜利用率低的問題提供了行之有效的方法。由于認(rèn)知無線電在使用空閑頻段進(jìn)行通信的同時不斷地檢測授權(quán)用戶的出現(xiàn)，一旦檢測到授權(quán)用戶要使用該頻段，認(rèn)知無線電用戶便自動退出并轉(zhuǎn)移到其他空閑頻段繼續(xù)通信，確保在不干擾授權(quán)用戶的情況下，與他們進(jìn)行頻譜共享。這樣一來，在沒有增加新頻段的情況下提升了用戶量，且保證授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶通信的可靠性，大大提高了頻譜的使用效率。
　　項目內(nèi)容：本次課題主要研究認(rèn)知無線電頻譜檢測的FPGA實現(xiàn)。目前最為常用的認(rèn)知無線電頻譜檢測方法是能量檢測。我們將一路電視信號下變頻至基帶信號再進(jìn)入電路調(diào)理模塊對信號進(jìn)行50歐匹配，并對信號進(jìn)行放大，然后用寬帶A/D對信號進(jìn)行采樣，將采樣后的數(shù)字信號做8點(diǎn)FFT運(yùn)算，再通入能量和累加電路，最后通過能量閾值判決電路，判斷頻帶的利用情況，從而找到頻譜空穴，為認(rèn)知無線電的功能實現(xiàn)打下基礎(chǔ)。
　　項目難點(diǎn)：（1）高效低成本的FFT模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。
　?。?）累加器和閾值判決電路模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。
　　項目的開發(fā)意義：認(rèn)知無線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，是認(rèn)知無線電系統(tǒng)實現(xiàn)的前提之一。
　　硬件開發(fā)平臺：Spartan 3E Board
　　頻譜感知的背景知識
　　本次設(shè)計以四通道的電視信號為例進(jìn)行實現(xiàn)，在我國一路電視信號的傳輸需要8M的帶寬，那么傳輸四路電視信號需要32M的帶寬才能實現(xiàn)。
　　我們將該四路電視信號進(jìn)行復(fù)信號處理和頻譜搬移，使其生成I，Q兩路正交信號，其AD頻率采樣為32MHZ，為了檢測各個通道的頻譜利用情況，我們對復(fù)信號做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，然后我們分別對其做能量求和并進(jìn)行實時監(jiān)測，確定一閾值η，閾值判決電路對收到的信號跟閾值相比較，如果檢測到信號大于η，那么認(rèn)為授權(quán)用戶正在使用該頻段；反之，則授權(quán)用戶沒有使用該頻段。
　　如圖所示為頻譜搬移的過程：
　　
　　初步擬定硬件方案
　?。?）整體方案框圖
　　
　　本次設(shè)計使用8點(diǎn)的FFT設(shè)計，因此我們需要3級基2點(diǎn)的FFT運(yùn)算，共有4個旋轉(zhuǎn)因子需要存儲，依據(jù)項目難點(diǎn)我們主要對FFT模塊的設(shè)計進(jìn)行逐層細(xì)化：