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1、10申请公布号CN104104457A43申请公布日20141015CN104104457A21申请号201410333072822申请日20140714H04B17/00200601H04W16/1020090171申请人桂林电子科技大学地址541004广西壮族自治区桂林市金鸡路1号72发明人肖海林王成旭刘彩丽贺栋梁闫坤胡立坤74专利代理机构桂林市持衡专利商标事务所有限公司45107代理人陈跃琳54发明名称基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配方法和系统57摘要本发明公开一种基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配方法和系统，基带处理模块中加载有能量检测算法和循环前缀算法，能量检测算法能够通过。
2、设定能量门限值来检测频段，用于检测未被认知用户占用的频段。循环前缀算法则专门用于检测DVBT信号，在被认知用户占用的频段，采用循环前缀算法能够检测出是否有授权用户重新占用该频段，若检测出授权用户则认知用户便立刻停止占用该频段，避免对授权用户的干扰。本发明能对DVBT频段全频段检测，自适应的切换频段，准确实时的找出空闲频段并分配给各个认知用户使用。在此基础上，本发明还能检测到授权用户的出现并使认知用户及时退出并切换到其他空闲频段。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图2页10申请公布号CN104104457ACN。
3、104104457A1/2页21基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配方法，其特征是包括如下步骤1认知中心处理器通过认知通信机向基站通信机发送通信请求，基站通信机将请求信息传输至基站中心处理器，基站中心处理器记录认知用户数量；2射频天线接收DVBT频段信号，射频前端将整个频段按照预设的子频段带宽分段数个子频段，基站中心处理器通过改变射频前端本振的输出频率将各个子频段搬移到零频，并将其分为I、Q两路后送入基带处理模块中；3基站中心处理器内设有空闲频段频谱池和已分配频段频谱池；基站中心处理器依次判断DVBT频段内的各个子频段是否存在于已分配频段频谱池内；当子频段不存在于已分配频段频谱池内时，即表示。
4、该子频段没有被认知用户占用；此时，基站中心处理器向基带处理模块发送能量检测的命令，基带处理模块采用能量检测方法判断该子频段是否空闲；当该子频段被判断为空闲频段时，则基带处理模块向基站中心处理器发送该子频段空闲的命令，基站中心处理器将该子频段放入空闲频段频谱池中，并控制射频前端本振立刻切换到下一子频段；当该子频段被判断为非空闲频段时，则基带处理模块向基站中心处理器发送该子频段占用的命令，基站中心处理器直接控制射频前端本振切换到下一子频段；当子频段存在于已分配频段频谱池内时，即表示该子频段已被认知用户占用；基站中心处理器向基带处理模块发送循环前缀检测的命令，基带处理模块采用环前缀检测方法判断该子频。
5、段内是否有DVBT信号；当该子频段未检测到DVBT信号即无授权用户时，则基带处理模块向基站中心处理器发送该子频段被认知用户占用命令，基站中心处理器将该子频段保留在已分配频段频谱池中，然后控制射频前端本振切换到下一个子频段；当该子频段检测到DVBT信号即有授权用户时，则基带处理模块向基站中心处理器发送该子频段被授权用户占用命令，基站中心处理器暂停射频前端本振的频段切换，并立刻通过基站通信机发送该子频段被占用的命令给认知通信机，然后将该子频段移出已分配频段频谱池，随后控制射频前端本振切换到下一个子频段；认知通信机随之通知认知中心处理器立刻停止占用该子频段并重新向基站发起通信请求；4当基站中心处理器。
