一種基于頻譜感知的無(wú)線圖像收發(fā)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種基于頻譜感知的無(wú)線圖像收發(fā)系統(tǒng)，包括主控機(jī)和被控機(jī)，主控機(jī)和被控機(jī)均包括射頻收單元、射頻發(fā)單元、ADC單元、主控單元和DAC單元，射頻收單元經(jīng)ADC單元與主控單元的輸入端相連，主控單元的輸出端經(jīng)DAC單元與射頻發(fā)單元相連，主控單元均包括基帶處理模塊和控制模塊，主控單元均還包括頻譜感知模塊，該頻譜感知模塊包括依次連接的加窗電路、FFT(快速傅里葉變換)電路、數(shù)據(jù)平方電路、累加求和取平均電路、閥值比較電路和頻譜存儲(chǔ)器；所述加窗電路的輸入端與ADC單元的輸出端相連，頻譜存儲(chǔ)器的輸出端與控制模塊的輸入端相連。本系統(tǒng)利用頻譜感知模塊檢測(cè)地面數(shù)字電視的空閑信道，并利用空閑信道發(fā)送圖像，既不受其它用戶干擾，也不對(duì)其他用戶構(gòu)成干擾。
【專利說(shuō)明】一種基于頻譜感知的無(wú)線圖像收發(fā)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及通信技術(shù)圖像傳輸或監(jiān)控領(lǐng)域，具體涉及一種基于頻譜感知的無(wú)線圖像收發(fā)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線圖像收發(fā)系統(tǒng)可以將圖像信息實(shí)時(shí)的通過(guò)無(wú)線通訊手段傳送到圖像收集中心，避開了造價(jià)高，復(fù)雜性高的有線系統(tǒng)，綜合成本低，使用便捷，無(wú)須挖溝埋管，特別適合室外使用，受到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，比如在安全保護(hù)、工程施工、目標(biāo)監(jiān)測(cè)、警察偵破、野外探險(xiǎn)等特殊環(huán)境或活動(dòng)中，需要對(duì)相關(guān)區(qū)域構(gòu)建一個(gè)小型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行圖像采集并傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，就可以采用無(wú)線圖像傳輸技術(shù)。
[0003]在無(wú)線圖像傳輸過(guò)程中，需要用到頻率資源，我國(guó)雖然也開放了一些頻段，比如
2.4G頻段，但使用者很多，也面臨越來(lái)越多的干擾?，F(xiàn)有的頻譜資源分配通常是靜態(tài)的，由國(guó)家統(tǒng)一管理、支配，各種無(wú)線通信系統(tǒng)被授予不同的頻段，并且只能使用相應(yīng)的授權(quán)頻段以避免干擾。然而，已分配頻譜的使用情況在時(shí)間和空間上都有很大的變化，大量研究表明，一些非授權(quán)頻段如工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用頻段及適于陸地移動(dòng)通信的2GHz左右授權(quán)頻段過(guò)于擁擠，而有些授權(quán)頻段比如地面數(shù)字電視頻段卻經(jīng)?？臻e，總體而言各種無(wú)線系統(tǒng)的總頻譜利用率在10%以下，現(xiàn)有的無(wú)線圖像收發(fā)系統(tǒng)，都是在某個(gè)固定的頻段直接進(jìn)行圖像收發(fā)的，具有干擾其他用戶和被其他用戶干擾的風(fēng)險(xiǎn)，而且不具備頻譜感知功能，這樣直接造成了部分可用頻段的空閑，因此改變傳統(tǒng)的頻譜資源分配方式，充分利用空閑的頻譜資源進(jìn)行圖像收發(fā)，這樣不會(huì)受到其他用戶的干擾，也不會(huì)干擾其他用戶，同時(shí)也是提高頻譜利用率的一個(gè)重要手段。