[发明专利]一种基于阶梯型随机序列的调制宽带转换器的混频矩阵生成方法

说明书

本发明提出一种基于阶梯型随机序列的调制宽带转换器的混频矩阵生成方法。所述方法包括步骤1、对于通道数为m，混频序列长度为M的调制宽带转换器系统，确定每个通道可以生成的序列的非0位置可以选择的范围长度d，步骤2、分配范围，在对应的范围生成±1随机序列，步骤3、将序列其他的元素置为0。所述方法缩短了混频序列长度，并且对于动态频谱中可能出现的SOMP算法预设的重构支撑集大于实际支撑集，有更好的去噪效果。本发明所述方法中的每个通道的混频序列只有一小段元素为随机序列，其余元素取值为0。本发明方法适用于调制宽带转换器的设计和应用领域。

技术领域

本发明属于信号欠采样、无线通信技术领域，特别是涉及一种基于阶梯型随机序列的调制宽带转换器的混频矩阵生成方法。

背景技术

近些年来，压缩感知理论不断发展，该理论证明在信号具有稀疏性的前提下，可以实现信号的同步压缩与采样，然后通过适当的重构算法恢复出原信号。基于压缩感知理论的欠采样方法能够极大的降低采样速率和所需的存储、传输数据，突破了奎斯特采样定理的极限，能够广泛的应用与图像处理与信号采集等领域。

调制宽带转换器(Modulated Wideband Converter，MWC)是一种基于压缩感知理论针对多频带信号的新型欠采样系统。一种典型的调制宽带转换器系统如图1所示。调制宽带转换器系统由多组相同通道组成，每个通道的主要元件包括如下几部分：乘法器，低通滤波器和均匀采样模块，多组通道的采样数据共同作用于信号重构模块，信号的处理流程依次为：混频，低通滤波，均匀采样，信号重构。

调制宽带转换器的原理如下：多频带信号进入调制宽带转换器系统，被m个通道并行接收，m为正整数；每个通道用周期相同但数值不同的周期序列进行调制，调制的目的在于频谱搬移，调制之后的信号经过低通滤波，滤掉高频部分，留下低频部分。由于低通滤波器的截止频率较低，所以滤波后信号的带宽变窄，这样就可以用较低的速率对信号进行采样，获得一系列信号的全局观测数据。然后再进行低速采样，采样时的速率只需要大于最大低通滤波器频带的宽度即可，所以采样率可以低于信号的奈奎斯特频率。最后再利用计算求取的系统感知矩阵和相关的信号重构算法，通过感知矩阵与采样信息间的数学关系，即可从采集到的数据中恢复原信号及其频谱。

因为高斯随机矩阵，已经被证明和绝大多数正交基矩阵一样能够满足压缩感知中要求的不相干。因此，在调制宽带转换器系统中，各个通道的周期混频序列组成的矩阵是高斯随机矩阵。在每个通道，序列中的各个元素以相等的概率随机取值+1或-1。然而，这种选择方式对于硬件实现和存储都有很大挑战。因为随机序列的长度通常很长，将随机序列的各个位置都生成正电平或负电平需要很大的成本。其次，面对动态频谱，在基于SOMP算法重构时，需要预设的待估计的支撑集数目需要大于实际的多频带信号的支撑集的数目，此时将这些频带进行频谱搬移之后，因为这些频带不包含信号，只存在噪声，会对重构信号的信噪比造成很大损失。

发明内容

本发明目的是为了解决现有的调制宽带转换器系统中的混频序列，序列长度过长，而且SOMP的预设支撑集通常多于实际支撑集的问题，提出了一种基于阶梯型随机序列的调制宽带转换器的混频矩阵生成方法。所述方法采用新序列可以使得没有信号的支撑集在重构时向中间的支撑集靠近，而这些支撑集的观测矩阵幅值大，因此可以得到降低噪声幅度的效果。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种基于阶梯型随机序列的调制宽带转换器的混频矩阵生成方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、对于通道数为m，混频序列长度为M的调制宽带转换器系统，确定每个通道可以生成的序列的非0位置可以选择的范围长度d,为了保证d的范围足够长，又能保证每个通道都有非0元素，选取不大于(M-1)/(m-1)的最大整数，作为每个序列可以选择非0位置的最大范围；

步骤二、分配范围：对于通道数为m的调制宽带转换器，所述调制宽带转换器的第i，i＝1,…m个通道的序列可以在第(i-1)*d+1个位置到第i*d个位置，所述序列以相等的概率随机地选择+1或-1；