[發明專利]一種基于FPGA的動態頻譜分析系統及方法

在審

• 申請號: 201710358642.2
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN108957124A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 李雨佳;黃曉霞;毛成華;劉歡;劉晗
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 趙勍毅

本發明公開了一種基于FPGA的動態頻譜分析系統，其包括有：一數據采集器，用于采集空間內多個頻段的環境頻譜數據；一FPGA處理器，連接于數據采集器，所述FPGA處理器內預設有環境噪聲閾值，所述FPGA處理器用于接收數據采集器輸出的環境頻譜數據，并分析每個頻段的環境頻譜數據是否小于環境噪聲閾值：若是，則得出當前頻段空閑；若否，則得出當前頻段繁忙。本發明能夠對空間內的實時頻譜數據進行采集、分析后，得出未被占用或者使用率低的頻段，進而提高頻譜的利用率，有助于緩解頻譜資源緊張的局面。

技術領域

本發明涉及動態頻譜采集與分析系統，尤其涉及一種基于FPGA的動態頻譜分析系統及方法。

背景技術

無線電頻譜是一種重要而有限的自然資源，屬于國家所有，由國家來進行無線電頻譜管理和分配。作為各種無線電技術應用的基礎和前提，無線電頻譜資源在構建信息社會、推動經濟社會發展和國防建設中發揮著不可替代的作用。然而，隨著我國無線電事業的迅猛發展，無線電技術和業務在各大領域得到廣泛應用，例如移動通信、交通調度等方面，使得國民經濟各行業和各領域對于頻譜資源的需求不斷增長；移動互聯網、物聯網等新一代信息技術的發展也對頻譜資源提出了新的需求；國防建設的用頻需求也在快速增長。為了保障無線通信產業的健康持續發展，迫切需要推動頻譜資源的有效利用。

由于現如今普遍采用靜態頻譜管理體質，導致留給新系統、新業務的可用頻譜資源非常少；并且，根據美國聯邦通信委員會FCC研究表明，頻譜的使用情況是動態變化的，大部分時段和空間的頻譜利用率非常低，所以構建以認知無線電技術為核心的動態頻譜管理體制，可以從根本上緩解頻譜資源緊張的局面。

現有技術中，Jialiang Zhang等人在學術文章《OpenMili:A 60GHz SoftwareRadio Platform with a Reconfigurable Phased-Array Antenna》指出，利用可編程相控陣天線、AD-FMCDAQ2-EBZ模塊(由AD9680、AD9523和電源管理組件等組成)、Xilinx的KCU105FPGA開發板和上位機進行60GHz的無線信號收發通信以及高精度的定位。該方案使用了AD模塊、RF射頻模塊等，其僅針對高頻段60GHz的信號收發和使用上，目的是實現對高頻空白頻段的利用。

此外，DingWaveNano(代號UN)是全球體積最小的SDR平臺，專為無線通信系統科研和教學實驗而開發的一款高性價比的便攜式軟件無線電平臺。在硬件上，UN將ADI公司的AD9361綜合射頻捷變收發器與Xilinx Zynq-7020可編程系統級芯片相結合，提供頻段70MHz到6GHz范圍內的2×2MIMO傳輸路徑。主要應用于教學實驗，進行無線通信系統驗證、移動通信教學實驗、無人機無線通信鏈路等。該方案側重點為實驗教學，主要用于高校無線通信系統的驗證，由于其用于教學，只是小范圍內進行無線信號的收發，讓學生有更為切實的概念感受，并未對接收到的頻譜信號的進行進一步的分析，所以重點在于信號的收發而非空白頻段的分析和使用。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的不足，提供一種能夠對空間內的實時頻譜數據進行采集、分析，得出未被占用或者使用率低的頻段，進而提高頻譜的利用率，有助于緩解頻譜資源緊張局面的動態頻譜分析系統及方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案。

一種基于FPGA的動態頻譜分析系統，其包括有：一數據采集器，用于采集空間內多個頻段的環境頻譜數據；一FPGA處理器，連接于數據采集器，所述FPGA處理器內預設有環境噪聲閾值，所述FPGA處理器用于接收數據采集器輸出的環境頻譜數據，并分析每個頻段的環境頻譜數據是否小于環境噪聲閾值：若是，則得出當前頻段空閑；若否，則得出當前頻段繁忙。

優選地，所述數據采集器為AD9361射頻捷變收發器，所述FPGA處理器包括Zynq-7020型芯片。