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有靈活性、交互性，而且可以通過(guò)頻譜感知技術(shù)利用地面數(shù)字電視的空閑無(wú)線頻率資源來(lái)進(jìn)行圖像傳輸?shù)囊环N低成本、小型化、簡(jiǎn)單化的基于頻譜感知的無(wú)線圖像收發(fā)系統(tǒng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種基于頻譜感知的無(wú)線圖像收發(fā)系統(tǒng)，包括主控機(jī)和至少I臺(tái)被控機(jī)，所述主控機(jī)和被控機(jī)均包括射頻收單元、射頻發(fā)單元、ADC單元、主控單元和DAC單元,所述射頻收單元經(jīng)ADC單元與主控單元的輸入端相連,主控單元的輸出端經(jīng)DAC單元與射頻發(fā)單元相連，主控機(jī)還包括圖像存儲(chǔ)器及顯示單元，被控機(jī)還包括圖像獲取單元，主控機(jī)的主控單元的另一輸出端經(jīng)DAC單元與圖像存儲(chǔ)器及顯示單元連接，被控機(jī)的圖像獲取單元經(jīng)ADC單元與被控機(jī)的主控單元的輸入端相連，主控機(jī)和被控機(jī)經(jīng)無(wú)線信道連接，所述主控單元均包括基帶處理模塊和控制模塊，所述主控單元均還包括頻譜感知模塊，該頻譜感知模塊包括依次連接的加窗電路、FFT電路、數(shù)據(jù)平方電路、累加求和取平均電路、閥值比較電路和頻譜存儲(chǔ)器；所述加窗電路的輸入端與ADC單元的輸出端相連，所述頻譜存儲(chǔ)器的輸出端與控制模塊的輸入端相連。
[0007]所述主控機(jī)的基帶處理模塊包括QPSK解調(diào)器和BPSK調(diào)制器，其中QPSK解調(diào)器的輸入端經(jīng)ADC單元與射頻收單元相連，QPSK解調(diào)器的輸出端經(jīng)DAC單元與圖像存儲(chǔ)器及顯示單元連接；所述BPSK調(diào)制器的輸出端經(jīng)DAC單元與射頻發(fā)單元相連。
[0008]所述被控機(jī)的基帶處理模塊包括QPSK調(diào)制器和BPSK解調(diào)器，其中QPSK調(diào)制器的輸入端經(jīng)ADC單元與圖像獲取單元相連，QPSK調(diào)制器的輸出端經(jīng)DAC單元與射頻發(fā)單元相連；所述BPSK解調(diào)器的輸入端經(jīng)ADC單元與射頻收單元相連。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型利用頻譜感知模塊檢測(cè)地面數(shù)字電視的空閑信道，并利用空閑信道發(fā)送圖像，既不受其它用戶干擾，也不對(duì)其他用戶構(gòu)成干擾；而且系統(tǒng)不依賴于任何移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用比較簡(jiǎn)單的BPSK和QPSK調(diào)制方式，可以實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)，滿足特定環(huán)境使用需求，可實(shí)現(xiàn)小型化，便于攜帶，而且是低電壓供電，安全、方便實(shí)用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)不意圖；
[0011]圖2為系統(tǒng)總體框架圖；
[0012]圖3為主控機(jī)主控單元框架圖；
[0013]圖4為被控機(jī)主控單元框架圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示，本實(shí)用新型一種基于頻譜感知的無(wú)線圖像收發(fā)系統(tǒng)，包括主控機(jī)和4臺(tái)被控機(jī)，主控機(jī)和被控機(jī)均配備可充電電池，電壓可限制在15V以下，主控機(jī)備有9.7英寸左右和分辨率為768*102的顯示器，配備容量為8-16G的存儲(chǔ)器，本例選用的便攜式液晶顯示器既可實(shí)現(xiàn)基本的監(jiān)控功能，又可以節(jié)約電能，被控機(jī)選擇800萬(wàn)像素的攝像頭，主控機(jī)顯示設(shè)備和收發(fā)設(shè)備一體化，被控機(jī)的圖像采集和收發(fā)設(shè)備一體化。
