【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)屬于電磁信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及一種適用于頻譜感知的信道化處理ip核。
技術(shù)介紹
1、隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)信息化程度的不斷提高，大量通信電子設(shè)備在軍事領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，使得現(xiàn)代軍事通信呈現(xiàn)出軟件化、智能化、寬帶化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢(shì)，由此導(dǎo)致了通信體制和通信標(biāo)準(zhǔn)多樣化、傳輸速率高速化，同時(shí)具備抗干擾性、低截獲概率特點(diǎn)的通信技術(shù)層出不窮。
2、各類通信、雷達(dá)電子設(shè)備的增加，現(xiàn)代電磁空間環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，頻譜感知場(chǎng)景需要面對(duì)瞬時(shí)帶寬大、不同載波頻率、信噪比(snr)低等多種不利情況。在實(shí)際的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中有越來(lái)越多的使用不同調(diào)制方式和通信協(xié)議的軍用電臺(tái)和探測(cè)設(shè)備得到運(yùn)用，這使得電磁環(huán)境日益復(fù)雜，因此對(duì)頻譜感知的要求也變得更加苛刻。在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)的復(fù)雜電磁環(huán)境下，對(duì)頻譜感知的性能提出了更高的要求，射頻接收機(jī)必須具有瞬時(shí)大帶寬、實(shí)時(shí)信號(hào)接收、大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度和較強(qiáng)的信號(hào)分辨能力和處理能力。
3、數(shù)字信道化技術(shù)在頻譜感知中具有重要的研究意義。頻譜感知是指對(duì)無(wú)線電頻譜進(jìn)行實(shí)時(shí)的全頻段掃描和監(jiān)測(cè)，以便有效地管理和分配無(wú)線電頻譜資源，這對(duì)于無(wú)線電通信系統(tǒng)的優(yōu)化、頻譜利用率的提高、以及頻譜資源的公平分配都至關(guān)重要。數(shù)字信道化技術(shù)可以將接收到的信號(hào)進(jìn)行多通道處理，提高信號(hào)的質(zhì)量和穩(wěn)定性，其優(yōu)勢(shì)在于其高精度、高靈敏度、可重構(gòu)性和易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使其在頻譜感知中具有很大的潛力，其并行處理的方式也提高頻譜感知的效率，此外，數(shù)字信道化技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)頻率選擇和自適應(yīng)增益控制，從而更好地適應(yīng)不同頻段的信號(hào)特性，提高頻譜感知的準(zhǔn)確性和穩(wěn)
4、在實(shí)現(xiàn)方面，通過(guò)可編程邏輯器件fpga或其他專用計(jì)算設(shè)備來(lái)滿足實(shí)時(shí)處理的要求，并且能在一定程度上減少系統(tǒng)的成本、體積和功耗，其中fpga在開(kāi)發(fā)周期、開(kāi)發(fā)難度、靈活性、實(shí)時(shí)運(yùn)算等方面具有更大優(yōu)勢(shì)。
5、fpga為高速數(shù)據(jù)流的并行處理提供了可能，其中數(shù)字信道化技術(shù)是解決輸入帶寬與信號(hào)實(shí)時(shí)處理矛盾的關(guān)鍵。數(shù)字信道化的本質(zhì)就是在頻域利用濾波器組將不同頻帶的信號(hào)區(qū)分開(kāi)，再在每個(gè)信道內(nèi)獨(dú)立地完成信號(hào)處理算法。
6、由于頻譜感知是非合作信號(hào)，需要在整個(gè)頻域范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這對(duì)后續(xù)的硬件處理帶來(lái)巨大的壓力，高的數(shù)據(jù)率勢(shì)必會(huì)對(duì)硬件的緩存和實(shí)時(shí)處理能力提出更高的要求，給芯片時(shí)鐘域設(shè)計(jì)和硬件接口管理也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。而數(shù)字信道化技術(shù)將接收到的寬帶信號(hào)劃分為多個(gè)子帶，并分別對(duì)各個(gè)子帶進(jìn)行處理，這樣可以將寬帶信號(hào)劃分為窄帶信號(hào)，降低信號(hào)速率，減少后續(xù)硬件處理壓力，實(shí)現(xiàn)更高的接收精度和實(shí)時(shí)性。