6、检测完整个DVBT频段后，基站中心处理器内空闲频段频谱池记录了所有空闲频段信息，已分配频段频谱池内记录了所有已分配频段信息；同时，基站中心处理器根据认知用户数量将空闲频段频谱池内的空闲频段信息通过基站通信机广播出去，认知通信机接收基站通信机广播的空闲频段信息，并将该空闲频段信息传输给认知中心处理器，认知中心处理器控制认知用户本振调整通信频率到空闲频段，认知用户之间利用该空闲频段进行通信；与此同时，基站中心处理器将广播出去的空闲频段信息放入已分配频段频谱池中；5以上为一个检测周期，当一个周期检测完毕并将空闲频段分配后，基站中心处理器清空空闲频段频谱池，并开始下一个周期的检测。2根据权利要求1所述。
7、基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配方法，其特征是，上述步骤2中，预设的子频段带宽设为8MHZ。3根据权利要求1所述基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配方法，上述步骤3中，基站中心处理器仅将判断为空闲的子频段的中间值放入到空闲频段频谱池中。4根据权利要求1所述频谱检测分配方法而设计的基于地面数字电视广播频段的频权利要求书CN104104457A2/2页3谱检测分配系统，其特征在于主要由基站中心处理器、射频前端、基带处理模块、基站通信机、认知中心处理器、认知通信机和认知用户组成；射频前端的数据输出端与基带处理模块相连；基站中心处理器分别连接射频前端的射频前端本振、基带处理模块和基站通信机；认。
8、知中心处理器分别连接认知用户的认知用户本振和认知通信机；基站通信机与认知通信机通过天线相连。5根据权利要求4所述的基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，其特征在于所述射频前端主要由射频天线、前低通滤波器、低噪声放大器、衰减器、第二级放大器、混频器、射频前端本振、后低通滤波器和自动增益控制器顺序连接组成；射频天线的输出端连接前低通滤波器的输入端；前低通滤波器的输出端连接低噪声放大器的输入端；低噪声放大器的输出端经衰减器与第二级放大器的输入端相连；第二级放大器的输出端连接混频器的一输入端，基站中心处理器经射频前端本振连接混频器的另一输入端；混频器的输出端分为I、Q两路输出端，I、Q两路输出端。
9、各经后低通滤波器和自动增益控制器后，与基带处理模块的一路输入端相连。6根据权利要求4所述的基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，其特征在于所述I、Q两路输出端各接有2级自动增益控制器，接I、Q两路输出端各连接第一级自动增益放大器的输入端，第一级自动增益放大器的输出端经后低通滤波器与第二级自动增益放大器的输入端相连。7根据权利要求4所述的基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，其特征在于所述认知通信机和基站通信机均为24G通信机。权利要求书CN104104457A1/6页4基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配方法和系统技术领域0001本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于地面数字电。
10、视广播频段的频谱检测分配方法和系统。背景技术0002当前，无线通信设备迅速增加，可用于无线通信的频谱资源却日趋稀少，频谱资源已愈加珍贵。但在授权频段却存在大量的“频谱空洞”，这些“频谱空洞”在大部分时间中没有授权用户使用，如何利用这些“频谱空洞”便成为一个研究热点。认知无线电频谱检测技术因此应运而生，该技术允许未授权用户认知用户在授权用户未使用“频谱空洞”的情况下，可利用授权用户频段进行通信。如何检测授权用户未使用的空闲频段就成为一个重要的研究点，同时在检测到空闲频段后，如何将这些空闲频段分配给需要通信的认知用户也十分重要。DVBT是指数字地面电视广播系统标准，其频段范围为50878MHZ，D。
