[发明专利]基于单通道结构调制宽带转换器的宽带频谱感知方法

权利要求书

1.基于单通道结构调制宽带转换器的宽带频谱感知方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、利用调制函数p(t)对原始信号x(t)进行调制，获得已调信号的频谱，所述原始信号x(t)为多频带信号，即为MWC系统接收到的自然环境中的无线信号；

S2、利用单通道信号频谱平移的特征，结合傅里叶变换的频移特性，对已调信号的频谱进行抽取，等效为其他多个采样通道的信号，即：获得等效的多通道信号；

S3、对S2获得的多通道信号进行欠奈奎斯特采样，对具备稀疏特征的原始信号x(t)进行处理，获得原始信号的频谱位置信息，从而寻找到空闲频谱，完成宽带频谱感知；

所述S3包括：

S31、对S2中获得的多通道信号进行滤波和采样，获得每个支路上的采样信号；

S32、利用S31获得的等效的每个支路上的采样信号，构造实现信号支撑信息恢复的数据矩阵Q，进而获得数据矩阵Q中的数据帧结构V；

S33、根据调制函数p(t)的傅里叶级数构造单通道结构调制宽带转换器的观测矩阵A；

S34、根据S32获得的数据帧结构V和步骤33构造的观测矩阵A，结合V＝AU，获取最稀疏解U的位置索引值集合，作为支撑集S；

S35、根据支撑集S将混叠在一起的各子频带信号进行分离，获得原始信号的频谱位置信息，从而寻找到空闲频谱，完成宽带频谱感知。

2.根据权利要求1所述的基于单通道结构调制宽带转换器的宽带频谱感知方法，其特征在于，所述S2为：

对已调信号的频谱进行频移：

t表示时间变量，f_p为调制函数p(t)的频率，f为原始信号x(t)的频率，为已调信号的傅里叶变换，a为正整数，通过不同的a值等效不同的通道；

已调信号的频谱经过不同的频移后，获得等效的多通道信号。

3.根据权利要求1所述的基于单通道结构调制宽带转换器的宽带频谱感知方法，其特征在于，所述S31中，多通道信号通过截止频率为f_s/2的低通滤波器进行滤波，然后以1/T_s的速率对滤波后的信号进行采样，获得等效的每个支路上的采样信号y_i[n]，i＝1,…m，m为通道的数目，f_s＝1/T_s。

4.根据权利要求3所述的基于单通道结构调制宽带转换器的宽带频谱感知方法，其特征在于，S32中，数据矩阵Q为：

其中y[n]＝[y₁[n],…,y_m[n]]^H表示在采样时刻nT_s对应的信息序列，符号H表示矩阵共轭转置运算；

通过将矩阵Q进行分解：

Q＝VV^H

得到数据帧结构V。

5.根据权利要求4所述的基于单通道结构调制宽带转换器的宽带频谱感知方法，其特征在于，所述S33中，构造的观测矩阵A为：

或：

矩阵A是m×L的矩阵，第i行第l列的元素是A_il＝c_i,-l，-L₀≤l≤L₀，其中m表示通道的数目，L表示在频谱感知范围内包含的单个子信号平移副本的总数，与正整数L₀有L＝2L₀+1的数量关系。

6.根据权利要求5所述的基于单通道结构调制宽带转换器的宽带频谱感知方法，其特征在于，所述S34包括：

输入：m×L维观测矩阵A，子频带数K，m×2K维数据帧结构V；

输出：支撑集S；

初始化：令支撑集残差R＝V，对观测矩阵A的列向量求2-范数，所得值构成向量q，重复以下步骤(1)至(6)直至满足迭代停止条件，即迭代次数为子频带数K；

步骤(1)、构造矩阵P＝A^TR，其中T为转置运算符号；

步骤(2)、构造矩阵其中P_k,q_k分别是矩阵P与向量q的第k行和第k个元素，k为表示正整数；

步骤(3)、找出矩阵Z中最大的元素所对应的位置索引值k存入支撑集S中，将其对应的位置索引值L+1-k也加入支撑集S，L表示在频谱感知范围内包含的单个子信号平移副本的总数；

步骤(4)、将支撑集S中位置索引值所对应的观测矩阵A的列构成一个向量集合A_S；

步骤(5)、获取估计值

步骤(6)、更新信号残差