[0015]如圖2所示，本實(shí)用新型一種基于頻譜感知的無(wú)線圖像收發(fā)系統(tǒng)包括主控機(jī)和被控機(jī)，所述主控機(jī)和被控機(jī)均包括射頻收單元、射頻發(fā)單元、ADC單元、主控單元和DAC單元，所述射頻收單元經(jīng)ADC單元與主控單元的輸入端相連，主控單元的基帶處理模塊的一個(gè)輸出端經(jīng)DAC單元與射頻發(fā)單元相連，主控機(jī)還包括圖像存儲(chǔ)器及顯示單元，被控機(jī)還包括圖像獲取單元，主控機(jī)的主控單元的基帶處理模塊的另一輸出端經(jīng)第二 DAC單元與圖像存儲(chǔ)器及顯示單元連接，被控機(jī)的圖像獲取單元經(jīng)第二 ADC單元與被控機(jī)的主控單元的基帶處理模塊輸入端相連，主控機(jī)和被控機(jī)經(jīng)無(wú)線信道連接，所述主控單元均包括基帶處理模塊和控制模塊，所述主控機(jī)和被控機(jī)的主控單元均還包括頻譜感知模塊，該頻譜感知模塊包括依次連接的加窗電路、FFT (快速傅里葉變換)電路、數(shù)據(jù)平方電路、累加求和取平均電路、閥值比較電路和頻譜存儲(chǔ)器；所述加窗電路的輸入端與ADC單元的輸出端相連，所述頻譜存儲(chǔ)器的輸出端與控制模塊的輸入端相連。
[0016]主控機(jī)和被控機(jī)的射頻收單元、射頻發(fā)單元采用經(jīng)典結(jié)構(gòu)，射頻收單元包括有UHF/VHF頻段收天線、帶通濾波器、低噪聲放大器和中頻處理電路，射頻信號(hào)通過(guò)兩次下變頻，得到中頻信號(hào)，使中頻信號(hào)IF固定在20MHz〈IF〈28MHz范圍內(nèi)。即射頻收單元在經(jīng)過(guò)主控單元的參數(shù)控制下將射頻收的信號(hào)固定在20MHz〈IF〈28MHz范圍內(nèi)，之后對(duì)IF信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大和ADC變換。射頻發(fā)單元包括UHF/VHF頻段發(fā)天線、帶通濾波器、功率放大器和中頻處理電路，通過(guò)兩次上變頻，使最終的發(fā)射頻率滿足在470MHz-566MHz (DS13-DS24，UHF)和第V頻段:606MHz-958MHz (DS25-DS68，UHF)范圍內(nèi)。即射頻發(fā)單元在經(jīng)過(guò)主控單元的參數(shù)控制下將射頻發(fā)單元的射頻信號(hào)固定在DTMB的第IV和第V頻段。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，主控機(jī)和被控機(jī)的射頻收單元、射頻發(fā)單元的本振單元使用ADI公司的ADF4351鎖相環(huán)芯片。
[0017]為了保證精度，主控機(jī)和被控機(jī)的ADC單元和DAC單元均選取精度為12位的芯片，DAC單元選用TI公司的TLV5616，ADC單元選用TI公司的ADS6122，在實(shí)際使用時(shí)采樣頻率為fs=60MHz。
[0018]如圖2所示，所述主控機(jī)主要由電源管理、以及與電源管理相連的射頻收單元、ADC單元、主控單元、2個(gè)DAC (第一 DAC和第二 DAC)單元、射頻發(fā)單元、圖像存儲(chǔ)器及顯示單元組成；其中主控單元包括基帶處理模塊、頻譜感知模塊和控制模塊，所述主控單元的輸入端與ADC單元的輸出端相連，主控單元的一個(gè)輸出端與射頻收單元、射頻發(fā)單元的輸入端相連，主控單元的另一個(gè)輸出端與第一 DAC單元的輸入端相連，主控單元第三個(gè)輸出端與第二 DAC單元的輸入端相連，第二 DAC單元的輸出端再與圖像存儲(chǔ)器及顯示單元的輸入端相連。
