[发明专利]一种基于DOA估计的DMWC频谱感知相位校准方法

说明书

本发明提出一种基于DOA估计的DMWC频谱感知相位差校准的方法，针对DMWC频谱感知系统的各个感知节点由于空间分布随机产生相位差异导致恢复率低的问题，该方法包括：（1）采样信号的获取，从单节点排列为均匀线性阵列的DMWC频谱感知系统结构中获取；（2）通过DOA估计获取信号的波达角，应用总体最小二乘法结合的阵列信号处理TLS‑ESPRIT算法找到相关系数最大的方位参数作为波达角，进而得到节点接收信号的相位差；（3）利用波达角和相位差校准测量矩阵。通过以上方法，解决了DMWC频谱感知系统中，各个节点间的相位差对信号恢复率的影响，大大提高了DMWC频谱感知系统的抗噪性和稳定性。

技术领域

本发明属于阵列信号处理与频谱感知交叉的技术领域，具体而言，是通过DOA估计的方法对DMWC频谱感知系统中的阵列化分布的节点进行相位差校准。

背景技术

近年来，随着互联网与移动通信技术的快速发展，无线通信用户呈现出爆发式增长，使得有限的频谱资源渐渐无法满足用户的需求。为提高频谱资源利用率，Moltila首次提出认识无线电技术（CR），而在CR技术中，频谱感知技术发挥着广泛的作用。压缩感知（CS）是一种采样速率远低于Nyquist采样速率的欠采样技术，并且可以较好的恢复信号，突破了Nyquist采样定理的瓶颈。调制宽带转换器（MWC）是由MIT的Elder教授所提出，将压缩感知理论的欠采样恢复重构技术变为实际的硬件电路。MWC的原理是通过一个传感器应用到多个通道，利用周期性的伪随机信号与原始的稀疏宽带信号进行叠加和混频，然后用低通滤波器过滤出低频信号。然而，当稀疏宽带信号不断增加，采样的通道数会成倍增加，但是在MWC中很难对采样通道数做调整，并且这在实际应用中也是个耗费成本的问题。分布式调制宽带转换器（DMWC）解决了这个问题，DMWC的思路是把MWC体系转变为基于动态多节点单通道的网络化协作欠采样体系，它的每个通道包括伪随机混频、低通滤波和低速采样，各个节点通道的输入信号各不相同。每一个节点相互之间独立执行一路通道的本地采样任务，并把源压缩采样数据传送到处理中心。

阵列信号处理是信号处理的一个重要分支，它将一组传感器按一定的方式布置在空间不同的位置上，形成传感器阵列。用传感器阵列接收空间信号，相当于对空间分布的场信号采样，得到信号源的空间离散观测数据。阵列信号处理的目地是通过对阵列接收信号进行处理，增强所需要的有用信号，抑制无用的干扰和噪声，并提取有用的信号特征及信号所包含的信息。空间到达方向（DOA）估计是阵列信号处理的一个基本问题，它用于确定各个信号到达阵列参考阵元的方向角。DMWC中每一个通道作为一个感知节点分布在源信号的周围，各感知节点协同感知，通过一个数据收集中心把所有感知节点的欠采样数据汇总、处理、做出统一的感知判决，从而计算出原始信号的支撑集。DMWC中的各个感知节点就是阵列信号处理中的阵列参考阵元。

由于DMWC的空间分布随机，每个通道作为独立的一个感知节点分布在不同的区域, 各节点与源信号的距离不同带来了相位差异问题，而相位差异问题是DMWC频谱感知系统能否高效恢复接收信号的关键之一。如果感知系统的各个节点信号不同步，这不仅降低了系统的稳定性，也对恢复率产生了一定的影响。为了能够消除DMWC频谱感知系统所产生的节点相位差异并且提高系统的整体稳定性，采用估计波达角的方法，对节点间采样信号做DOA估计得到波达角和校准矩阵以实现对测量矩阵校准，实现节点间信号同步，以此提高DMWC的恢复率和系统的抗噪性。

发明内容

本发明旨在解决DMWC频谱感知系统各个节点接收压缩采样信号存在相位差的问题而提出的一种基于DOA估计的DMWC频谱感知相位校准的方法，其技术方案如下：

步骤一：通过基于ULA的DMWC频谱感知系统得到采样后的矩阵；

步骤二：通过采样矩阵，确定基于阵列的DOA估计所得到的节点信号的波达角；

步骤三：根据节点信号的波达角得到节点间的相位差，然后对测量矩阵进行校准。