7、當(dāng)前的實(shí)際信道化工程中，對(duì)于寬帶稀疏信號(hào)，直接處理數(shù)據(jù)量巨大，對(duì)硬件資源消耗高；而均勻的信道化容易產(chǎn)生跨信道問(wèn)題，導(dǎo)致信號(hào)丟失。針對(duì)頻譜感知場(chǎng)景缺乏先驗(yàn)信息，直接劃分信道容易產(chǎn)生跨信道問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)對(duì)硬件資源消耗高，或容易產(chǎn)生跨信道問(wèn)題，導(dǎo)致信號(hào)丟失的缺陷。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N適用于頻譜感知的信道化ip核，所述ip核包括依次連接的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊1、串并轉(zhuǎn)換模塊2、子帶分析濾波器3、恒虛警檢測(cè)模塊4和子帶綜合濾波器5；其中：
3、所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊1，用于接收寬帶頻譜數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)fifo緩存實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)跨時(shí)鐘域傳輸，在不同時(shí)鐘頻率間實(shí)現(xiàn)低速時(shí)鐘處理高速數(shù)據(jù)，再將高速串行的數(shù)據(jù)流送入串并轉(zhuǎn)換模塊2；
4、所述串并轉(zhuǎn)換模塊2，用于將高速串行的數(shù)據(jù)流分為并行的多路信號(hào)，利用fpga內(nèi)部的lut查找表單元實(shí)現(xiàn)特定比特位數(shù)的多路輸出；
5、所述子帶分析濾波器3，用于將串并轉(zhuǎn)換模塊2輸出的多通道數(shù)據(jù)進(jìn)行窄帶劃分，實(shí)現(xiàn)高速寬帶的信號(hào)劃分為窄帶的低速信號(hào)；
6、所述恒虛警檢測(cè)模塊4，用于將窄帶的低速信道進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，判斷信道內(nèi)是否存在信號(hào)，如果存在則輸出是，并將該子信道的數(shù)據(jù)送入子帶綜合濾波器5；
7、所述子帶綜合濾波器5，用于將存在信號(hào)的子信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，如有寬帶的信號(hào)被劃分到相鄰的兩個(gè)子信道中，即存在跨信道數(shù)據(jù)，那么將這兩個(gè)信道進(jìn)行合并輸出。
8、作為上述ip核的一種改進(jìn)，所述子帶分析濾波器3的處理過(guò)程為：確定輸入數(shù)據(jù)的需要?jiǎng)澐值淖有诺罃?shù)，根據(jù)fir原型濾波器的系數(shù)，將系數(shù)排列成多相濾波的二維結(jié)構(gòu)，二維的行數(shù)與所需要?jiǎng)澐值淖有诺罃?shù)對(duì)應(yīng)；再將多相濾波結(jié)構(gòu)的輸出進(jìn)行離散傅里葉逆變換，將信號(hào)與系數(shù)進(jìn)行卷積，輸出多個(gè)窄帶子信道。
9、作為上述ip核的一種改進(jìn)，所述恒虛警檢測(cè)模塊4對(duì)子信道內(nèi)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程包括：首先通過(guò)平方檢波計(jì)算信號(hào)幅值，再選取2n個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)點(diǎn)最中間選擇一個(gè)待檢測(cè)單元d，待檢測(cè)單元的左邊和右邊分別為保護(hù)單元；再計(jì)算待檢測(cè)單元左邊的n個(gè)點(diǎn)xn的求和平均值，和帶檢測(cè)單元右邊的n個(gè)點(diǎn)yn的求和平均值，將平均值作為該子信道內(nèi)的背景噪聲，得到噪聲水平nt，再根據(jù)設(shè)置的檢測(cè)因子a，兩者相乘得到檢測(cè)門(mén)限，通過(guò)比較檢測(cè)門(mén)限與待檢測(cè)單元，判斷子信道內(nèi)是否存在信號(hào)。
10、作為上述ip核的一種改進(jìn)，所述子帶綜合濾波器5的處理過(guò)程為：根據(jù)恒虛警檢測(cè)模塊4的運(yùn)算結(jié)果，得到存在信號(hào)的子信道，將所有存在信號(hào)的子信道進(jìn)行綜合濾波，綜合濾波與分析濾波在結(jié)構(gòu)上是互逆的關(guān)系，將劃分的多個(gè)子信道到合并成完整的寬帶信號(hào)。
11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的優(yōu)勢(shì)在于：