[0019]如圖3所示，所述主控機(jī)的頻譜感知模塊所需要的信號(hào)來(lái)自于射頻收單元的DTMB射頻信號(hào)收經(jīng)過(guò)ADC單元后的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)加窗電路、FFT(快速傅里葉變換)電路、數(shù)據(jù)平方電路、累加求和取平均電路、閾值比較電路后得到頻譜數(shù)據(jù)，并且將該頻譜數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到頻譜存儲(chǔ)器，根據(jù)頻譜存儲(chǔ)器中頻譜數(shù)據(jù)情況，控制控制模塊的參數(shù)存儲(chǔ)器的輸出，參數(shù)存儲(chǔ)器的輸出端與主控機(jī)射頻收、發(fā)單元部分的本振連接，控制模塊根據(jù)頻譜存儲(chǔ)器中頻譜數(shù)據(jù)的情況輸出控制參數(shù)至射頻收單元和射頻發(fā)單元的本振，使其匹配所用的空閑信道。
[0020]如圖3所示，所述主控機(jī)的基帶處理模塊包括QPSK解調(diào)器和BPSK調(diào)制器，其中QPSK解調(diào)器的輸入端與ADC單元的輸出端相連，QPSK解調(diào)器的輸出端與第二 DAC單元輸入端相連。QPSK解調(diào)器所需數(shù)據(jù)來(lái)自射頻收單元的QPSK射頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)ADC單元后的數(shù)據(jù)，QPSK解調(diào)器解調(diào)后的數(shù)據(jù)送第二 DAC單元后至圖像存儲(chǔ)器及顯示單元。具體的，如圖3所示，QPSK解調(diào)器解調(diào)時(shí)先將數(shù)據(jù)分成1、Q兩路，再經(jīng)過(guò)數(shù)字下混頻器(圖3中數(shù)字下混頻部分涉及的載波恢復(fù)，采用現(xiàn)有的經(jīng)典方法)、低通濾波器、抽樣判決器、極性變換器后再送至信道解碼信源解碼器進(jìn)行解信道編碼(Viterbi譯碼)、解信源編碼，得到原始基帶數(shù)據(jù)，再通過(guò)第二 DAC單元，送圖像存儲(chǔ)器及顯示單元，將圖像進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，即實(shí)現(xiàn)了接收并顯示及存儲(chǔ)來(lái)自被控機(jī)發(fā)送的圖像信息。所述BPSK調(diào)制器包括信源編碼信道編碼器、極性變換器、數(shù)字上混頻器和帶通濾波器，BPSK調(diào)制器的輸出端與第一 DAC單元的輸入端相連。BPSK調(diào)制器對(duì)主控單元的基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后送第一 DAC單元，再至射頻發(fā)單元的BPSK射頻信號(hào)發(fā)單元把射頻指令信號(hào)經(jīng)無(wú)線信道發(fā)出。所述基帶處理模塊可用現(xiàn)有的基帶處理模塊替代。
[0021]如圖2所示，所述被控機(jī)主要由電源管理、以及與電源管理相連的射頻收單元、2個(gè)ADC (第一 ADC和第二 ADC)單元、主控單元、DAC單元、射頻發(fā)單元、圖像獲取單元組成，其中主控單元包括基帶處理模塊、頻譜感知模塊和控制模塊，主控單元的一個(gè)輸入端與第一 ADC單兀的輸出端相連,主控單兀的另一個(gè)輸入端與第二 ADC單兀的輸出端相連,第二ADC單元的輸入端與圖像獲取單元的輸出相連，主控單元的一個(gè)輸出端與射頻收單元、射頻發(fā)單元的輸入端相連，主控單元的另一個(gè)輸出端與機(jī)DAC單元的輸入端相連。
