一种基于频谱感知的无线图像收发系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于频谱感知的无线图像收发系统，包括主控机和被控机，主控机和被控机均包括射频收单元、射频发单元、ADC单元、主控单元和DAC单元，射频收单元经ADC单元与主控单元的输入端相连，主控单元的输出端经DAC单元与射频发单元相连，主控单元均包括基带处理模块和控制模块，主控单元均还包括频谱感知模块，该频谱感知模块包括依次连接的加窗电路、FFT(快速傅里叶变换)电路、数据平方电路、累加求和取平均电路、阀值比较电路和频谱存储器；所述加窗电路的输入端与ADC单元的输出端相连，频谱存储器的输出端与控制模块的输入端相连。本系统利用频谱感知模块检测地面数字电视的空闲信道，并利用空闲信道发送图像，既不受其它用户干扰，也不对其他用户构成干扰。
【专利说明】一种基于频谱感知的无线图像收发系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通信技术图像传输或监控领域，具体涉及一种基于频谱感知的无线图像收发系统。
【背景技术】
[0002]无线图像收发系统可以将图像信息实时的通过无线通讯手段传送到图像收集中心，避开了造价高，复杂性高的有线系统，综合成本低，使用便捷，无须挖沟埋管，特别适合室外使用，受到了越来越广泛的应用，比如在安全保护、工程施工、目标监测、警察侦破、野外探险等特殊环境或活动中，需要对相关区域构建一个小型监控网络对现场进行图像采集并传输到监控中心，就可以采用无线图像传输技术。
[0003]在无线图像传输过程中，需要用到频率资源，我国虽然也开放了一些频段，比如
2.4G频段，但使用者很多，也面临越来越多的干扰。现有的频谱资源分配通常是静态的，由国家统一管理、支配，各种无线通信系统被授予不同的频段，并且只能使用相应的授权频段以避免干扰。然而，已分配频谱的使用情况在时间和空间上都有很大的变化，大量研究表明，一些非授权频段如工业、科学和医用频段及适于陆地移动通信的2GHz左右授权频段过于拥挤，而有些授权频段比如地面数字电视频段却经常空闲，总体而言各种无线系统的总频谱利用率在10%以下，现有的无线图像收发系统，都是在某个固定的频段直接进行图像收发的，具有干扰其他用户和被其他用户干扰的风险，而且不具备频谱感知功能，这样直接造成了部分可用频段的空闲，因此改变传统的频谱资源分配方式，充分利用空闲的频谱资源进行图像收发，这样不会受到其他用户的干扰，也不会干扰其他用户，同时也是提高频谱利用率的一个重要手段。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有灵活性、交互性，而且可以通过频谱感知技术利用地面数字电视的空闲无线频率资源来进行图像传输的一种低成本、小型化、简单化的基于频谱感知的无线图像收发系统。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案实现:
[0006]一种基于频谱感知的无线图像收发系统，包括主控机和至少I台被控机，所述主控机和被控机均包括射频收单元、射频发单元、ADC单元、主控单元和DAC单元,所述射频收单元经ADC单元与主控单元的输入端相连,主控单元的输出端经DAC单元与射频发单元相连，主控机还包括图像存储器及显示单元，被控机还包括图像获取单元，主控机的主控单元的另一输出端经DAC单元与图像存储器及显示单元连接，被控机的图像获取单元经ADC单元与被控机的主控单元的输入端相连，主控机和被控机经无线信道连接，所述主控单元均包括基带处理模块和控制模块，所述主控单元均还包括频谱感知模块，该频谱感知模块包括依次连接的加窗电路、FFT电路、数据平方电路、累加求和取平均电路、阀值比较电路和频谱存储器；所述加窗电路的输入端与ADC单元的输出端相连，所述频谱存储器的输出端与控制模块的输入端相连。
