專利名稱：模擬、數(shù)字電視信號的快速識別方法、裝置及通信接收端的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及信號識別技術，特別涉及認知無線電系統(tǒng)中電視信號類型的識別。
背景技術：
認知無線電(Cognitive Radio, CR)作為一種革命性智能頻譜共享技術，由于可顯著提高頻譜的使用率，近年來受到了人們的普遍關注。在認知無線電網(wǎng)絡中，次級用戶 (theSecondary User)通過頻譜感知技術捕獲授權頻段上的空閑頻譜，在不干擾到授權用戶(thePrimary User)通信的前提下，實現(xiàn)動態(tài)的頻譜接入，以提高頻譜利用率。當檢測到頻段上有授權用戶接入的時候，必須馬上退出頻段的使用，以避免造成對授權用戶的干擾。 這樣，在不改變現(xiàn)有頻譜分配政策的前提下，能極大的提高頻譜的使用效率。為了不干擾到授權電視用戶的使用，次級用戶通過頻譜感知來檢測授權用戶是否存在，并進一步區(qū)分授權用戶是模擬電視信號還是數(shù)字電視信號。由于頻譜感知采用的是盲檢測的方式，在接收端不知道所接收信號的任何先驗信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種利用頻譜感知從而快速識別模擬、數(shù)字電視信號的方法以及實現(xiàn)該方法的認知無線電通信接收端。本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是，模擬、數(shù)字電視信號的快速識別方法，包括以下步驟獲取待測信號當前時隙對應的頻域數(shù)據(jù)并計算頻道帶寬內(nèi)所有頻點的幅度值；根據(jù)圖像載波和伴音載波的位置和寬度，獲取圖像載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點以及伴音載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點；累加圖像載波中心頻點周圍的K個頻點的幅度值，累加伴音載波中心頻點周圍的 K個頻點的幅度值；并將圖像載波與伴音載波對應的兩個幅度值相加得到第一累加值；選取頻道帶寬內(nèi)任意連續(xù)2K個還未進行累加計算的頻點進行累加得到第二累加值；計算第一累加值與第二累加值之比，并將比值結果與預設門限值比較，當比值結果小于預設門限值，則判定待測信號為數(shù)字電視信號；當比值結果大于或等于預設門限值， 則判定待測信號為模擬電視信號。在模擬電視信號中，包括圖像信號和伴音信號。為了減少頻率相距較近的圖像載頻和伴音載頻之間的干擾，伴音采用了不同于圖像信號的調(diào)制方式。伴音信號調(diào)頻后和圖像射頻進行頻分復用，由同一天線發(fā)射。根據(jù)數(shù)字電視信號頻譜的特點，在頻道帶寬內(nèi)各頻點的幅度值基本接近，第一累加值與第二累加值也應接近。而，模擬電視信號不同，頻道帶寬內(nèi)各頻點幅度值僅在圖像載波附近和伴音載波附近的值比較大，其它位置的幅度值較小，因此第一累加值與第二累加值的比值通常都在幾倍至幾十倍。本發(fā)明利用模擬與數(shù)字電視信號在頻譜上表現(xiàn)出的不同特點，能夠快速地識別出模擬電視信號與數(shù)字電視信號。
具體的，選取的頻點數(shù)K應滿足KXfs maX(圖像載波的寬度，伴音載波的寬度)，其中fs表示頻譜分辨率。W = fsXN，其中，W表示頻道帶寬，N表示頻道帶寬的總 頻點數(shù)。略等于在此表示選取的頻點數(shù)K應能包含主要的圖像載波與伴音載波所在的頻譜寬度。