[0022]如圖4所示，所述被控機(jī)的頻譜感知模塊和主控機(jī)的頻譜感知模塊相同，也是包括依次連接的加窗電路、FFT(快速傅里葉變換)電路、數(shù)據(jù)平方電路、累加求和取平均電路、閥值比較電路和頻譜存儲(chǔ)器；所述加窗電路的輸入端與第一 ADC單元的輸出端相連，所述頻譜存儲(chǔ)器的輸出端與控制模塊的參數(shù)存儲(chǔ)器的輸入端相連，參數(shù)存儲(chǔ)器的輸出端與被控機(jī)射頻收單元、射頻發(fā)單元部分的本振連接，被控機(jī)的頻譜感知模塊所需要的信號(hào)來(lái)自于射頻收單元的DTMB射頻信號(hào)收經(jīng)過(guò)第一 ADC單元后的數(shù)字信號(hào)，之后經(jīng)過(guò)加窗、FFT、數(shù)據(jù)平方、累加求和取平均、閾值比較后得到頻譜數(shù)據(jù)，并且將該頻譜數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到頻譜存儲(chǔ)器，被控機(jī)根據(jù)頻譜存儲(chǔ)器中頻譜數(shù)據(jù)情況，控制控制模塊的參數(shù)存儲(chǔ)器的輸出，控制模塊根據(jù)頻譜存儲(chǔ)器中頻譜數(shù)據(jù)情況的結(jié)果輸出控制參數(shù)至射頻收單元和射頻發(fā)單元的本振，使其匹配所用的空閑信道。
[0023]如圖4所示，被控機(jī)的基帶處理模塊包括QPSK調(diào)制器和BPSK解調(diào)器，其中QPSK調(diào)制器的輸入端與第二 ADC單元的輸出端相連，QPSK調(diào)制器的輸出端與DAC單元的輸入端相連。QPSK調(diào)制器所需數(shù)據(jù)來(lái)自圖像獲取單元，再經(jīng)過(guò)第二 ADC單元、信源編碼電路信道編碼電路、極性變換電路、串并轉(zhuǎn)換電路，之后進(jìn)行1、Q兩路正交調(diào)制，即對(duì)1、Q兩路數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字上混頻器進(jìn)行數(shù)字混頻，再經(jīng)過(guò)加法器將兩路信號(hào)相加，QPSK調(diào)制器調(diào)制后的數(shù)據(jù)輸出至DAC單元，再至QPSK射頻發(fā)單元的QPSK射頻信號(hào)發(fā)單元，然后射頻信號(hào)經(jīng)無(wú)線信道發(fā)出。所述BPSK解調(diào)器的輸入端與被控機(jī)第一 ADC單元的輸出端相連，BPSK解調(diào)器的數(shù)據(jù)來(lái)自射頻收單元的BPSK射頻信號(hào)收再經(jīng)過(guò)第一 ADC單元變換后的數(shù)據(jù)，BPSK解調(diào)器的輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)帶通濾波器、數(shù)字下混頻器(圖4中數(shù)字下混頻器部分涉及的載波恢復(fù)，采用現(xiàn)有的經(jīng)典方法)、低通濾波器、抽樣判決器后再經(jīng)過(guò)信道解碼信源解碼器后，被控機(jī)獲知主控機(jī)發(fā)送的指令信息(所述指令信息為讓被控機(jī)發(fā)送圖像或者停止發(fā)送圖像的指令)。
[0024]主控機(jī)和被控機(jī)對(duì)頻譜存儲(chǔ)器中的空閑頻譜進(jìn)行有優(yōu)先級(jí)的從高頻段到低頻段按信道帶寬進(jìn)行選擇，首先獲取頻率最高的一個(gè)空閑頻譜，然后主控機(jī)和被控機(jī)立即對(duì)射頻收單元和射頻發(fā)單元的本振進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，主控機(jī)向被控機(jī)發(fā)送射頻指令信號(hào)，射頻指令信號(hào)經(jīng)無(wú)線信道傳輸后，被被控機(jī)接收，被控機(jī)對(duì)收到的射頻指令信號(hào)進(jìn)行處理，獲知要向主控機(jī)發(fā)送圖像信