一种多频带信号压缩采样方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及多频带信号采样领域。
【背景技术】
[0002] 在无线通信领域，每个频段都被分配给特定授权的用户使用，未被授权的用户无 法利用频谱资源，使得频谱成为了很珍贵而有限的资源。但是在实际应用中发现，在时频平 面上看，某一小时间段内整个频谱上真正被占用的频段很少，而大部分频段处于空闲状态， 此时就构成了多频带信号。该种情形造成了频谱资源的浪费，同时也为未授权的用户提供 短时间内的信息传输提供了可能。未授权用户不能占用授权用户正在使用的频段，所W在 每次信息传输前需要确认频段的占用情况，该就是感知无线电（CognitiveRadio,CR)领 域，其主要任务是检测多频带信号占用整个频谱上的具体位置和对应的信号。
[0003] 传统的香浓（化annon)采样定理指出，信号的采样速率必须达到原信号最高频率 的两倍W上才能精确重构出原来信号。在高达GHz级别的宽频带上，如果仍然使用化annon 采样定理来获得多频带信号，就会产生巨量采样数据，使得目前ADC的采样速度W及存储 器存储速度难W满足需求。
[0004] 目前，多陪集压缩采样系统（MulticosetSampling,MC)能够W低于Nyquist频率 对多频带盲信号采样，并重构出其频带具体信息。但是MC系统的最前端是ADC(Analogto DigitalConvener模数转换器），由于现实工艺难W使得MC系统采样前端ADC满功率带 宽达到几GHz，使得高频率的多频带信号通过ADC时带宽外的信号成分被滤除，限制了MC系 统的使用范围。
【发明内容】
[0005] 本发明是为了解决现有的多陪集压缩采样系统模拟前端满功率带宽低，造成多陪 集压缩采样系统适用信号频率范围受限的问题，提出了一种多频带信号压缩采样方法。
[0006] 本发明所述的一种多频带信号压缩采样方法，该方法的具体步骤为；采用P个采 样通道对多频带信号x(t)进行采样，P为正整数；第i个通道1《i《P的具体采样方法：
[0007] 步骤一、多频带信号x(t)与信号Mi(t)进行混频，获得混频后信号.?,(0;
[000引步骤二、采用截止频率为片/2的理想低通滤波器h(t)对信号式々)进行滤波；并采 用模数转换器在频率f,=f。下进行采样，获得采样序列yi[n];
[0009] 采用重构算法利用采样序列y[n]=如山，…，yjn]，…，yp[n])T进行重构，获 得序列d时二W/，,[冲…，命，的尸，完成多频带信号压缩采样。
[0010] 本发明所述的方法能够W远低于奈奎斯特频率的采样率对频带位置未知的多频 带信号进行采样并重构频谱，同时避免了多陪集压缩采样系统模拟前端满功率带宽低，造 成多陪集压缩采样系统适用信号频率范围受限的问题。适用于高频率的多频带信号的采 样。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明所述的一种多频带信号压缩采样方法的原理框图；
[0012] 图2为多频带信号x(t)的频谱结构示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0013] 一、结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种多频带 信号压缩采样方法，该方法的具体步骤为；采用P个采样通道对多频带信号x(t)进行采样， P为正整数；第i个通道1《i《P的具体采样方法：
[0014] 步骤一、多频带信号x(t)与信号Mi(t)进行混频，获得混频后信号X(0;
[0015] 步骤二、采用截止频率为片/2的理想低通滤波器h(t)对信号x(0进行滤波；并采 用模数转换器在频率f,=f。下进行采样，获得采样序列yi[n];
[0016] 采用重构算法利用采样序列y[n]=如山，…，yjn]，…，yp[n])T进行重构，获 得序列d= /,,[/7]，…，屯[冲'，完成多频带信号压缩采样。
[0017] 本发明的采样方法是针对多频带信号x(t)进行压缩采样的，系统总采样频率为 …。多频带信号X(t)，如图2所示，它在频域上带限于F=[寸。"/2, ，F包括N个 带宽不大于B的频带，其中1/Tw。为信号的奈奎斯特频率；Tw。为奈奎斯特周期。将 信号在F范围内平均分成m份，每份带宽等于fa=f。,。/!!!，满足片>6 >0。设m=化。+1 为奇数，并对每个频段标号，则标号范围从-L。到L。，并记信号X(t)的第1段频谱为Xi(f)， 1 = -L。，…，L。，di[n]的含义为Xi(f)的傅里叶逆变换对应的数字序列。
