[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

说明书

为了解决MWC系统结构复杂及由于信号数目不确定而带来的通道数目不确定的问题，本发明提供一种基于单通道结构调制宽带转换器的宽带频谱感知方法，属于信息与通信技术领域。本发明包括：S1、利用调制函数对原始信号进行调制，获得已调信号的频谱，所述原始信号为多频带信号，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。

技术领域

本发明涉及一种宽带频谱感知方法，特别涉及调制宽带转换器系统的结构简化，属于信息与通信技术领域。

背景技术

频谱资源的稀缺始终制约着通信领域的快速发展，同时也促使新的通信技术不断涌现，利用有限的频谱资源提供更快、更好的服务，成为通信技术发展所不断追求的目标。针对频谱资源利用率普遍不高的现状，提出认知无线电概念，随即引起广泛的关注，其核心思想是当授权用户不占用其所属频谱时，允许非授权用户对该频谱资源加以利用，有效缓解频谱资源紧张的问题。为了将认知无线电思想变成现实，如何判断授权用户不占用频谱，寻找到空闲频谱成为关键，针对此提出了频谱感知技术，以获取频谱使用情况的相关信息。随着频谱感知技术的发展，宽带感知成为主要的发展方向，感知的带宽越宽，为非授权用户提供的频谱接入机会就越多。然而，感知频率范围的增加，将极大挑战信号采样设备的极限。

信号采样技术是连接模拟现实世界和数字信号处理工具的桥梁，多年来，奈奎斯特采样定理作为指导模拟信号采样的依据，在信号处理领域始终占据着统治地位，其要求信号的采样速率必须大于信号带宽的2倍，在此前提下，原始信号能够在接收端被精确重构。随着大数据时代的逐步到来，对信息的需求量呈爆炸式增长，使得携带有信息的信号所具有的带宽急剧增加。显然，信号采样技术将面临前所未有的挑战，依据传统的奈奎斯特采样定理不可避免地提高对ADC等硬件设备的要求。然而，目前的工艺水平无法实现过高速率的ADC采样，因此，亟需研究全新的采样技术突破奈奎斯特采样定理的限制，利用现有ADC设备实现更高频率、更大带宽信号的有效采样。

传统的宽带频谱感知技术面临滤波器组数量众多、频带固定划分下分段感知切换速率不够、全采样时速率不够等诸多困难，因此亟需引入新理论、新技术克服宽带频谱感知技术发展的瓶颈问题。针对宽带频谱感知技术，采用高速ADC设备对宽带信号进行采样，无论从设备的物理实现、成本角度，还是从不断增加的信号带宽角度分析，显然不可取，所以如何在欠奈奎斯特采样下实现宽带频谱感知成为研究的主流。

值得注意的是由于授权用户频谱利用率普遍不高的现实，从整个频谱角度来看，信号频谱并非铺满整个工作频带，只占据其中一小部分，在整个频率范围内呈现出多频带信号特点，使得频谱具有稀疏特征。结合频谱稀疏特点，利用压缩感知理论实现欠奈奎斯特采样信号的重构，降低信号的实际采样速率。目前，针对多频带模拟信号的采样，主要有两种结构：基于单通道结构模拟信息转换器(Analog to Information Converter，AIC)和基于多通道结构的调制宽带转换器(Modulated Wideband Converter，MWC)。

2006年，Sami Kirolos等人提出AIC技术，又被称为随机解调器，针对信号所含有用频率成分相对于信号的带宽很小，但是频点位置未知的情况。采用非线性方法对欠奈奎斯特采样值进行处理，恢复原始信号，但AIC难以实现对宽带信号的降采样。