[發明專利]調制寬帶轉換器信號重構方法和裝置

有效

• 申請號: 201711448380.5
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108347398B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 彭軍偉;毛姍姍;游行遠;彭開志;丁昊成
• 申請（專利權）人: 武漢船舶通信研究所（中國船舶重工集團公司第七二二研究所）
• 主分類號: H04L27/12
• 分類號: H04L27/12
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 徐立

本發明公開了一種調制寬帶轉換器信號重構方法和裝置，屬于通信技術領域。所述方法包括：建立調制寬帶轉換器信號重構的稀疏優化目標函數；將稀疏優化目標函數中的零范數采用函數進行替換；向稀疏優化目標函數輸入多頻帶頻譜矩陣的初始值和采樣值矩陣；確定迭代參數并對替換后的所述稀疏優化目標函數進行迭代；當迭代完成時，采用最后一次迭代得到的多頻帶頻譜矩陣的估計值作為恢復出的多頻帶頻譜矩陣。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，特別涉及一種調制寬帶轉換器信號重構方法和裝置。

背景技術

在認知無線電系統中，寬帶頻譜感知技術可以為認知用戶(Secondary User)提供更靈活的空閑頻譜接入選擇。然而，在傳統奈奎斯特采樣理論體系下，較寬的頻譜給采樣系統帶來了雙重壓力，一方面，過高的采樣率使得現有模數轉換器難以達到所需的采樣速度和精度要求，另一方面，過大的采樣數據量也會給后續的存儲、傳輸和處理造成巨大的壓力。

調制寬帶轉換器(Modulated Wideband Converter，MWC)是一種基于壓縮感知理論的亞奈奎斯特采樣方案，該方案結合了壓縮感知和經典傅立葉分析的思想，實現了以較低速率進行采樣。MWC理論上可以利用現有的器件對連續頻率的稀疏多頻帶信號進行亞奈奎斯特率采樣，并能夠精確的重構出原信號。MWC信號重構可轉化為多重測量向量(Multiple Measurement Vectors)問題的求解。但相關技術中，MWC重構過程都是直接利用MMV算法，均假設不同量測列(多重測量向量問題中的未知矩陣列向量)滿足聯合稀疏特性(每個列向量中的非零元位置相同)，而沒有考慮到MWC重構過程中的未知待求解矩陣并不能嚴格滿足聯合稀疏性的情況；另外，同時MWC重構過程沒有考慮物理實現時一些非理想因素對系統性能的影響，從而影響重構性能，例如現有MWC算法主要考慮的壓縮感知模型中含有高斯噪聲的情況，雖然高斯噪聲是一種簡單且普遍存在的噪聲模型，但是MWC系統實際工程實踐中采用的濾波器不可能為理想濾波器，過渡帶必然存在，與理想條件下的理論分析相比，必然引入噪聲。

發明內容

本發明實施例提供了一種調制寬帶轉換器信號重構方法和裝置，解決現有信號重構方法所存在的稀疏特性不準確、噪聲模型不匹配(非理想模擬低通濾波器過渡帶采樣引入的混疊畸變屬于非高斯沖擊噪聲，非高斯沖擊噪聲的特點是噪聲方差很大，誤差項中會出現較大的幅值元素，常規算法通常利用l₂范數來擬合誤差項，l₂范數自身的性質會線性放大殘差的影響)的問題。所述技術方案如下：

第一方面，本發明實施例提供了一種調制寬帶轉換器信號重構方法，所述方法包括：

建立調制寬帶轉換器信號重構的稀疏優化目標函數；

其中，所述稀疏優化目標函數的表達式為其中，z^(l)為多頻帶頻譜矩陣Z的第l個列向量，y^(l)表示采樣值矩陣Y的第l個列向量，表示z^(l)取l₀范數，λ為正則化參數，且λ≥0，表示多頻帶頻譜矩陣Z的第l列重構誤差項的洛倫茲范數；

將所述稀疏優化目標函數中的替換為函數其中，為標準高斯函數，f_σ(s)＝exp(-s²/2σ²)，σ為常數，N等于矢量z^(l)的元素個數，i為矢量z^(l)的元素序號；

向替換后的所述稀疏優化目標函數輸入所述多頻帶頻譜矩陣的初始值和所述采樣值矩陣Y，其中Φ為觀測矩陣；

以σ為迭代參數對替換后的所述稀疏優化目標函數進行迭代，迭代參數σ＝[σ_max,…,σ_i,σ_i+1,…,σ_min]且σ_i+1＝μσ_i；其中，以σ_i為迭代參數進行迭代時包括K次共軛梯度法迭代，每次共軛梯度法迭代過程如下：