基于循环谱对称性的新型频谱判决算法

（５）
茹＋（ｎ＋ 茹＋（ｎ＋ｍ）ｇ（ｍ）ｅ学
。
式中：
ＳＳＣＡ算法实现与频谱感知
ＳＳＣＡ算法的ＦＰＧＡ实现 数字实现框图如图１所示。
系数（矩阵目
廿
廿 弋
片
上
实 ．部
Ⅳ
内 存 存
蔗
ｎ叮 连
叫
虚 部
＾、
９
’
算
《
卜
ＳＲＡＭ
ｌ 』吣 ——剖兰ｌ
实 虚
部
塑卜＿一 Ⅳ点ＦＦ－ｒ
运算
数据变换
ＤＭ９０００
网卡
上位机三 维显示
使用存在数据截断效应，它会降低频谱感知的检测概率，结合频谱已有的频谱搜索策略，提出了一种新的频谱判决算法，利用相
对偏差、双门限和权重来对抗传统算法上方差的差值抖动问题。在使用ＦｌａＧＡ搭建的硬件测试系统下，证明与传统算法相比，提
出的算法大大提高了单节点的检测概率。
【关键词】循环谱；ＦＰＧＡ；ＳＳＣＡ；分段谱相关函数算法 【中图分类号】ＴＮ９１１
ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｎｏｉｓｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｄａｔａ ｔｒｕｎｃａｔｉｏｎ
ａｎｄ
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｎａｍｏｎｇ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，脚Ｈ
Ｎａｎｔｏｎｇ
２２６０１９，强讹）
ｒｅｄｕｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ
ｒａｄｉｏ，ｕｓｉｎｇ ｃｙｃｌｉｃ ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｓｉｓ，Ｈａ ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｃ∞ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｓｍａ，ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔ ｅｘｉｓｔｓ
ｅ争一Ｉ，１ ｅ÷一ｉ．２
（１０）
ｘ（Ｎ一１）石（Ⅳ）
戈（Ⅳ＋绋）
●
２）使用坼点的汉明窗ａ＝［口（ｏ），口（１），口（２），…，
口（札一１）］，创建一个Ｎ×ⅣＰ矩阵Ａ，每一行都由口构
ｅ一争＋ｉ．Ｎ
…
ｅ争一ｌ。Ⅳ
成。计算烈＝ｘｘＡ，对每一行做魁点ＦＦｒ运算得到如
下矩阵
式中：ｅ如：ｅ一胖，并且Ｊ｝＝一等，…，等一１；ｎ＝１，…，
图５
ＦＰＧＡ硬件测试平台
该测试平台的信号源是由ＰＣ终端产生，模拟实际环 境下的ＡＭ调制信号，通过以太网端口使用ＵＤＰ数据报 发给ＦＰＧＡ硬件系统，ＦＰＧＡ硬件进行ＳＳＣＡ算法分析，并 把处理完成的循环谱发给ＰＣ，同时使用本文的算法对循
基金项目：国家自然科学基金项目（６１０７１０８６；６１３７１１１３）；江苏省普通高校研究生科研创新计划项目（ＹＫＣｌ３００１）
１驰＜电视技术》第∞卷第１５期（总第４４３期）ｌ投稿网址ｈｔｌｐ：／／ｗｗｗ．ＶｉｄｅｏＥ．ｃｎ
万方数据
ｙ麓篓烹
Ｒ。（ｔ＋丁＋号，ｔ＋ｒ一号）＝尺，（ｔ＋号，ｔ一号）
（２）
为感兴趣区域，频率轴作为行，循环频率轴作为列，并把循 环谱中数值出现较大的行数据抽取出来。 ２）搜索第ｉ行的ｍ个最大值Ａ，，以及对称的ｍ个点 曰，，并计算均值和相对误差为