11、VBT频段往往只在某一时段被占用，某些频段长时间得不到充分的利用。因此，在不干扰DVBT频段授权用户的情况下，将空闲频段充分利用起来，能很大程度上提高频谱利用率。0003目前，认知无线电的频谱检测方法往往采用能量检测等算法，这种算法只能检测到信号的有无，而无法识别授权信号。对于DVBT信号，可以采用循环前缀检测算法进行检测，但此方法却无法识别频段内是否有其他信号。将上述两种算法结合起来，能实现对频段进行精确的检测。然而，如果每一个频段同时采用两种算法进行检测又会浪费大量时间。另外，在对空闲频段的利用上，往往是认知用户发起频谱检测，当检测到空闲频段便对其进行占用，这样每次当授权重新占用频段时又要。
12、重新检测。这样频繁的进行频谱检测将浪费认知用户的传输时间。并且当授权用户返回占用频段时，认知用户会对授权用户造成干扰。发明内容0004本发明所要解决的技术问题是提供一种基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配方法和系统，其能对DVBT频段全频段检测，自适应的切换频段，准确实时的找出空闲频段并分配给各个认知用户使用。在此基础上，本发明还能检测到授权用户的出现并使认知用户及时退出并切换到其他空闲频段。0005为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的0006基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配方法，包括如下步骤00071认知中心处理器通过认知通信机向基站通信机发送通信请求，基站通信机将请求信息。
13、传输至基站中心处理器，基站中心处理器记录认知用户数量；00082射频天线接收DVBT频段信号，射频前端将整个频段按照预设的子频段带宽分段数个子频段，基站中心处理器通过改变射频前端本振的输出频率将各个子频段搬移到零频，并将其分为I、Q两路后送入基带处理模块中；00093基站中心处理器内设有空闲频段频谱池和已分配频段频谱池；基站中心处理器依次判断DVBT频段内的各个子频段是否存在于已分配频段频谱池内；说明书CN104104457A2/6页50010当子频段不存在于已分配频段频谱池内时，即表示该子频段没有被认知用户占用；基站中心处理器向基带处理模块发送能量检测的命令，基带处理模块采用能量检测方法判断。
14、该子频段是否空闲；当该子频段被判断为空闲频段时，则基带处理模块向基站中心处理器发送该子频段空闲的命令，基站中心处理器将该子频段放入空闲频段频谱池中，并控制射频前端本振立刻切换到下一子频段；当该子频段被判断为非空闲频段时，则基带处理模块向基站中心处理器发送该子频段占用的命令，基站中心处理器直接控制射频前端本振切换到下一子频段；0011当子频段存在于已分配频段频谱池内时，即表示该子频段已被认知用户占用；基站中心处理器向基带处理模块发送循环前缀检测的命令，基带处理模块采用环前缀检测方法判断该子频段内是否有DVBT信号；当该子频段未检测到DVBT信号即无授权用户时，则基带处理模块向基站中心处理器发送该。
15、子频段被认知用户占用命令，基站中心处理器将该子频段保留在已分配频段频谱池中，然后控制射频前端本振切换到下一个子频段；当该子频段检测到DVBT信号即有授权用户时，则基带处理模块向基站中心处理器发送该子频段被授权用户占用命令，基站中心处理器暂停射频前端本振的频段切换，并立刻通过基站通信机发送该子频段被占用的命令给认知通信机，然后将该子频段移出已分配频段频谱池，随后继续控制射频前端本振切换到下一个子频段；认知通信机随之通知认知中心处理器立刻停止占用该子频段并重新向基站发起通信请求；00124当基站中心处理器检测完整个DVBT频段后，基站中心处理器内空闲频段频谱池记录了所有空闲频段信息，已分配频段频谱。
16、池内记录了所有已分配频段信息；同时，基站中心处理器根据认知用户数量将空闲频段频谱池内的空闲频段信息通过基站通信机广播出去，认知通信机接收基站通信机广播的空闲频段信息，并将该空闲频段信息传输给认知中心处理器，认知中心处理器控制认知用户本振调整通信频率到空闲频段，认知用户之间利用该空闲频段进行通信；与此同时，基站中心处理器将广播出去的空闲频段信息放入已分配频段频谱池中；00135以上为一个检测周期，当一个周期检测完毕并将空闲频段分配后，基站中心处理器清空空闲频段频谱池，并开始下一个周期的检测。0014上述步骤2中，预设的子频段带宽设为8MHZ。0015上述步骤3中，基站中心处理器仅将判断为空闲的子。
