小型化频谱监测接收机若干关键技术研究

发布时间：2020-05-05 17:26

【摘要】：随着无线通信技术的迅猛发展和无线终端的普及,无线通信的电磁环境变得越来越复杂,对于无线电频谱的管理也变得越来越困难。小型化频谱监测接收机对于无线电频谱的监测具有重要作用。文中首先明确了接收机需要具备扫频监测和定频监测等功能。根据功能需求对FPGA中数字信号处理部分进行了模块划分,并对各个主要模块中用到的关键技术进行了分析。紧接着,本文研究了经典的时域能量检测算法。考虑到实际环境中噪声具有一定的不确定性,分析了噪声不确定性对检测性能的影响,并研究了基于噪声不确定性的双门限检测算法。为了提高检测性能,本文提出了基于多门限的协作频谱感知算法,并通过仿真对本章介绍的各种检测算法的性能进行了比较。此外,还在FPGA上实现了能够适应噪声不断变化的环境的自适应时域能量检测算法。然后,对频域能量检测算法进行了详细的分析和介绍。考虑到实际环境中噪声是不断变化的,提出了一种在噪声不确定状况下的恒虚警频域能量检测算法,并详细介绍了频域能量检测算法在FPGA上实现时的部分相关模块。最后,本文介绍了一种高精度时标的生成算法,用于给定频状态采集到的IQ数据打上精确的时标信息。该算法结合了GPS的PPS长期稳定度好和恒温晶振短期稳定度好的特点,且便于在FPGA上实现。
【图文】：

框图,终端功能,框图,接收机

2 系统方案设计2.1 系统功能需求分析和模块划分本文介绍的小型化频谱监测接收机具备基本的扫频监测和定频监测等基本功能。在扫频监测状态下，接收机根据上位机设置的扫频范围、接收机增益、检测门限等参数进行工作，并将功率谱和检测到的异常频点上传到上位机；在定频监测状态，接收机根据上位机设置的中心频率、带宽、数据率、接收机增益、检测门限等参数进行工作，并将超过指定门限的 IQ 数据上传到上位机。为了便于将多个接收机在定频监测时采集到的 IQ 数据汇聚到中心站进行 TDOA 定位，需要将 IQ 数据打上精确的时标。根据上文的分析可以得出接收机的基本结构和 FPGA 中数字信号处理模块的划分情况，如图 2-1 所示，图中的上下两种信号检测方法分别是频域能量检测和时域能量检测。

示意图,双门限,噪声不确定性,示意图

噪声不确定性时，系统的检测模型也要相应的变化。我们可以测门限，其表达式为())2(121min minwfaQM ())2(121max maxwfaQM 为在不考虑噪声不确定性时规定的恒虚警系统的虚警率，实际噪声不确定性的影响而与预先设定的值不同。从图 3-8 可以看出测区间划分为三个部分。当检验统计量小于门限min 时，判断统计量大于门限max 时，判断为信号存在；当检验统计量大于max 时，无法做出判断，因为可能是噪声功率不确定导致的，，也现导致的。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN92

【参考文献】