认知中宽带频谱传感技术的FPGA实现

项目背景

项目名称: 认知中宽带频谱传感技术的FPGA实现

项目背景: 随着无线通信技术的飞速发展，无线用户数量急剧增加，可用频谱资源越来越稀缺. 当前大多数频谱资源采用固定分配模型，并且专门的频率管理部门分配特定的授权频段以供不同的通信服务使用. 对于在无执照频带中操作的通信服务，由于近年来的快速发展，无执照频带已经变得越来越饱和. 认知技术解决了上述矛盾. 它可以自动检测周围的环境，智能地调整自己的参数，检测频谱孔并使用空闲频带进行通信，而不会干扰授权频带. 过去，大多数频谱检测都是基于窄带检测的，很少执行宽带频谱检测，并且没有考虑噪声不确定性对能量检测的影响. 窄带检测一次只能检测到一个信道，极大地削弱了频谱感知的效率，不利于频谱利用率的提高. 例如，如果检测到某个频道在某个时刻正在使用，则CR用户无法使用该频道，但是仍然有大量的空闲频道. 由于一次只能检测到一个频道，因此CR用户无法使用该频道. 本项目提出的宽带频谱检测可以一次检测多个信道，解决了以往窄带频谱检测的局限性，解决了该问题. 能量检测简单易行，可以实现盲目感知，应用广泛. 能量检测的决策阈值取决于环境噪声的功率. 理想的能量检测通常认为噪声功率是已知的，但是在实际环境中，噪声功率是随时间变化的，即噪声具有不确定性，从而导致能量检测的性能. 减少. 在该项目中，我们将设计一个算法模块来克服噪声不确定性，并用FPGA来实现.

项目内容:

该项目主要使用认知能量检测中最常用的检测方法，研究认知宽带频谱传感技术的FPGA实现. 首先，对输入信号进行抗混叠滤波，然后进行A / D采样以获得一组数字信号，然后执行64点高速并行流水线FFT操作，然后对输入信号进行模平方运算. 输出该操作的幅度信号，并求出每个信号的功率. 将每个频带的信号功率平均为16个历史功率数据，最后执行噪声不确定性算法来补偿噪声方差的变化，从而确定噪声的利用率. 选择频谱孔进行通信的频段.

项目目标: 该项目旨在设计并实现一个实用的宽带频谱感知实施平台，该平台可以实现宽带频谱感知并克服噪声不确定性.

项目难点: 如何设计高度优化的并行管线64点FFT算法和高速低延迟排序算法是设计的关键.

项目的发展意义: 认知宽带频谱检测技术的FPGA实现克服了噪声不确定性对能量检测的影响，解决了以前窄带检测效率低，宽带检测性能差的问题，使宽带频谱成为现实. 检测技术是真正实用的.

开发平台: Spartan-6

项目系统计划

根据项目内容，我们的设计项目计划主要包括:

项目总体框架

能量检测模块

能量检测算法

能量检测FFT设计模块

1）高度优化的复数乘法器设计

2）基础四蝶形元素设计

3）16点FFT的流水线实现

克服噪声不确定性算法模块

FCME算法

排序算法模块的实现

比较模块实现

该项目每个模块的具体设计在下面详细介绍

（1）总体项目框架

图1总体框架框图

该项目有两个核心模块: 能量检测模块和克服噪声不确定性模块. 系统主负责每个模块的时序控制.

（2）能量检测模块

能量检测算法

能量检测的原理: 能量检测的起点是信号加噪声的能量大于噪声的能量. 首先设置一个阈值，然后在某个频带内积累能量. 如果累积的能量高于阈值，则表示存在信号；如果低于阈值，则意味着只有噪音. 可以通过直接采样和调制时域信号，然后对平方累加求和（使用FFT转换到频域，然后调制频域信号）来获得能量检测统计Y. 下图是能量检测框图:

图2能量检测实施框图

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