相應的，實現(xiàn)上述方法的信號類型識別裝置包括初始化模塊、頻點選擇模塊、累加模塊、比較判斷模塊；初始化模塊用于，獲取待測信號當前時隙對應的頻域數(shù)據(jù)并計算頻道帶寬內(nèi)所有頻點的幅度值；頻點選擇模塊用于，根據(jù)圖像載波和伴音載波的位置和寬度，獲取圖像載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點以及伴音載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點，在選取圖像載波中心頻點周圍的K個頻點以及伴音載波中心頻點周圍的K個頻點，再選取頻道帶寬內(nèi)任意連續(xù)2K個還未被選取的頻點；累加模塊用于，累加圖像載波中心頻點周圍的K個頻點的幅度值，累加伴音載波中心頻點周圍的K個頻點的幅度值，并將圖像載波與伴音載波對應的兩個累加幅度值相加得到第一累加值；再對所述連續(xù)2K個頻點進行累加得到第二累加值；比較判斷模塊用于，計算第一累加值與第二累加值之比，并將比值結果與預設門限值比較，當比值結果小于預設門限值，則判定待測信號為數(shù)字電視信號；當比值結果大于或等于預設門限值，則判定待測信號為模擬電視信號。應用上述方法的認知無線電通信接收端，包括信號接收單元、時域數(shù)據(jù)采樣單元、 頻譜感知模塊、組網(wǎng)與調(diào)度控制單元、類型識別模塊、頻域數(shù)據(jù)生成單元；信號接收單元用于，接收無線信號，并將接收的信號送入時域數(shù)據(jù)采樣單元；時域數(shù)據(jù)采樣單元用于，對接收的信號進行時域采樣，并將采樣得到的時域數(shù)據(jù)分別送入頻譜感知模塊、頻域數(shù)據(jù)生成模塊；頻域數(shù)據(jù)生成單元用于，將當前時隙的時域數(shù)據(jù)轉換為頻域數(shù)據(jù)；頻譜感知模塊用于，通過分析當前時隙的時域數(shù)據(jù)來檢測授權用戶的存在，當檢測到授權用戶時，觸發(fā)類型識別模塊；類型識別模塊用于，從頻域數(shù)據(jù)生成單元獲取當前時隙的頻域數(shù)據(jù)并計算頻道帶寬內(nèi)所有頻點的幅度值；根據(jù)圖像載波和伴音載波的位置和寬度，獲取圖像載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點以及伴音載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點；累加圖像載波中心頻點周圍的K 個頻點的幅度值，累加伴音載波中心頻點周圍的K個頻點的幅度值；并將圖像載波與伴音載波對應的兩個累加幅度值相加得到第一累加值；再選取頻道帶寬內(nèi)任意連續(xù)2K個還未被選取進行累加計算的頻點進行累加得到第二累加值；計算第一累加值與第二累加值之比，并將比值結果與預設門限值比較，當比值結果小于預設門限值，則判定待測信號為數(shù)字電視信號；當比值結果大于或等于預設門限值，則判定待測信號為模擬電視信號；將檢測的信號類型結果送入組網(wǎng)與調(diào)度控制單元；組網(wǎng)與調(diào)度控制單元，用于參照當前授權用戶的信號類型進行組網(wǎng)和調(diào)度控制。具體的，頻域數(shù)據(jù)生成單元用于，通過快速傅里葉變換將接收的時域數(shù)據(jù)轉換為頻域數(shù)據(jù)。本發(fā)明的有益效果是，能夠快速地識別出模擬電視信號與數(shù)字電視信號，實現(xiàn)簡單，計算復雜度低，運算量小。


圖1為作為接收端的認知無線電硬件平臺的工作示意圖；圖2為實施例DSP的類型識別模塊示意圖； 圖3為實施例工作流程圖。