[0007]所述主控机的基带处理模块包括QPSK解调器和BPSK调制器，其中QPSK解调器的输入端经ADC单元与射频收单元相连，QPSK解调器的输出端经DAC单元与图像存储器及显示单元连接；所述BPSK调制器的输出端经DAC单元与射频发单元相连。
[0008]所述被控机的基带处理模块包括QPSK调制器和BPSK解调器，其中QPSK调制器的输入端经ADC单元与图像获取单元相连，QPSK调制器的输出端经DAC单元与射频发单元相连；所述BPSK解调器的输入端经ADC单元与射频收单元相连。
[0009]与现有技术相比，本实用新型利用频谱感知模块检测地面数字电视的空闲信道，并利用空闲信道发送图像，既不受其它用户干扰，也不对其他用户构成干扰；而且系统不依赖于任何移动通信网络，结构简单，采用比较简单的BPSK和QPSK调制方式，可以实现自组网，满足特定环境使用需求，可实现小型化，便于携带，而且是低电压供电，安全、方便实用。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为系统总体结构不意图；
[0011]图2为系统总体框架图；
[0012]图3为主控机主控单元框架图；
[0013]图4为被控机主控单元框架图。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，本实用新型一种基于频谱感知的无线图像收发系统，包括主控机和4台被控机，主控机和被控机均配备可充电电池，电压可限制在15V以下，主控机备有9.7英寸左右和分辨率为768*102的显示器，配备容量为8-16G的存储器，本例选用的便携式液晶显示器既可实现基本的监控功能，又可以节约电能，被控机选择800万像素的摄像头，主控机显示设备和收发设备一体化，被控机的图像采集和收发设备一体化。
[0015]如图2所示，本实用新型一种基于频谱感知的无线图像收发系统包括主控机和被控机，所述主控机和被控机均包括射频收单元、射频发单元、ADC单元、主控单元和DAC单元，所述射频收单元经ADC单元与主控单元的输入端相连，主控单元的基带处理模块的一个输出端经DAC单元与射频发单元相连，主控机还包括图像存储器及显示单元，被控机还包括图像获取单元，主控机的主控单元的基带处理模块的另一输出端经第二 DAC单元与图像存储器及显示单元连接，被控机的图像获取单元经第二 ADC单元与被控机的主控单元的基带处理模块输入端相连，主控机和被控机经无线信道连接，所述主控单元均包括基带处理模块和控制模块，所述主控机和被控机的主控单元均还包括频谱感知模块，该频谱感知模块包括依次连接的加窗电路、FFT (快速傅里叶变换)电路、数据平方电路、累加求和取平均电路、阀值比较电路和频谱存储器；所述加窗电路的输入端与ADC单元的输出端相连，所述频谱存储器的输出端与控制模块的输入端相连。
[0016]主控机和被控机的射频收单元、射频发单元采用经典结构，射频收单元包括有UHF/VHF频段收天线、带通滤波器、低噪声放大器和中频处理电路，射频信号通过两次下变频，得到中频信号，使中频信号IF固定在20MHz〈IF〈28MHz范围内。即射频收单元在经过主控单元的参数控制下将射频收的信号固定在20MHz〈IF〈28MHz范围内，之后对IF信号进行低噪声放大和ADC变换。射频发单元包括UHF/VHF频段发天线、带通滤波器、功率放大器和中频处理电路，通过两次上变频，使最终的发射频率满足在470MHz-566MHz (DS13-DS24，UHF)和第V频段:606MHz-958MHz (DS25-DS68，UHF)范围内。即射频发单元在经过主控单元的参数控制下将射频发单元的射频信号固定在DTMB的第IV和第V频段。在本实用新型实施例中，主控机和被控机的射频收单元、射频发单元的本振单元使用ADI公司的ADF4351锁相环芯片。
[0017]为了保证精度，主控机和被控机的ADC单元和DAC单元均选取精度为12位的芯片，DAC单元选用TI公司的TLV5616，ADC单元选用TI公司的ADS6122，在实际使用时采样频率为fs=60MHz。
