基于FPGA的认知无线电频谱感知的实时谱图的研究与实现

摘要

认知无线电技术为解决频谱资源的紧张状况提供了方法，它的核心内容是频谱感知技术，通过感知周围频段内频谱使用情况，找出频域空洞，为需要通信的用户进行合理的频段分配。实时谱分析通常被用来对各种突发信号进行侦查、捕获、分析，本文利用能量检测算法，对0MHz到1250MHz的宽带范围进行基于频谱感知的实时谱分析的研究与实现。
　　首先，对频谱感知技术进行介绍，分析了不同方法的优缺点，结合0MHz到1250MHz的宽带内，对信号进行盲检测的要求，选择了基于噪声估计能量检测的算法进行研究与仿真分析。
　　其次，对参数估计中的带宽估计、载频估计和符号速率估计进行了详细研究。其中带宽估计重点研究了基于Welch变换的算法；载频估计研究了频率居中法、M次方谱法，符号速率估计研究了瞬时幅度谱法、小波分析法和M次方谱法。在这些研究的基础上进行了仿真分析，通过充分比较各种方法的性能与实现难度，在基于 FPGA的硬件实现中，对带宽估计选择了直接法，对载频估计和符号速率估计选择了 M次方谱法。
　　最后，实现了采样率最高可达5GHz的高速采样。根据硬件实现要求，选择使用多相滤波器组的方法，在 XILINX-VC707评估板上完成了能量检测频谱感知基带系统的设计。通过Modelsim仿真，验证了基带系统每个模块功能的正确性。基带系统将检测的信号进行存储并导入电脑，在电脑上对信号进行实时频谱分析，画出信号的实时频谱图。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外的研究现状

1.3论文主要工作及内容安排

第二章 认知无线电的频谱感知技术

2.1频谱感知分类

2.2宽带频谱感知算法的研究

2.3能量检测迭代算法性能仿真分析

2.4本章小结

第三章 频谱感知信号的参数估计

3.1频谱感知信号的带宽估计

3.2载频估计

3.3符号速率估计

3.4本章小结

第四章 基于FPGA的频谱感知模块的设计

4.1采样模块

4.2频谱感知的FPGA模块设计

4.3本章小结

第五章 频谱感知实时频谱分析的FPGA板级测试

5.1采样模块测试

5.2频谱感知的实时谱图测试

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得成果