具體實施例方式本實施將本發(fā)明方法應用于認知無線電通信系統(tǒng)中的接收端。源于動態(tài)頻譜資源共享寬帶無線通信系統(tǒng)搭建為PC (電腦)+DSP (數(shù)字信號處理器)+FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)+RF(射頻)的四通道硬件體系架構，其中三個通道用于數(shù)據(jù)傳輸，一個通道用于頻譜感知。在硬件體系架構中，PC負責上層的調(diào)度和網(wǎng)絡架構協(xié)議的實現(xiàn)，DSP和FPGA共同構成了數(shù)據(jù)傳輸處理和頻譜感知的硬件基礎，射頻負責無線信號的發(fā)射和接收。使用的頻段為已經(jīng)分配給電視使用的694MHz-806MHz頻段，為了在不干擾到授權電視用戶的使用，需要由頻譜感知通道來完成授權用戶存在與否的檢測工作。為了方便上層的組網(wǎng)和調(diào)度算法實現(xiàn)，還需要進一步區(qū)分授權用戶是模擬電視信號還是數(shù)字電視信號。本發(fā)明所述方法在現(xiàn)有的認知無線電硬件平臺上，利用能夠以一種最簡單便捷的方式識別兩種授權用戶信號類型(模擬信號、數(shù)字信號)，以供上層更好的進行組網(wǎng)和調(diào)度控制。如圖1所示，認知無線電通信系統(tǒng)終端包括RF收發(fā)模塊、ADC(模/數(shù)轉換器)、 FPGA、DSP、PC。接收信號通過天線經(jīng)RF收發(fā)模塊進行帶通濾波、兩次下變頻，在AGC(Aut0matiC GainControl,自動增益控制電路)控制穩(wěn)定后經(jīng)ADC進行模擬信號到數(shù)字信號的轉換后送入FPGA進行處理。FPGA包括ADC接口模塊、I/Q解調(diào)模塊、FIR(有限長單位沖激響應)濾波模塊、降采樣(downsample)模塊、FFT(快速傅里葉變換)模塊、時域數(shù)據(jù)寄存器、頻域數(shù)據(jù)寄存器。 ADC對信號進行時域采樣，I/Q解調(diào)模塊將信號轉換為基帶信號，F(xiàn)IR濾波模塊對信號進行濾波后進行降采樣，把數(shù)據(jù)送入時域數(shù)據(jù)寄存器，并將時域數(shù)據(jù)送給后端DSP的頻譜感知模塊進行頻譜感知。同時，降采樣后的數(shù)據(jù)經(jīng)過FFT模塊后得到頻域數(shù)據(jù)存儲在頻域數(shù)據(jù)寄存器，當DSP檢測到授權用戶存在時，DSP的類型識別模塊從FPGA中提取頻域數(shù)據(jù)進行信號類型的識別，最后，類型識別模塊將識別結果送入PC，以便PC進行優(yōu)先級判決、組網(wǎng)和調(diào)度控制。基于現(xiàn)有的認知無線電系統(tǒng)，在既定的硬件結構中，不需要增加任何新的硬件原件，只需要在FPGA中加入一個計算FFT的模塊將頻域數(shù)據(jù)送入后端模塊即可實現(xiàn)本發(fā)明方法。如圖2所示，DSP的類型識別模塊包括初始化模塊、頻點選擇模塊、累加模塊、比較判斷模塊；初始化模塊用于，獲取待測信號當前時隙對應的頻域數(shù)據(jù)并計算頻道帶寬內(nèi)所有頻點的幅度值；頻點選擇模塊用于，根據(jù)圖像載波和伴音載波的位置和寬度，獲取圖像載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點以及伴音載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點，在選取圖像載波中心頻點周圍的K個頻點以及伴音載波中心頻點周圍的K個頻點，再選取頻道帶寬內(nèi)任意連續(xù)2K個還未被選取的頻點；累加模塊用于，累加圖像載波中心頻點周圍的K個頻點的幅度值，累加伴音載波中心頻點周圍的K個頻點的幅度值，并將圖像載波與伴音載波對應的兩個累加幅度值相加得到第一累加值；再對所述連續(xù)2K個頻點進行累加得到第二累加值；比較判斷模塊用于，計算第一累加值與第二累加值之比，并將比值結果與預設門限值比較，當比值結果小于預設門限值，則判定待測信號為數(shù)字電視信號；當比值結果大于或等于預設門限值，則判定待測信號為模擬電視信號。