地面数字电视广播频谱感知方法与系统

摘要

本发明公开一种地面数字电视广播频谱感知方法与系统，射频接收模块的数据输出端经数转换模块与中心控制处理模块的数据输入端相连；射频发射模块的数据输出端经数模转换模块与中心控制处理模块的数据输入端相连；中心控制处理模块的本振输出端分别连接射频接收模块和射频发射模块的本振控制端。本发明以简化系统硬件结构，实现地面数字电视广播频段快速切换，在保证频谱感知速度的同时节省处理器资源为目的，通过以FPGA为处理器灵活的控制本振频率输出，使地面数字电视广播全频段覆盖，对采集的信号进行加窗，采用计算机旋转坐标（Cordic）算法实现FFT处理，并运用基于FFT能量检测算法实现了对地面数字电视广播频段的感知。

主权项

地面数字电视广播频谱感知方法，其特征是包括如下步骤：(1)中心控制处理模块发送本振频率控制字至射频接收模块以采集待测信号，即(1.1)预先将DVB‑T全频段均分为多个子频段CH1、CH2、CH3……CHg，每个子频段对应一个本振频率fi，其中i为子频段号，i＝1,2,……,g；(1.2)中心控制处理模块第一次输出DVB‑T全频段中第一子频段CH1所对应的本振频率f1至射频接收模块；射频接收模块在该本振频率的控制下，对接收到的射频信号x₁(t)进行感知处理，并将感知处理后的送入模数转换模块中进行采样得到第一子频段CH1的采样信号x₁(n)；(1.3)中心控制处理模块接收第一子频段CH1的采样信号x₁(n)，并通过感知算法判决该本振频率f1所对应的子频段CH1信号是否存在；当感知子频段CH1信号存在时，则中心控制处理模块输出DVB‑T全频段中第二子频段CH2所对应的本振频率f2；当感知子频段CH1信号不存在时，则中心控制处理模块一直输出本振频率f1，中心控制处理模块一直监测本振频率f1对应的第一子频段CH1的状态，直到感知该子频段CH1信号存在；(1.4)返回步骤(1.2)直至将DVB‑T全频段中的所有子频段全部感知完成；(2)中心控制处理模块依次对采集到的各个子频段的采样信号进行加窗处理，加窗后的信号为y_i(n)＝x_i(n)w(n)式中x_i(n)为采样信号，i为子频段号1≤i≤g，w(n)为窗函数；(3)中心控制处理模块运用坐标旋转数字计算方法实现对加窗后的信号进行快速傅里叶处理，即通过坐标旋转数字计算方法代替快速傅里叶运算过程中复数乘法器以实现快速傅里叶处理，快速傅里叶处理后的信号为$Y_i\left(w\right)=\mathrm{DFT}\left[y_i\left(n\right)\right]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{y}_i\left(n\right)W_N^{\mathrm{nw}},(0\le w\le N-1)$式中，0≤n≤N‑1，N为傅里叶变换长度，y_i(n)为步骤(2)所得加窗后的信号，Y_i(w)与y_i(n)构成了傅立叶变换对；(4)中心控制处理模块计算DVB‑T全频段所感知到的所有子频段进行快速傅里叶处理后的信号的总能量，即将DVB‑T全频段所感知到的所有子频段进行快速傅里叶处理后的数据经过乘法器平方并累加求和后取平均得到最终信号能量值，其中信号总能量为$E=\frac{1}{N}\underset{w=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{Y}_i{\left(w\right)}^2$式中，N为傅里叶变换长度，Y_i(w)为各子频段经快速傅里叶处理后的信号；(5)中心控制处理模块对DVB‑T全频段的信号总能量进行阀值判决，即将信号总能量值E与阀值λ进行比较，若E<λ,判决该子频段信号不存在，感知算法一直对该子频段进行监测，同时将该子频段信息发送给发射机；若E>λ，判决该子频段信号存在，感知算法对下一DVB‑T子频段进行检测，如此循环，直至覆盖整个DVB‑T全频段；上述阀值为$\lambda =N{\delta }_n^2+Q^{-1}\left(P_f\right)\sqrt{2N{\delta }_n^4}$式中，Q^‑1为Q函数的反函数，为噪声功率，P_f为虚警概率，N为傅里叶变换长度。