[0018]如图2所示，所述主控机主要由电源管理、以及与电源管理相连的射频收单元、ADC单元、主控单元、2个DAC (第一 DAC和第二 DAC)单元、射频发单元、图像存储器及显示单元组成；其中主控单元包括基带处理模块、频谱感知模块和控制模块，所述主控单元的输入端与ADC单元的输出端相连，主控单元的一个输出端与射频收单元、射频发单元的输入端相连，主控单元的另一个输出端与第一 DAC单元的输入端相连，主控单元第三个输出端与第二 DAC单元的输入端相连，第二 DAC单元的输出端再与图像存储器及显示单元的输入端相连。
[0019]如图3所示，所述主控机的频谱感知模块所需要的信号来自于射频收单元的DTMB射频信号收经过ADC单元后的数字信号，经过加窗电路、FFT(快速傅里叶变换)电路、数据平方电路、累加求和取平均电路、阈值比较电路后得到频谱数据，并且将该频谱数据存储到频谱存储器，根据频谱存储器中频谱数据情况，控制控制模块的参数存储器的输出，参数存储器的输出端与主控机射频收、发单元部分的本振连接，控制模块根据频谱存储器中频谱数据的情况输出控制参数至射频收单元和射频发单元的本振，使其匹配所用的空闲信道。
[0020]如图3所示，所述主控机的基带处理模块包括QPSK解调器和BPSK调制器，其中QPSK解调器的输入端与ADC单元的输出端相连，QPSK解调器的输出端与第二 DAC单元输入端相连。QPSK解调器所需数据来自射频收单元的QPSK射频信号，再经过ADC单元后的数据，QPSK解调器解调后的数据送第二 DAC单元后至图像存储器及显示单元。具体的，如图3所示，QPSK解调器解调时先将数据分成1、Q两路，再经过数字下混频器(图3中数字下混频部分涉及的载波恢复，采用现有的经典方法)、低通滤波器、抽样判决器、极性变换器后再送至信道解码信源解码器进行解信道编码(Viterbi译码)、解信源编码，得到原始基带数据，再通过第二 DAC单元，送图像存储器及显示单元，将图像进行存储和显示，即实现了接收并显示及存储来自被控机发送的图像信息。所述BPSK调制器包括信源编码信道编码器、极性变换器、数字上混频器和带通滤波器，BPSK调制器的输出端与第一 DAC单元的输入端相连。BPSK调制器对主控单元的基带信号进行调制，调制后送第一 DAC单元，再至射频发单元的BPSK射频信号发单元把射频指令信号经无线信道发出。所述基带处理模块可用现有的基带处理模块替代。
[0021]如图2所示，所述被控机主要由电源管理、以及与电源管理相连的射频收单元、2个ADC (第一 ADC和第二 ADC)单元、主控单元、DAC单元、射频发单元、图像获取单元组成，其中主控单元包括基带处理模块、频谱感知模块和控制模块，主控单元的一个输入端与第一 ADC单兀的输出端相连,主控单兀的另一个输入端与第二 ADC单兀的输出端相连,第二ADC单元的输入端与图像获取单元的输出相连，主控单元的一个输出端与射频收单元、射频发单元的输入端相连，主控单元的另一个输出端与机DAC单元的输入端相连。
[0022]如图4所示，所述被控机的频谱感知模块和主控机的频谱感知模块相同，也是包括依次连接的加窗电路、FFT(快速傅里叶变换)电路、数据平方电路、累加求和取平均电路、阀值比较电路和频谱存储器；所述加窗电路的输入端与第一 ADC单元的输出端相连，所述频谱存储器的输出端与控制模块的参数存储器的输入端相连，参数存储器的输出端与被控机射频收单元、射频发单元部分的本振连接，被控机的频谱感知模块所需要的信号来自于射频收单元的DTMB射频信号收经过第一 ADC单元后的数字信号，之后经过加窗、FFT、数据平方、累加求和取平均、阈值比较后得到频谱数据，并且将该频谱数据存储到频谱存储器，被控机根据频谱存储器中频谱数据情况，控制控制模块的参数存储器的输出，控制模块根据频谱存储器中频谱数据情况的结果输出控制参数至射频收单元和射频发单元的本振，使其匹配所用的空闲信道。