在實施過程中，采用一個時隙的數(shù)據(jù)進行工作流程的說明，如圖3所示，包括以下步驟射頻收發(fā)模塊首先將接收到694MHz-806MHz上某個頻道的信號下變頻到25MHz的中頻，由ADC把AGC控制穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)采入FPGA，F(xiàn)PGA經(jīng)解調(diào)、濾波、降采樣后，將時域數(shù)據(jù)送入DSP的頻譜感知模塊，同時域數(shù)據(jù)時經(jīng)過FFT模塊生成當前時隙對應的頻道信號的頻域數(shù)據(jù)；頻譜感知模塊通過協(xié)方差矩陣算法來檢測是否授權用戶存在，利用協(xié)方差矩陣算法來檢測信號為現(xiàn)有的成熟技術，在此不再贅述；DSP的頻譜感知模塊檢測到有授權用戶存在時，DSP進一步控制類型識別模塊讀入當前時隙的頻域數(shù)據(jù)，進行授權用戶類型識別；一個頻道的帶寬為8MHz，設頻道帶寬中包含2048個頻點，那么得到頻譜分辨率為 3900Hz ；DSP的類型識別模塊首先計算各頻點的幅度值X = [χ (0), χ (1), χ (2) L χ (N-I)], N =2047。得到該時隙對應的頻域數(shù)據(jù)并計算幅度值為X = [X(O)，X(l)，χ⑵L χ(N-I)]；DSP根據(jù)圖像載波的位置和寬度，計算以圖像載波為中心的K個頻點的幅度值
權利要求
1.模擬、數(shù)字電視信號的快速識別方法，其特征在于，包括以下步驟獲取待測信號當前時隙對應的頻域數(shù)據(jù)并計算頻道帶寬內(nèi)所有頻點的幅度值； 根據(jù)圖像載波和伴音載波的位置和寬度，獲取圖像載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點以及伴音載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點；累加圖像載波中心頻點周圍的K個頻點的幅度值，累加伴音載波中心頻點周圍的K個頻點的幅度值；并將圖像載波與伴音載波對應的兩個累加幅度值相加得到第一累加值；選取頻道帶寬內(nèi)任意連續(xù)2K個還未被選取進行累加計算的頻點進行累加得到第二累加值；計算第一累加值與第二累加值之比，并將比值結果與預設門限值比較，當比值結果小于預設門限值，則判定待測信號為數(shù)字電視信號；當比值結果大于或等于預設門限值，則判定待測信號為模擬電視信號。
2.如權利要求1所述模擬、數(shù)字電視信號的快速識別方法，其特征在于，選取的頻點數(shù) K應滿足KXfs > max (圖像載波的寬度，伴音載波的寬度)，其中仁表示頻譜分辨率；fs = W/N，其中，W表示頻道帶寬，N表示頻道帶寬的總頻點數(shù)。
3.認知無線電通信接收端，包括信號接收單元、時域數(shù)據(jù)采樣單元、頻譜感知模塊、組網(wǎng)與調(diào)度控制單元，其特征在于，還包括類型識別模塊、頻域數(shù)據(jù)生成單元；所述信號接收單元用于，接收無線信號，并將接收的信號送入時域數(shù)據(jù)采樣單元； 所述時域數(shù)據(jù)采樣單元用于，對接收的信號進行時域采樣，并將采樣得到的時域數(shù)據(jù)分別送入頻譜感知模塊、頻域數(shù)據(jù)生成模塊；所述頻域數(shù)據(jù)生成單元用于，將當前時隙的時域數(shù)據(jù)轉換為頻域數(shù)據(jù)； 所述頻譜感知模塊用于，通過分析當前時隙的時域數(shù)據(jù)來檢測授權用戶的存在，當檢測到授權用戶時，觸發(fā)類型識別模塊；所述類型識別模塊用于，從頻域數(shù)據(jù)生成單元獲取當前時隙的頻域數(shù)據(jù)并計算頻道帶寬內(nèi)所有頻點的幅度值；根據(jù)圖像載波和伴音載波的位置和寬度，獲取圖像載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點以及伴音載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點；累加圖像載波中心頻點周圍的K 