17、频段的中间值放入到空闲频段频谱池中。0016基于上述方法所设计的基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，主要由基站中心处理器、射频前端、基带处理模块、基站通信机、认知中心处理器、认知通信机和认知用户组成；射频前端的数据输出端与基带处理模块相连；基站中心处理器分别连接射频前端的射频前端本振、基带处理模块和基站通信机；认知中心处理器分别连接认知用户的认知用户本振和认知通信机；基站通信机与认知通信机通过天线相连。0017上述方案中，所述射频前端主要由射频天线、前低通滤波器、低噪声放大器、衰减器、第二级放大器、混频器、射频前端本振、后低通滤波器和自动增益控制器顺序连接组成；射频天线的输出端连接前低。
18、通滤波器的输入端；前低通滤波器的输出端连接低噪声放大器的输入端；低噪声放大器的输出端经衰减器与第二级放大器的输入端相连；第二级放大器的输出端连接混频器的一输入端，基站中心处理器经射频前端本振连接混频器的另一输入说明书CN104104457A3/6页6端；混频器的输出端分为I、Q两路输出端，I、Q两路输出端各经后低通滤波器和自动增益控制器后，与基带处理模块的一路输入端相连。0018上述方案中，所述I、Q两路输出端各接有2级自动增益控制器，接I、Q两路输出端各连接第一级自动增益放大器的输入端，第一级自动增益放大器的输出端经后低通滤波器与第二级自动增益放大器的输入端相连。0019上述方案中，所述认知。
19、通信机和基站通信机均为24G通信机。0020与现有技术相比，本发明具有以下优点00211、该频谱检测分配系统的射频前端采用零中频结构，只需通过中心处理器控制本振输出不同频率便可将不同频点直接混频到基带，相比二次变频结构减少了很多元器件，节省了成本，提高了系统集成度；同时也解决了二次变频存在的镜像干扰问题。00222、采用了两个频谱池，可以自动读出哪些频段空闲，哪些频段被认知用户和授权用户占用，频谱池可以自动更新。根据频谱池内的空闲频段进行动态频谱分配，多个认知用户之间便可进行通信；在授权用户返回后，基站能迅速检测到授权用户并通知认知用户及时退出频段并切换到其他空闲频段。00233、充分利用了能。
20、量检测算法和循环前缀检测算法的特性，在不同的情况下选择不同的检测方法，不仅能提高检测精度，还能有效的节省检测时间。00244、认知用户在需要通信前无需进行频谱检测，只需要发起请求便可接收到来自基站发送的空闲频段信息，延长了认知用户的通信时间，从而提高了对空闲频谱的利用率。附图说明0025图1为基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配方法的流程图。0026图2是基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统的整体框图。0027图3是射频前端的连接框图。具体实施方式0028一种基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配方法，如图1所示，包括如下步骤00291认知中心处理器通过认知通信机向基站通信机发送通信请。
21、求，基站通信机将请求信息传输至基站中心处理器，基站中心处理器记录认知用户数量，频谱检测开始。00302射频天线接收DVBT频段信号，射频前端将整个频段按照预设的子频段带宽分段数个子频段，基站中心处理器通过改变射频前端本振的输出频率将各个子频段搬移到零频，并将其分为I、Q两路后送入基带处理模块中。在本发明优选实施例中，预设的子频段带宽设为8MHZ。0031如基站中心处理器控制本振输出54MHZ频率，通过正交解调器与5058MHZ子频段混频后将频段搬移到基带，此时在04MHZ频段内便有5058MHZ频段的全部信息，通过带宽为4M的后低通滤波器将5058M频段信息进行AD采样后送入FPGA中进行数字。