在算法处理过程中还需要矩阵Ｅ，建立一个大小为
２５６ ｘ６４ ｘ３２
鸩＝去砉４（１４）
ｓ吣＝∑［（４—８ｊ）／（Ａ；＋Ｅ）／２］２
（１５） ３）判决。ＦＰＧＡ实现ＳＳＣＡ算法过程中会进行数据
Ｎ
ｏ
构建矩阵ｘ＋，即
砝，＝ＭＦＦＴＳⅣ．｛ＸＡｔ＝
（９）
Ｘ’＝
ｚ’（等＋ｏ）
式中：ＭＦＦＴＳⅣ，表示计算ⅣＰ点ＦＦＴ运算（Ｋ＝一生２，…， 生２一１）。
ｚ‘（等＋ｏ） ｚ’（等＋１）
；
…
ｘ‘（等＋１）
；
…
＊＋（等＋ｏ） ｚ’（等＋１）
！
，‘（等＋Ｎ－１）ｘ‘（等＋Ｎ－Ｉ）…ｘ‘（等＋Ｎ－ｉ）
ｔｔｔｌｔｌｉｌｔｔｌ：ｈｔＩｐ：／＃ｉｔｗｗ．、，ｉｄｅｏＥ舶Ｉ＜电视技术＞第∞卷第１５期（总第４４３期）１∞
ＡｆＡｔ＝Ｎ／Ｎ．要满足测不准原理ＭＡｔ》１。并且满足
￡∽＝ｌ《（丁）ｅ－Ｊ２妒ｄｔ
（４）
式中：￡∽称为循环谱密度，门尔为谱频率。其时域平滑
算法中ＳＳＣＡ算法表达式为
黠－ｈ（ｎ华）山：三剐ｎ＋ｍ＾）．
。
０：毕
２
２．１
ｆａ＝五＋ｑＡｃｔ 。’
一一譬
式中：Ｊ｜｝＝一等，…，等一１，ｇ＝一百Ｎ，…，ｉＮ一１。
独占该频谱的使用权。然而实际上频谱使用的情况是动
态变化的，且大部分时段和空间的频谱利用率非常低。
抖动问题，引起误判，造成检测性能下降。本文首先研究
分段谱相关函数算法的ＦＰＧＡ实现，增加程序执行的并行 计算能力，接着在循环谱对称特性下，利用对称性搜索策 略，采用双门限和权重来对抗数据截断的差值抖动，最后 给出了硬件平台的实际验证结果。 １
ｏｎ
ｔｈｅ
ｕｓｅ
ｏｆ ｃｙｃｌｉｃ ｓｐｅｃｔｒｕｍ
ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ａｎｄ ｉｔ
ｃａｎ
ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｓｅｎｓｉｎｇ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｓｅａｒｃｈ ｓｔｒａｔｅｇｙ．Ａ ｎｅｗ ｓｐｅｃｔｒｕｍ
ｄｅｃｉｓｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ
ｔｅｓｔ
ｐｒｏｐｏ洲ｔ
ｔｏ
频谱感知在认知无线电中占有极其重要的地位，授
权用户只要在授权信道出现时，认知用户必须立刻改变，
终止传输，或者改到其他当下未使用的信道或者调整传输
方式，总之不能影响授权用户的信道使用质量。这就要求
认知用户要快速灵敏，并且时时刻刻监视信道。采用循环
平稳信号分析方法对感知信号进行处理是认知无线电频 谱感知的重要技术之一。特征感测最大的优点是可以将
Ｎｅｗ
【文献标志码】Ａ
ｏｎ
Ｓｌ帕ｅｔｒｕｍ
Ｓｅｎｓｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｂａｓｅｄ
Ｓｙｍｍｅｔｒｙ ｏｆ Ｃｙｃｌｉｃ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
ＸＵ Ｃｈｅｎ，ＺＨＡＯ Ｓｈｕａｎｇｌｉｎｇ，ＫＯＮＧ Ｌｉｎｇ，ｌｏｎｇ
（Ｓｃｈｏｏ／ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
【Ａｂｍ－ａｅｔ】Ｉｎ
ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｌｇｕ・
