[發(fā)明專利]調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣系統(tǒng)中的寬帶頻譜感知方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110307142.9
• 申請日: 2011-10-12
• 公開（公告）號: CN102394707A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭仕鏈;楊小牛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第三十六研究所
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會專利中心 11215
• 代理人: 容敦璋

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。

技術(shù)背景

由于認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行采樣的方法，這些方法被稱為子Nyquist(sub-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1“Xampling：Analog?to?digital?at?sub-Nyquist?rates；IET?Circuits，Devices?&?Systems，vol.5，no.1，pp.8-20，2011”中詳細比較了這幾種子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T_p的混頻函數(shù)相乘，接著通過一個截止頻率為1/(2T_s)的低通濾波器，濾波后的信號以1/T_s的速率進行采樣，得到采樣序列y_i[n]。由于1/T_s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小于Nyquist采樣率，即mf_s＜＜f_NYQ(其中，f_s為調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣每一個通道的采樣頻率，f_NYQ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。

現(xiàn)在來分析采樣序列y_i[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f_p＝1/T_p(f_p為調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器采樣混頻函數(shù)周期的倒數(shù))，f_s＝1/T_s，由f_s與f_p可設(shè)定如下兩個區(qū)間：F_p＝[-f_p/2，+f_p/2]，F(xiàn)_s＝[-f_s/2，+f_s/2]。考慮第i個通道。由于p_i(t)是周期信號，所以其Fourier展開式為：