22、处理。00323基站中心处理器内设有空闲频段频谱池1号频谱池和已分配频段频谱池2号频谱池；基站中心处理器依次判断DVBT频段内的各个子频段是否存在于已分配频说明书CN104104457A4/6页7段频谱池内。如已分配频段频谱池内部有数据，如54MHZ；则表明5058MHZ这个子频段已被认知用户占用。0033当子频段不存在于已分配频段频谱池内时，即表示该子频段没有被认知用户占用；此时，基站中心处理器向基带处理模块发送能量检测的命令如发送0，基带处理模块采用能量检测方法判断该子频段是否空闲；当该子频段被判断为空闲频段时，则基带处理模块向基站中心处理器发送该子频段空闲的命令如发送0，基站中心处理器将。
23、该子频段放入空闲频段频谱池中，并控制射频前端本振立刻切换到下一子频段如62MHZ；当该子频段被判断为非空闲频段时，则基带处理模块向基站中心处理器发送该子频段占用的命令如发送1，基站中心处理器直接控制射频前端本振切换到下一子频段如62MHZ。在本发明优选实施例中，基站中心处理器不是将判断为空闲的子频段的整个频段放入到空闲频段频谱池中，而仅将判断为空闲的子频段的中间值放入到空闲频段频谱池中。比如判断5058MHZ这个子频段空闲，则将54MHZ这个中间值放入到空闲频段频谱池中，而不是将5058MHZ这个频段值放入到空闲频段频谱池中。0034当子频段存在于已分配频段频谱池内时，即表示该子频段已被认知用。
24、户占用；基站中心处理器向基带处理模块发送循环前缀检测的命令如发送1，基带处理模块采用环前缀检测方法判断该子频段内是否有DVBT信号；当该子频段未检测到DVBT信号即无授权用户时，则基带处理模块向基站中心处理器发送该子频段被认知用户占用命令如发送2，基站中心处理器将该子频段保留在已分配频段频谱池中，然后控制射频前端本振切换到下一个子频段如62MHZ；当该子频段检测到DVBT信号即有授权用户时，则基带处理模块向基站中心处理器发送该子频段被授权用户占用命令如发送3，基站中心处理器暂停射频前端本振的频段切换，并立刻通过基站通信机发送该子频段被占用的命令给认知通信机，然后将该子频段移出已分配频段频谱池，。
25、随后控制射频前端本振切换到下一个子频段；认知通信机随之通知认知中心处理器立刻停止占用该子频段，以避免对授权用户干扰，认知用户重新通过认知通信机向基站发送通信请求。授权用户即为DVBT信号，DVBT频段各个子频段并非时时刻刻都在使用，存在某些空闲频段；于是认知无线电就可以检测这些空闲频段并加以利用。00354当基站中心处理器检测完整个DVBT频段后即基站中心处理器控制本振输出878MHZ时，暂停本振跳变，基站中心处理器内空闲频段频谱池记录了所有空闲频段信息，已分配频段频谱池内记录了所有已分配频段信息；同时，基站中心处理器根据认知用户数量将空闲频段频谱池内的空闲频段信息通过基站通信机顺序广播出去，。
26、认知通信机接收基站通信机广播的空闲频段信息，并将该空闲频段信息传输给认知中心处理器，认知中心处理器控制认知用户本振调整通信频率到空闲频段，认知用户之间利用该空闲频段进行通信；与此同时，基站中心处理器将广播出去的空闲频段信息放入已分配频段频谱池中。00365以上为一个检测周期，当一个周期检测完毕并将空闲频段分配后，基站中心处理器清空空闲频段频谱池，并开始下一个周期的检测。0037本发明提出一种检测精度高、速度快的认知频谱检测方法，该方法同时能实现频谱分配，减少认知用户的频谱检测次数。另外，当授权用户重新占用频段时，该频谱分配方法能使认知用户及时退出并切换到其他空闲频段。0038基于上述方法所设计。