[0018] 【具体实施方式】二、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种多频带信号压缩采 样方法的进一步说明，本实施方式中，第i个采样通道的混频函数Mi(t) =M(t-cJ；y。)，其 中，C= {C,. } 从0《m-1中随机选取p个不同整数的集合；函数M(t)周期为T。 =1/f。，其傅里叶级数系数为
并且满足bi声0, 1 = -L。，…，L。。
[0019]
【具体实施方式】=、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种多频带信号压 缩采样方法的进一步说明，本实施方式中，y[n] = (yi[n]，…，yjn]，…，yp[n])嘴 d[打]=w,,<,["]，…冲,W)''满足关系：
[0020] y[n]=Ad[n]
[002U其中，A=AuD，A。中第i行第1+Lu+l列的元素为
对角矩 阵D对角线元素满足=扛/，采用重构算法对y[n] =Ad[n]进行求解，获得 d的= …，屯时)T。
[0022]
【具体实施方式】四、本实施方式是对【具体实施方式】=所述的一种多频带信号压缩采 样方法的进一步说明，重构算法为同步正交匹配追踪算法，空间追踪算法，多信号分类算 法。
[0023] 【具体实施方式】五、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种多频带信号压缩采 样方法的进一步说明，本实施方式中，P个采样通道中P的范围为；2k<p<m，2《k《2N;N为 信号频带个数，k为d[n]中非零序列的个数，m为多频带信号x(t)的奈奎斯特频率范围被 分的频段数。
【主权项】
1. 一种多频带信号压缩采样方法，其特征在于，该方法的具体步骤为： 采用P个采样通道对多频带信号X (t)进行采样，P为正整数；第i个通道I < i < P 的具体采样方法： 步骤一、多频带信号x(t)与信号MJt)进行混频，获得混频后信号.(6,.⑴； 步骤二、采用截止频率为fc/2的理想低通滤波器h(t)对信号无(〇进行滤波；并采用模 数转换器在频率fs= f 〇下进行采样，获得采样序列y i [η]; 采用重构算法利用采样序列y[n] = (yi[n]，一,ydn],…，、[!^"进行重构，获得序 列d [/?] = (〇]，··_，〇])''，完成多频带信号压缩采样。2. 根据权利要求1所述的一种多频带信号压缩采样方法，其特征在于，第i个采样通道 的混频函数Mi(t) =IVKt-CiTnyq),其中，C = 从O彡CiSm-I中随机选取P个不 同整数的集合；函数M(t)周期为Ttl= 1/f^，其傅里叶级数系数^，并 且满足 b# 0, I = -L。，…，L0。3. 根据权利要求1所述的一种多频带信号压缩采样方法，其特征在于，y[n]= (yjn]，...，yi[n]，...，yp[n])%d["M〇]，…〇])7'满足关系：y[n] = Ad [η] 其中，A = AtlD, Atl中第i行第1+U+1列的元素为 .对角矩阵D 对角线元素满足，采用重构算法对y[n] =Ad[n]进行求解，获得4. 根据权利要求3所述的一种多频带信号压缩采样方法，其特征在于，重构算法为同 步正交匹配追踪算法、空间追踪算法或多信号分类算法。5. 根据权利要求1所述的一种多频带信号压缩采样方法，其特征在于，p个采样通道中 P的范围为：2k < p < m，2 < k < 2N ;N为信号频带个数，k为d[n]中非零序列的个数，m 为多频带信号x(t)的奈奎斯特频率范围被分的频段数。
【专利摘要】一种多频带信号压缩采样方法，涉及多频带信号采样领域。解决了现有的多陪集压缩采样系统模拟前端满功率带宽低，造成多陪集压缩采样系统适用信号频率范围受限的问题。本发明采用p个通道对信号x(t)进行采样，第i个通道的具体采样方法为：多频带信号x(t)与信号Mi(t)进行混频，获得混频后信号采用截止频率为f0/2的理想低通滤波器h(t)对信号进行滤波；并采用模数转换器在频率fs＝f0下进行采样，获得采样序列yi[n]；重构算法利用p个采样序列y[n]＝(y1[n]，…，yi[n]，…，yp[n])进行重构，获得序列完成多频带信号压缩采样。本发明适用于对载频未知的多频带信号进行采样。
【IPC分类】H03M7/30
【公开号】CN104901705
【申请号】CN201510319763
【发明人】张京超, 付宁, 刘佩卓, 乔立岩, 彭喜元
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月11日