[0023]如图4所示，被控机的基带处理模块包括QPSK调制器和BPSK解调器，其中QPSK调制器的输入端与第二 ADC单元的输出端相连，QPSK调制器的输出端与DAC单元的输入端相连。QPSK调制器所需数据来自图像获取单元，再经过第二 ADC单元、信源编码电路信道编码电路、极性变换电路、串并转换电路，之后进行1、Q两路正交调制，即对1、Q两路数据通过数字上混频器进行数字混频，再经过加法器将两路信号相加，QPSK调制器调制后的数据输出至DAC单元，再至QPSK射频发单元的QPSK射频信号发单元，然后射频信号经无线信道发出。所述BPSK解调器的输入端与被控机第一 ADC单元的输出端相连，BPSK解调器的数据来自射频收单元的BPSK射频信号收再经过第一 ADC单元变换后的数据，BPSK解调器的输入数据经过带通滤波器、数字下混频器(图4中数字下混频器部分涉及的载波恢复，采用现有的经典方法)、低通滤波器、抽样判决器后再经过信道解码信源解码器后，被控机获知主控机发送的指令信息(所述指令信息为让被控机发送图像或者停止发送图像的指令)。
[0024]主控机和被控机对频谱存储器中的空闲频谱进行有优先级的从高频段到低频段按信道带宽进行选择，首先获取频率最高的一个空闲频谱，然后主控机和被控机立即对射频收单元和射频发单元的本振进行参数设置，主控机向被控机发送射频指令信号，射频指令信号经无线信道传输后，被被控机接收，被控机对收到的射频指令信号进行处理，获知要向主控机发送图像信息，然后被控机经射频发单元的QPSK射频信号发单元，将图像信息经无线信道发至主控机，主控机的射频收单元的QPSK射频信号收对收到的射频信号下变频到中频，之后经ADC变换处理，再进行QPSK正交解调，解调时先将数据分成1、Q两路，再进行数字下混频、低通滤波、抽样判决、并串转换，QPSK解调之后再进行信道解码(Viterbi译码)和信源解码，得到原始基带数据，将原始基带数据通过DAC变换，送至图像存储器及显示单元，将图像进行存储和显示。
【权利要求】
1.一种基于频谱感知的无线图像收发系统，包括主控机和至少I台被控机，所述主控机和被控机均包括射频收单元、射频发单元、ADC单元、主控单元和DAC单元,所述射频收单元经ADC单元与主控单元的输入端相连,主控单元的输出端经DAC单元与射频发单元相连，主控机还包括图像存储器及显示单元，被控机还包括图像获取单元，主控机的主控单元的另一输出端经另一 DAC单元分别与图像存储器及显示单元连接，图像获取单元经另一 ADC单元与被控机的主控单元的输入端相连，主控机和被控机经无线信道连接，所述主控单元均包括基带处理模块和控制模块，其特征在于:所述主控单元均还包括频谱感知模块，该频谱感知模块包括依次连接的加窗电路、FFT电路、数据平方电路、累加求和取平均电路、阀值比较电路和频谱存储器；所述加窗电路的输入端与ADC单元的输出端相连，所述频谱存储器的输出端与控制模块的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的基于频谱感知的无线图像收发系统，其特征在于:所述主控机的基带处理模块包括QPSK解调器和BPSK调制器，其中QPSK解调器的输入端经ADC单元与射频收单元相连，QPSK解调器的输出端经DAC单元与图像存储器及显示单元连接；所述BPSK调制器的输入端与ADC单元的输出端相连，BPSK调制器的输出端经另一 DAC单元与射频发单元相连。
3.根据权利要求1所述的基于频谱感知的无线图像收发系统，其特征在于:所述被控机的基带处理模块包括QPSK调制器和BPSK解调器，其中QPSK调制器的输入端经ADC单元与图像获取单元相连，QPSK调制器的输出端经DAC单元与射频发单元相连；所述BPSK解调器的输入端经另一 ADC单元与射频收单元相连，BPSK解调器的输出端与DAC单元的输入端相连。
【文档编号】H04L29/06GK203661080SQ201420021441
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】肖海林, 胡立坤, 许旻, 韩霄, 濮锦胜, 闫坤 申请人:桂林电子科技大学