空间频谱环境感知算法研究与实现

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1、空间频谱环境感知算法研究与实现肖磊信息工程学院电子与通信工程姚远程教授邢江高级工程师ClassifiedIndex:TN92U.D.C:621.39SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisResearchandImplementationofSpatialSpectrumSensingAlgorithmGrade:2015Candidate:XiaoLeiAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:Electroni

2、csandCommunicationsEngineeringSupervisor:Prof.YaoYuanchengMay.25,2018独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位

3、论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着无线通信技术的快速发展，日益增长的频谱需求和有限的频谱资源之间的矛盾日益突出。认知无线电是解决当前频谱资源紧张和利用率低下的有效方法。频谱感知是认知无线电最关键的技术，这种技术大大提高了频谱利用率，缓解了日益紧张的频谱利用现状。本文对认知无线电中的频谱感知技术和实现方法进行了研究。首先介

4、绍了认知无线电技术和频谱感知技术的研究背景及发展现状；接着对现有频谱感知技术进行研究，对比分析了现有频谱感知方法的优缺点，最终选择能量检测算法应用于本文的频谱感知系统中。然后对能量检测算法进行详细分析与仿真验证，并在此基础上搭建了基于能量检测算法的频谱感知系统硬件实现框架，重点介绍了数字基带信号部分的FPGA设计实现和验证过程，其中主要包括了并行降采样低通滤波器的设计与实现，并行FFT变换模块的设计与实现以及能量计算模块的设计与实现；最后对各个模块以及整个系统进行了性能仿真及验证，分析了串行实现架构与并行实现架构在感知时间与资源使用

5、方面的差异性，验证结果与设计目标一致，系统可以正确检测频段占用情况。本文的主要工作内容如下：（1）对现有频谱感知算法进行研究，搭建了基于能量检测算法的并行频谱感知硬件实现框架，实现了基于FPGA的硬件平台设计，并对硬件平台进行仿真及测试验证。（2）在系统采样率指标为1Gsps的条件下，基于传统的串行实现架构，利用展开算法，进行并行架构设计，增强了系统的数字信号处理能力，缩短了系统的感知时间。本课题基于Xilinx公司的Kintex-7系列芯片展开，采用VerilogHDL硬件描述语言编程实现，开发环境为Xilinx公司的ISE14.

6、7以及MentorGraphics公司的Modelsim仿真软件等。关键词：认知无线电频谱感知能量检测FPGA西南科技大学硕士研究生学位论文第II页AbstractWiththerapiddevelopmentofthewirelesscommunicationtechnology,thecontradictionbetweentheincreasingspectrumdemandandlimitedspectrumresourceshasbecomeincreasinglyprominent.Thecognitiveradiote

7、chnologyisaneffectivewaytosolvethecurrentshortageofspectrumresourcesandlowutilizationrate.Spectrumsensingisthemostcriticaltechnologyforcognitiveradios.Thistechnologygreatlyimprovesspectrumutilizationandalleviatestheincreasinglystrainedspectrumutilization.Thispaperstudi

8、esthespectrumsensingtechnologyandimplementationmethodsincognitiveradio.Firstly,thepaperintroducesthebackgroundanddeve