息，然后被控機(jī)經(jīng)射頻發(fā)單元的QPSK射頻信號(hào)發(fā)單元，將圖像信息經(jīng)無(wú)線信道發(fā)至主控機(jī)，主控機(jī)的射頻收單元的QPSK射頻信號(hào)收對(duì)收到的射頻信號(hào)下變頻到中頻，之后經(jīng)ADC變換處理，再進(jìn)行QPSK正交解調(diào)，解調(diào)時(shí)先將數(shù)據(jù)分成1、Q兩路，再進(jìn)行數(shù)字下混頻、低通濾波、抽樣判決、并串轉(zhuǎn)換，QPSK解調(diào)之后再進(jìn)行信道解碼(Viterbi譯碼)和信源解碼，得到原始基帶數(shù)據(jù)，將原始基帶數(shù)據(jù)通過(guò)DAC變換，送至圖像存儲(chǔ)器及顯示單元，將圖像進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。
【權(quán)利要求】
1.一種基于頻譜感知的無(wú)線圖像收發(fā)系統(tǒng)，包括主控機(jī)和至少I臺(tái)被控機(jī)，所述主控機(jī)和被控機(jī)均包括射頻收單元、射頻發(fā)單元、ADC單元、主控單元和DAC單元,所述射頻收單元經(jīng)ADC單元與主控單元的輸入端相連,主控單元的輸出端經(jīng)DAC單元與射頻發(fā)單元相連，主控機(jī)還包括圖像存儲(chǔ)器及顯示單元，被控機(jī)還包括圖像獲取單元，主控機(jī)的主控單元的另一輸出端經(jīng)另一 DAC單元分別與圖像存儲(chǔ)器及顯示單元連接，圖像獲取單元經(jīng)另一 ADC單元與被控機(jī)的主控單元的輸入端相連，主控機(jī)和被控機(jī)經(jīng)無(wú)線信道連接，所述主控單元均包括基帶處理模塊和控制模塊，其特征在于:所述主控單元均還包括頻譜感知模塊，該頻譜感知模塊包括依次連接的加窗電路、FFT電路、數(shù)據(jù)平方電路、累加求和取平均電路、閥值比較電路和頻譜存儲(chǔ)器；所述加窗電路的輸入端與ADC單元的輸出端相連，所述頻譜存儲(chǔ)器的輸出端與控制模塊的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜感知的無(wú)線圖像收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于:所述主控機(jī)的基帶處理模塊包括QPSK解調(diào)器和BPSK調(diào)制器，其中QPSK解調(diào)器的輸入端經(jīng)ADC單元與射頻收單元相連，QPSK解調(diào)器的輸出端經(jīng)DAC單元與圖像存儲(chǔ)器及顯示單元連接；所述BPSK調(diào)制器的輸入端與ADC單元的輸出端相連，BPSK調(diào)制器的輸出端經(jīng)另一 DAC單元與射頻發(fā)單元相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜感知的無(wú)線圖像收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于:所述被控機(jī)的基帶處理模塊包括QPSK調(diào)制器和BPSK解調(diào)器，其中QPSK調(diào)制器的輸入端經(jīng)ADC單元與圖像獲取單元相連，QPSK調(diào)制器的輸出端經(jīng)DAC單元與射頻發(fā)單元相連；所述BPSK解調(diào)器的輸入端經(jīng)另一 ADC單元與射頻收單元相連，BPSK解調(diào)器的輸出端與DAC單元的輸入端相連。
【文檔編號(hào)】H04L29/06GK203661080SQ201420021441
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】肖海林, 胡立坤, 許旻, 韓霄, 濮錦勝, 閆坤 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)