27、的基于地面数字电视广播频段的频谱检测分配系统，如图2说明书CN104104457A5/6页8所示，主要由基站中心处理器、射频前端、基带处理模块、基站通信机、认知中心处理器、认知通信机和认知用户组成。射频前端的数据输出端与基带处理模块相连；基站中心处理器分别连接射频前端的射频前端本振、基带处理模块和基站通信机；认知中心处理器分别连接认知用户的认知用户本振和认知通信机；基站通信机与认知通信机通过天线相连。0039射频前端采用零中频结构将射频信号搬移到零频，如图3所示，射频前端主要由射频天线、前低通滤波器、低噪声放大器、衰减器、第二级放大器、混频器、射频前端本振、后低通滤波器和自动增益控制器顺序连接。
28、组成。射频天线的输出端连接前低通滤波器的输入端；前低通滤波器的输出端连接低噪声放大器的输入端；低噪声放大器的输出端经衰减器与第二级放大器的输入端相连；第二级放大器的输出端连接混频器的一输入端，基站中心处理器经射频前端本振连接混频器的另一输入端；混频器的输出端分为I、Q两路输出端其中I路输出端连接I路第一级自动增益放大器的输入端，I路第一级自动增益放大器的输出端经I路后低通滤波器与I路第二级自动增益放大器的输入端相连；Q路输出端连接Q路第一级自动增益放大器的输入端，Q路第一级自动增益放大器的输出端经Q路后低通滤波器与Q路第二级自动增益放大器的输入端相连。射频天线接收DVBT频段信号，通过低噪声放。
29、大器进行线性放大，低噪声放大器采用MAX2130，工作范围为50878MHZ，能覆盖DVBT全频段；接收信号经衰减器和第二级放大器后与本振频率进行混频，射频前端本振采用锁相环与单片机组成，锁相环采用ADF4351，其输出频率范围为35MHZ4400MHZ，通过单片机向锁相环内部写入相应的寄存器值，便可改变锁相环的输出频率；基站中心处理器控制本振输出相应的本振频率与射频信号混频，将各个子频段的中频点混频到零中频处，混频器采用ADL5387芯片，工作频率范围为30MHZ2GHZ，可以进行直接下变频调制，本振频率与射频信号混频后产生的I/Q两路基带信号，I/Q两路基带信号各通过一4M的低通滤波器经自。
30、动增益控制后将信号送入基带处理模块。0040基带处理模块则由一个双通道的模数转换器和数字芯片FPGA组成，射频接收模块的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器输出端接FPGA的输入端。模数转换器采用AD9248芯片，该芯片是14位双通道AD转换芯片；I/Q两路信号经AD转换后转换为数字基带信号；数字芯片FPGA选用ALTERA公司的CYCLONEIIEP2C8Q240C8N芯片为核心，数字基带信号进入FPGA后对其进行数字处理。FPGA内部的数字处理器对各个输入子频段进行频谱检测，判断子频段是否空闲，是否有授权用户信号。即数字芯片内部加载有能量检测算法和循环前缀算法。能量检测算法能够通过设定。
31、能量门限值来检测频段，用于检测未被认知用户占用的频段。循环前缀算法是根据DVBT信号特征而生成的算法，专门用于检测DVBT信号，在被认知用户占用的频段，采用循环前缀算法能够检测出是否有授权用户重新占用该频段，若检测出授权用户则认知用户便立刻停止占用该频段，避免对授权用户的干扰。0041认知通信机和基站通信机均为24G通信机。基站24G通信机根据认知用户的数量广播频谱池内的空闲频段。认知24G通信机接收空闲频段信息并传输给认知中心处理器。0042基站中心处理器主要负责控制本振输出频率的改变；反馈基带处理结果，并根据结果选择不同处理方式；构建频谱池；控制24G通信机广播空闲频段。认知中心处理器负责。
32、向基站中心处理器发送通信请求，接收来自基站的空闲频段信息并通过控制认说明书CN104104457A6/6页9知用户本振来控制认知用户进行通信。0043基站中心处理器内的频谱池包括空闲频段频谱池即1号频谱池和已分配频段频谱池即2号频谱池。1号频谱池通过接收基带处理模块的信息并进行判决，将所有空闲频段放入其中。2号频谱池放置所有已分配即认知用户占用的频段。每当分配空闲频段时，从1号频谱池中广播出对应认知用户数量的空闲频段，同时将这些空闲频段移至2号频谱池，1号频谱池内部不保留这些频段信息。说明书CN104104457A1/2页10图1说明书附图CN104104457A102/2页11图2图3说明书附图CN104104457A11。