[发明专利]宽带多频稀疏信号的非均匀采样与重建方法

说明书

本发明提供宽带多频稀疏信号的非均匀采样与重建方法，所述方法包括，通过多门限能量检测系统计算信号初始频谱信息，根据获得信息使用快速搜索散发搜索信号的非均匀采样参数，建立信号采样模型，采用子空间估计法对信号频谱信息进行估计，获得重建矩阵未知向量，重建原始信号。本发明的方法首先采用多门限能量检测系统估计信号频谱信息，选取适当的采样周期，降低了计算成本，在频谱估计中又采用了基于CAPON的频谱估计算法，快速估计出信号频谱信息。所诉方法采样多门限能量检测算法与基于CAPON频谱估计算法，不仅进一步降低了计算复杂度，并且加快了非均匀采样中频谱估计速度，保证了算法在有限信噪比下的数值稳健性。

技术领域

本发明涉及信号采样与估计算法技术领域，具体涉及一种宽带多频稀疏信号的非均匀采样与重建方法。

背景技术

1)认知无线电

随着有线通信与无线通信相关技术的日益发展，尤其是无线通信业务已经在世界范围内广泛应用，无线通信可以用于信号传输的带宽在不断增加，人们的生活已经离不开无线通信技术。为了避免各类用户传输业务之间的相互干扰，无线频谱资源被划分为不同频段来传输各种业务，保证业务的可靠性。但是由于越来越多的无线业务被广泛接受使用，直接导致了频谱资源的日益紧缺。

认知无线电是一种新的无线通信系统技术，其研究目的是在有限的范围内尽可能的加强无线电频谱(RF)的频谱利用率。

认知无线电的主要目标是优化频谱传输性能，增强频谱利用率。为了实现这一目标，首要任务是研究无线信号的频谱检测与感知估计技术，从而识别恢复信号频谱。在识别频谱以后，利用频谱时间以及空间空隙以传输信息，利用闲置与空闲时间间隙与信号频谱间隙，提高频谱利用率。

在无线电认知过程中，需要数模转换器对信号进行快速、准确并且稳定的对信号进行感知，在无线电认知过程中，首先在未授权用户需要利用某频段的频谱空洞进行信息传输之前，就是在未授权用户接入该频段传输之前，需要利用频谱感知技术检测出改时间频道是否闲置。其次，在未授权用户成功的利用空洞进行传输之后，占用了此段时间地点的频谱空洞，为了避免对优先级更高的授权用户的业务产生影响，在此时刻仍然需要对该频段实时进行感知，以防止干扰主要业务传输，在优先级更高的用户信号传递是要能及时的感知到信号。所以无线电感知技术对于信号检测的实时性和稳定可靠性要求非常高。

2)欠采样技术

欠采样技术是采用低于奈奎斯特频率的频率对信号进行采样，从而增加采样速度，获得更快的采样速率的技术。使用欠采样技术可以降低信号的采样频谱和采样点的个数，对硬件的要求较低，可以节省硬件成本。

由于欠采样技术可以大大降低采样点数，降低ADC硬件成本，同时降低采样频率，提 升采样速率。欠采样技术通常为了在保证较小的采样频率的目标下实现信号的无混叠重建。会有多种针对信号模型采用的特殊的采样与重建方式，采用特定的采样模型并且结合对采样数据的针对性处理从而实现信号的完整还原。非均匀采样，压缩感知采样都是针对“稀疏”特性信号，选取信号中的少量有用信息用更低的频率对信号含有主要信息的部分进行选取或采样，从而以更少的数据量及更低的采样频率恢复信号。

3)DOA天线频率估计算法

信号的DOA估计算法是一种极值搜索法，即首先形成一个包含待估计参数的函数，然后通过对该函数进行峰值搜索，得到的极值就是信号的波达方向。

模型中阵列接收的信号可以通过矩阵方程表示为，

x(t)＝A(θ)s(t)+n(t)

其中θ＝[θ₁,...,θ_d]^T,包含信号的入射角度，同时s(t)＝[s₁(t),...,s_d(t)]^T有信号的波形组成。所有的这些DOA方程求解方法都基于相关矩阵，其定义为，