專利名稱：調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣系統(tǒng)中的寬帶頻譜感知方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別涉及調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣系統(tǒng)中的寬帶頻譜感知方法。
背景技術(shù)：
由于認(rèn)知無線電是以次用戶的方式使用頻譜，因此在通信建立之前它需要在寬頻段內(nèi)尋找未被主用戶占用的頻譜空穴，此問題即為寬帶頻譜感知問題。在現(xiàn)有技術(shù)中，寬帶頻譜感知問題有多種解決方式。例如，在一種方式中，在模擬前端采用一個可調(diào)諧的窄帶濾波器，然后通過調(diào)諧窄帶濾波器來完成對整個頻段的搜索檢測，但是這種方式會導(dǎo)致較長的感知延遲。為提高搜索效率，在另一種方式中可以采用窄帶濾波器組一次完成對整個感知頻段的分析，但是這增加了硬件實現(xiàn)復(fù)雜度。還有一種折衷方案是采用寬頻段高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analog-to-digital converter, ADC)對整個感知頻段進(jìn)行采樣，然后在數(shù)字域完成頻譜空穴的檢測判決。這種方式具備很強的感知實時性，但是由于ADC的采樣頻率有限，在Nyquist采樣理論下，過高的感知頻段可能會超出目前ADC所能承受的采樣頻率。隨著壓縮感知技術(shù)的發(fā)展，研究人員提出了以低于Nyquist速率的采樣速率對模擬信號進(jìn)行采樣的方法，這些方法被稱為子Nyquistkub-Nyquist)采樣方法。目前已提出的子Nyquist采樣方法主要包括周期非均勻采樣、Nyquist折疊系統(tǒng)、隨機解調(diào)器采樣和調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣(modulated wideband converter, MWC) Mishali等人在參考文獻(xiàn) 1 "Xampling Analog to digital at sub-Nyquist rates；IET Circuits, Devices &Systems, vol. 5，no. 1，pp. 8-20，2011”中詳細(xì)比較了這幾種子Nyquist采樣方法，從比較結(jié)果可以看出，相比于其他方法，調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣具有與實際信號匹配、計算復(fù)雜度較低、可實現(xiàn)性高的優(yōu)點。

圖1為調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器的原理框圖。具體來講，信號x(t)同時輸入m個通道。在第i個通道，信號x(t)與周期為Tp的混頻函數(shù)相乘，接著通過一個截止頻率為1Λ2Τ3)的低通濾波器，濾波后的信號以1/TS的速率進(jìn)行采樣，得到采樣序列yi[n]。由于1/TS足夠小，所以現(xiàn)有的商用ADC能用來完成采樣過程。另外，該采樣系統(tǒng)的一個重要特點就是m個通道的采樣速率之和仍遠(yuǎn)小于Nyquist采樣率，即mfs << fNYQ(其中，fs為調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣每一個通道的采樣頻率，fmQ為Nyquist采樣率)，即MWC是一種子Nyquist采樣方法。而且，通道數(shù)目和單個通道的采樣速率可以互換，這對降低硬件實現(xiàn)復(fù)雜度非常有利?，F(xiàn)在來分析采樣序列yi[n]與輸入到調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器中的未知信號x(t)之間的關(guān)系。令fp = ι/τρα;為調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣混頻函數(shù)周期的倒數(shù))，fs = i/ts，由仁與&可設(shè)定如下兩個區(qū)間FP = [_fp/2，+fp/2]，F(xiàn)s = [~fs/2, +fs/2]?？紤]第i個通道。由于Pi (t)是周期信號，所以其Rmrier展開式為
權(quán)利要求
1.一種調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣系統(tǒng)中的寬帶頻譜感知方法，包括步驟1)、對由調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣后所得到的各個采樣序列所形成的原信號做支撐重構(gòu)，獲取所述原信號中包含窄帶信號的各個子帶標(biāo)號集合S = supp (Z(Fp))，并由此得到頻譜空穴V1;其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣系統(tǒng)中的寬帶頻譜感知方法，其特征在于，在所述的步驟幻和步驟；3)之間還包括子帶邊界估計的步驟，該步驟包括對21[11] (1 e S')的功率譜密度進(jìn)行子帶邊界估計，找出其中包含的各個窄帶信號以及頻譜空穴的頻率邊界；若&(/)中存在P1個頻譜空穴，第P個空穴的下邊界和上邊界分別為/二^和力；。，則得到額外的頻譜空穴
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣系統(tǒng)中的寬帶頻譜感知方法，其特征在于，在所述的步驟幻之后，還包括對步驟幻所得到的合并后的頻譜空穴進(jìn)行優(yōu)化的操作，該操作包括如果合并后的頻譜空穴集合V中某一頻譜空穴的帶寬小于A1，則去除該頻譜空穴，如果V中兩個相鄰的頻譜空穴間距小于Δ2，則判定這兩個頻譜空穴之間的子帶為頻譜空穴，將這兩個頻譜空穴合二為一；所述A1和Δ2是認(rèn)知無線電系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣系統(tǒng)中的寬帶頻譜感知方法，其特征在于，所述的~設(shè)定為認(rèn)知無線電可利用的最小頻譜空穴帶寬，所述的八2設(shè)定為認(rèn)知無線電工作頻段內(nèi)主用戶信號的可能最小帶寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣系統(tǒng)中的寬帶頻譜感知方法，其特征在于，在步驟1)的支撐重構(gòu)過程中，設(shè)定重構(gòu)算法迭代次數(shù)為其所能運行的最大迭代次數(shù)，從而得到最大可能的支撐元素個數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣系統(tǒng)中的寬帶頻譜感知方法，其特征在于，所述步驟2~)中的二元判決可以采用任意盲二元檢測方法，包括基于協(xié)方差矩陣特征值的檢測、基于信息熵的檢測。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣系統(tǒng)中的寬帶頻譜感知方法，其特征在于，在所述子帶邊界估計的步驟中，采用多抽頭譜估計和基于雙門限的位置尋找方法相結(jié)合的方法，包括首先采用多抽頭譜估計來估計21[11]的功率譜密度，得到離散功率譜密度值接著根據(jù)·丨;^―1，通過設(shè)置兩個門限參數(shù)T1和T2，其中T1 > T2,執(zhí)行前向連續(xù)均值切除法，得到兩個判決門限T1和Th，其中T1 < Th ；最后根據(jù)T1和Th，將所有大于T1的相鄰PSD樣點歸為一個簇，如果簇中某個樣點值大于Th，則判定該簇為信號簇；如果·(之[ ]丨。丨1中不存在信號簇，則判定該Z1 [η]對應(yīng)于一個寬帶信號，即整個子帶被信號占滿，不存在頻譜空穴；如果丨^1中存在信號簇，則信號簇的邊界即為頻譜空穴對應(yīng)的邊界。
全文摘要
一種調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣系統(tǒng)中的寬帶頻譜感知方法，包括以下步驟支撐重構(gòu)、精細(xì)二元判決、子帶邊界估計以及合并；支撐重構(gòu)得到粗糙的信號子帶，精細(xì)二元判決去除支撐重構(gòu)中的虛警子帶，子帶邊界估計尋找各個子帶內(nèi)的信號邊界，合并去除帶寬過小的頻譜空穴、合并間隔過窄的相鄰頻譜空穴。相比于僅僅依賴支撐重構(gòu)的寬帶頻譜感知方法，本發(fā)明能夠得到更為精細(xì)、準(zhǔn)確的頻譜空穴信息。
文檔編號H04B17/00GK102394707SQ20111030714
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者楊小牛, 鄭仕鏈 申請人:中國電子科技集團公司第三十六研究所