個頻點的幅度值，累加伴音載波中心頻點周圍的K個頻點的幅度值；并將圖像載波與伴音載波對應的兩個累加幅度值相加得到第一累加值；再選取頻道帶寬內(nèi)任意連續(xù)2K個還未進行累加計算的頻點進行累加得到第二累加值；計算第一累加值與第二累加值之比，并將比值結果與預設門限值比較，當比值結果小于預設門限值，則判定待測信號為數(shù)字電視信號；當比值結果大于或等于預設門限值，則判定待測信號為模擬電視信號；將檢測的信號類型結果送入組網(wǎng)與調(diào)度控制單元；所述組網(wǎng)與調(diào)度控制單元，用于參照當前授權用戶的信號類型進行組網(wǎng)和調(diào)度控制。
4.如權利要求3所述認知無線電通信接收端，其特征在于，所述頻域數(shù)據(jù)生成單元用于，通過快速傅里葉變換將接收的時域數(shù)據(jù)轉換為頻域數(shù)據(jù)。
5.如權利要求3或4所述模擬、數(shù)字電視信號的快速識別方法，其特征在于，頻點數(shù)K 應滿足KXfs ^ max(圖像載波的寬度，伴音載波的寬度)，其中仁表示頻譜分辨率；fs = W/N，其中，W表示頻道帶寬，N表示頻道帶寬的總頻點數(shù)。
6.信號類型識別裝置，其特征在于，包括初始化模塊、頻點選擇模塊、累加模塊、比較判斷模塊；所述初始化模塊用于，獲取待測信號當前時隙對應的頻域數(shù)據(jù)并計算頻道帶寬內(nèi)所有頻點的幅度值；所述頻點選擇模塊用于，根據(jù)圖像載波和伴音載波的位置和寬度，獲取圖像載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點以及伴音載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點，在選取圖像載波中心頻點周圍的K個頻點以及伴音載波中心頻點周圍的K個頻點，再選取頻道帶寬內(nèi)任意連續(xù)2K個還未被選取的頻點；所述累加模塊用于，累加圖像載波中心頻點周圍的K個頻點的幅度值，累加伴音載波中心頻點周圍的K個頻點的幅度值，并將圖像載波與伴音載波對應的兩個累加幅度值相加得到第一累加值；再對所述連續(xù)2K個頻點進行累加得到第二累加值；所述比較判斷模塊用于，計算第一累加值與第二累加值之比，并將比值結果與預設門限值比較，當比值結果小于預設門限值，則判定待測信號為數(shù)字電視信號；當比值結果大于或等于預設門限值，則判定待測信號為模擬電視信號。
7.如權利要求6所述信號類型識別裝置，其特征在于，頻點數(shù)K應滿足 KXfs max(圖像載波的寬度，伴音載波的寬度)，其中仁表示頻譜分辨率；fs = W/N，其中， W表示頻道帶寬，N表示頻道帶寬的總頻點數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用頻譜感知從而快速識別模擬、數(shù)字電視信號的方法以及實現(xiàn)該方法的認知無線電通信接收端。根據(jù)圖像載波和伴音載波的位置和寬度，獲取圖像載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點以及伴音載波在頻道帶寬內(nèi)的中心頻點；累加圖像載波中心頻點周圍的K個頻點的幅度值，累加伴音載波中心頻點周圍的K個頻點的幅度值；并將圖像載波與伴音載波對應的兩個幅度值相加得到第一累加值；選取頻道帶寬內(nèi)任意連續(xù)2K個還未進行累加計算的頻點進行累加得到第二累加值；計算第一累加值與第二累加值之比，并將比值結果與預設門限值比較來判定待測信號為模擬電視信號。
文檔編號H04N5/44GK102300115SQ20111008364
公開日2011年12月28日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權日2011年4月2日
發(fā)明者李少謙, 李洪宇, 楊松, 王軍, 陳亞丁 申請人:電子科技大學