[发明专利]窄带信号发送方法、信号发射装置及采样系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种窄带信号发送方法、信号发射装置及采样系统。

背景技术

压缩传感理论对可压缩的信号通过远低于奈奎斯特Nyquist标准的方式进行数据采样，采集的数据量远远小于传统采样所需数据量，并能精确地重构原始信号。

具体地，压缩传感理论主要包括信号的稀疏表示、编码测量和重构算法等三个方面。其中，信号的稀疏表示就是将信号投影到正交变换基，所得到的变换向量是稀疏的或者近似稀疏的。例如y₂₀₀＝Φ_200×800S₈₀₀的稀疏矩阵，即为原始信号S的稀疏表示。其中，S为800个原始信号的列向量。该S向量经过Φ_200×800的正交变换后得到稀疏矩阵y₂₀₀，即只包含有远小于800个非零值的矩阵。常用的变换基有：离散余弦变换基、快速傅里叶变换基、离散小波变换基、曲波变换（Curvelet）基、加窗傅立叶变换（Gabor）基以及冗余字典等。在编码测量中，首先选择稳定的投影矩阵，为了确保信号的线性投影能够保持信号的原始结构，投影矩阵必须满足约束等距性(Restrictedisometry property，RIP)条件，即满足y=ΦS=ΦΨ^Hx=Tx的约束条件下找到非零元素个数最少的x，最后精确重构原始信号S＝Ψ^Hx。其中，T=ΦΨ^H为传感矩阵。

如图1所示的采样装置的实现原理示意图，采样装置是信号接收端的一种。采样装置接收信号发射装置发送的原始信号x(t)。该原始信号x(t)包括Num_band个窄带信号，每个窄带信号的带宽为B；而采样装置共包括m个采样通道。每个通道都对原始信号x(t)进行处理并采样。采样装置在每个通道先用周期为Tp的伪随机序列P_i(t)与原始信号x(t)相乘，相乘的结果经过截止频率为1/(2T_s)的低通滤波器h(t)，再由低于Nyquist采样率的采样率为f_s=1/T_s的低速率模数转换器ADC进行采样。其后，采样装置根据各个通道得到的采样序列y₁[n]，y₂[n]，…，y_m[n]，（n=1，2，…，Num_sample），用信号重构方法恢复原始信号x(t)。第i个通道的采样序列表示为y_i[n]，其中n=1，2，…，Num_sample，Num_sample为采样总个数。伪随机序列P_i(t)的周期为T_p，则其周期变化的频率为f_p＝1/T_p。需要指出的是，伪随机序列P_i(t)通常是取值在+1和-1之间变化的序列。在所述采样系统中，伪随机序列P_i(t)取值变化的频率通常不小于Nyquist采样率，而所述伪随机序列P_i(t)的周期为T_p，指在下一个T_p周期内，重复上一个T_p周期的伪随机序列。

图2为从频域的角度分析上述采样装置的工作原理。原始信号x(t)的频谱为X(f)，如图2a所示。上述采样装置的工作原理等效于以下的过程：

1.把X(f)分成若干个宽度为f_p的部分，如图2a所示。图2a的两条相邻的竖直方向的虚线中间，就是一个宽度为f_p的部分，由图可容易看到，所示竖直方向的虚线分成的各个宽度f_p的区间分别是：[-(2K+1)fp/2，-(2K-1)fp/2]、…、[-5fp/2，-3fp/2]、[-3fp/2，-fp/2]、[-fp/2，fp/2]、[fp/2，3fp/2]、[3fp/2，5fp/2]、…、[(2K-1)fp/2，(2K+1)fp/2]。其中，K为自然数。这里[a，b]表示从频点a到频点b的一个区间，区间包括大于a且小于b的所有频点。可以看到，图2a所示的竖直方向的虚线分成的各个宽度fp的区间可以表示为[(2k-1)fp/2，(2k+1)fp/2]，其中的k=-K……-2，-1，0，1，2……K。

2.上述由X(f)分得的若干个宽度为f_p的部分，组成一个稀疏向量，即非零值的项比较少的向量，如图2b所示。