[发明专利]一种利用多相滤波器组实现频谱感知的方法

权利要求书

1.一种利用多相滤波器组实现频谱感知的方法，利用Xilinx/System Generator开发工具在FPGA上实现；方法包括多相滤波部分和能量检测部分；多相滤波部分包括数据类型转换单元、延时单元、滤波器组系数地址生成单元、滤波器组系数存储单元、滤波器组系数解析单元、乘法单元、加法单元、时钟同步单元、FFT变换单元；能量检测部分包括加法单元、乘法单元和求取均值单元；无线信号经过天线接收、混频之后，转换为I、Q两路基带信号，两路基带信号经过两路ADC采样，转换为两路数字基带信号，将数字基带信号输入多相滤波器组，在使能信号控制下，进行滤波处理，将滤波后的信号输入能量检测部分进行能量检测，实现频谱感知；其特征在于，方法如下：

1)多相滤波部分在使能信号en控制下，对数字基带信号进行多相滤波，输出M个子信道上的信号；

2)能量检测部分依次对M个子信道上的信号进行信号能量计算并计算时间平均值，得到每个子信道上的信号能量，检测每个子信道是否有数据在发送，实现频谱感知；

步骤1)中，对数字基带信号进行多相滤波的方法如下：

(1)计算多相滤波器组系数，并存储到滤波器组系数存储单元；

(2)数据类型转换单元将接收到的I路和Q路两路数字基带信号截取、解析成定点型小数；

(3)将步骤(2)中的I、Q两路数字基带信号输入延时单元，当使能信号为“1”时，输出当前时刻和延时M、2M、3M个时钟单元的两路数字基带信号数值，并将延时单元内的所有数据延时一个时钟单元；

(4)地址生成单元内部是一个累加器，累加器初始值为“0”，步长为“1”，输出数据的位宽为log2(M)；每检测到使能信号为“1”时，累加器加“1”，输出当前时刻累加器内的数值，即滤波器组系数存储单元的地址，输入滤波器组系数存储单元；

(5)滤波器组系数存储单元根据步骤(4)输入的地址，输出存储的滤波器组系数；

(6)滤波器组系数解析单元，将步骤(5)输出的滤波器组系数进行截取解析，得到相应子信道的多相滤波器组系数；

(7)将步骤(3)中输出的I、Q两路数字基带信号分别与步骤(6)中输出的滤波器组系数相乘；

(8)对步骤(7)相乘后的I、Q两路信号分别相加，得到当前子信道的I、Q两路信号值；

(9)使能信号经过延时后与步骤(8)中的信号值同步；

(10)在步骤(9)中延时后的使能信号控制下，对步骤(8)中的当前子信道I、Q两路信号值进行缓存；

(11)取步骤(10)中缓存的M个子信道信号值做FFT运算，得到M个子信道上的I、Q两路信号，依次串行输出；

步骤(1)中，滤波器组系数的计算和存储方法如下：

(1)原型滤波器采用平方根升余弦滚降滤波器，设原型滤波器长度L，子信道个数M，则对应的滤波器组多相结构的子信道重叠因子K＝L/M，以重叠因子K＝4为例，子信道滤波器的频域系数为[0.2351470.70710.97196010.9719600.70710.235147]；

(2)由子信道滤波器频域系数和原型滤波器长度L，通过傅里叶反变换求得原型滤波器时域系数；

(3)将步骤(2)中的原型滤波器时域系数矩阵进行K行M列变换得到滤波器组多相结构系数，其中每一列即为一个子信道滤波器时域系数；

(4)对步骤(3)中的滤波器组多相结构系数矩阵进行上下翻折，以与滤波器组滤波结构相对应；

(5)将步骤(4)中翻折后的滤波器组多相结构系数矩阵中的每一列K个数据转换为定点型小数，并重新解释成无符号整形数据，然后将每列第一个数据存到最低位，依次向高位存储，第K个数据存到最高位，重新组成一个无符号整形数据，存储到滤波器组系数存储单元；

步骤2)中，子信道上的信号能量计算方法如下：

(1)分别对步骤1)中的子信道上的I、Q两路信号求平方，得到平方后的数值；

(2)将平方后的两路数值相加得到当前子信道信号的能量值；

(3)将使能信号延时，与步骤(2)的能量值同步；

(4)将步骤(2)所得当前子信道信号的能量值输入延时单元，在步骤(3)使能信号为“1”时，延时单元内的数据延时一个时钟单元，并输出当前子信道信号的能量值和延时M，2M，3M…(num-1)M个时钟单元的当前子信道信号的能量值；

(5)对步骤(4)输出的num个能量值相加取平均值，即得当前子信道信号的能量值，取对数后输出，完成能量检测。