12、1、本專利技術(shù)的一種適用于頻譜感知的信道化處理ip核基于fpga實(shí)現(xiàn)，不需要先驗(yàn)信息即可以進(jìn)行頻譜感知。
13、2、本專利技術(shù)的一種適用于頻譜感知的信道化處理ip核根據(jù)感知結(jié)果進(jìn)行頻譜拼接，解決均勻劃分出現(xiàn)跨信道的問(wèn)題。
14、3、本專利技術(shù)的一種適用于頻譜感知的信道化處理ip核基于模塊化實(shí)現(xiàn)，恒虛警檢測(cè)實(shí)現(xiàn)低虛警概率。
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1.一種適用于頻譜感知的信道化IP核，其特征在于，所述IP核包括依次連接的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(1)、串并轉(zhuǎn)換模塊(2)、子帶分析濾波器(3)、恒虛警檢測(cè)模塊(4)和子帶綜合濾波器(5)；其中：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于頻譜感知的信道化IP核，其特征在于，所述子帶分析濾波器(3)的處理過(guò)程為：確定輸入數(shù)據(jù)的需要?jiǎng)澐值淖有诺罃?shù)，根據(jù)FIR原型濾波器的系數(shù)，將系數(shù)排列成多相濾波的二維結(jié)構(gòu)，二維的行數(shù)與所需要?jiǎng)澐值淖有诺罃?shù)對(duì)應(yīng)；再將多相濾波結(jié)構(gòu)的輸出進(jìn)行離散傅里葉逆變換，將信號(hào)與系數(shù)進(jìn)行卷積，輸出多個(gè)窄帶子信道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于頻譜感知的信道化IP核，其特征在于，所述恒虛警檢測(cè)模塊(4)對(duì)子信道內(nèi)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程包括：首先通過(guò)平方檢波計(jì)算信號(hào)幅值，再選取2N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)點(diǎn)最中間選擇一個(gè)待檢測(cè)單元D，待檢測(cè)單元的左邊和右邊分別為保護(hù)單元；再計(jì)算待檢測(cè)單元左邊的N個(gè)點(diǎn)Xn的求和平均值，和帶檢測(cè)單元右邊的N個(gè)點(diǎn)Yn的求和平均值，將平均值作為該子信道內(nèi)的背景噪聲，得到噪聲水平nt，再根據(jù)設(shè)置的檢測(cè)因子a，兩者相乘得到檢測(cè)門(mén)限，通過(guò)比較檢測(cè)門(mén)限與待檢
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于頻譜感知的信道化IP核，其特征在于，所述子帶綜合濾波器(5)的處理過(guò)程為：根據(jù)恒虛警檢測(cè)模塊(4)的運(yùn)算結(jié)果，得到存在信號(hào)的子信道，將所有存在信號(hào)的子信道進(jìn)行綜合濾波，綜合濾波與分析濾波在結(jié)構(gòu)上是互逆的關(guān)系，將劃分的多個(gè)子信道到合并成完整的寬帶信號(hào)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種適用于頻譜感知的信道化ip核，其特征在于，所述ip核包括依次連接的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(1)、串并轉(zhuǎn)換模塊(2)、子帶分析濾波器(3)、恒虛警檢測(cè)模塊(4)和子帶綜合濾波器(5)；其中：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于頻譜感知的信道化ip核，其特征在于，所述子帶分析濾波器(3)的處理過(guò)程為：確定輸入數(shù)據(jù)的需要?jiǎng)澐值淖有诺罃?shù)，根據(jù)fir原型濾波器的系數(shù)，將系數(shù)排列成多相濾波的二維結(jié)構(gòu)，二維的行數(shù)與所需要?jiǎng)澐值淖有诺罃?shù)對(duì)應(yīng)；再將多相濾波結(jié)構(gòu)的輸出進(jìn)行離散傅里葉逆變換，將信號(hào)與系數(shù)進(jìn)行卷積，輸出多個(gè)窄帶子信道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于頻譜感知的信道化ip核，其特征在于，所述恒虛警檢測(cè)模塊(4)對(duì)子信道內(nèi)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程包括：...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：饒嘉成，黃永輝，周莉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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