ｒｉｔｈｍｓ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ
ｓｉｎｇｌｅ ｎｏｄｅ．
【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｃｙｃｌｉｃ
ｓｐｅｃｔｒｕｍ；ＦＰＧＡ；ＳＳＣＡ；ｓｔｒｉｐ
Ｂ
ＲＯＡＤｃＡｓＴ。ＮＧ ＡＮＤ
ＴＲｒ）ｅ伽“１Ｍ＝
ｒ＝半
对自相关函数进行傅里叶变换即可得到
ＲＴ（ｒ）＝＿Ｊ１ ｒ一，／职２疋（ｔ＋号，ｔ一号）ｅ一弘删ｄｔ（３）
对Ｒ：（下）做Ｆｏｕｒｉｅｒ变换为
［莹∽如川一卜ｔ
㈤
式中：ａ（ｒ）和ｇ（ｍ）是平滑窗，Ｎ为采样的总点数，频谱 分辨率为ａｆ＝１／Ｎｐ，循环频率的分辨率为Ａａ＝１／缸，
万方数据
ｌｉ Ｂ ＲｏＡ晰ｓＴ№ＡＮＤ Ｔ卧ＮＦｓ＇ＭＭ惠慧
计算矩阵Ｅ＝ＸＡ，ＸＥ Ｘｘ＋，对应元素相乘即可。
４）对矩阵的每一列做Ⅳ点ＦＦＴ运算，即
ｙ烹薏篓烹
最后的运算结果也需要存储到片上内存中，通过
ＤＭ９０００Ａ网卡芯片上传给上位机，本程序设计采用ＵＤＰ （１２） 用户数据报协议，在网络中该协议与ＴＣＰ协议一样用于 处理数据包，是一种简单的无连接协议，该部分的实现主 要采用Ａｌｔｅｒａ提供的ＮＩＯＳ ＩＩ软核进行开发。 上位机采用Ｃ＋＋结合ＯＰＥＮＧＬ进行程序开发， ＯＰＥＮＧＬ是一个开放的三维图形软件包，是与硬件无关的 一种软件接口，可以在不同的平台之间进行移植，它是图 形的底层图形库，在描述场景时需要自己绘制几何实体 图元。 ２．２频谱判断策略
循环平稳特征检测理论
循环平稳检测也是特征感测瞪出】，在通信传输信号
中，常用待传输信号去调制周期信号的某个参数，统计特
性呈现周期或者多周期平稳变化，而噪声不具有这种变 化，因而可以采用循环平稳信号分析方法对感知信号进行 处理。 设随机信号ｘ（￡），均值为常量，其自相关函数和均 值以ｒ为周期，即满足 ｍ。（ｔ＋ｒ）＝ｍ， （１）
ｘ２的表，乘以２是因为包含了实部和虚部。
如果直接放在片上内存去存储，会占据芯片的绝大部分 Ｍ４Ｋ存储器，为节省内存空间选择把数据存储到 ＳＲＡＭ中。
的截断，造成循环谱检测数值上下波动，利用双门限ＴＨ
瑚《电视技术》第∞卷第１５期（总第４４３期）Ｉ投稿网址ｈｔｔｐ：／１ｗｗｗ．ＷＫＪｅｏＥ．ｃｎ
万方数据
图１
系统设计框图
具体的实现步骤如下：１）存储采样信号，填充矩阵 Ｎ×坼，即
茗（０）
Ｘ
２
３）使用Ⅳ点的汉明窗ｇ＝［ｇ（Ｏ），ｇ（１），…，ｇ（Ｎ—
１）］，构造Ⅳ×婶矩阵Ｇ，并且每一行由ｇ组成，然后构造
茗（１） 石（２） 茗（也一１） 菇（札） （８）
Ｅ＝
矩阵
ｅ一÷＋Ｉ．Ｉ ｅ一争＋ｉ．２
菇（１）
… …
ｌｉ Ｂ枞Ｄｃ删ＮＧ籼Ｔ卧采糕黧
【本文献信息】徐晨，赵双领，孔令龙．基于循环谱对称性的新型频谱判决算法［Ｊ］．电视技术，２０１４，３８（１５）．
翟ＱＵＵｌｌ
Ｉｔ＂ ｉｔｑｏ蓝＿口ｉｎ・ｔｒｉｎｔｌ
基于循环谱对称性的新型频谱判决算法
徐晨，赵双领，孔令龙
（南通大学电子信息学院，江苏南通２２６０１９）
【摘要】采用循环平稳信号特性检测法能够更好地分辨出不同的调制信号，其对噪声具有很好的抑制，但在循环频谱工程上
表１ ６４点汉明窗值
检测的计算量，而利用循环频谱对称性，可以选择循环频 率不为０的一些点代表频谱的使用情况，将大大减少运算
量。在ＡＭ调制信号下，选择左右对称区域作为感兴趣区
域，在左对称区域选择Ⅳ个节点与右对称点做对称分析，