[发明专利]一种基于压缩感知的融合接收机

说明书

基于现有技术中的不足，本发明提出了一种基于压缩感知的融合接收机，能够实现对宽频段下多模式频谱信号（稀疏信号或窄带信号）的有效接收和恢复。该基于压缩感知的融合接收机中的射频部分、中频部分和本振部分中的滤波器均可以根据带宽和频段要求进行可重构，及混频器的本振信号与混频序列的选择，实现不同模式下信号的最佳接收和恢复性能。

技术领域

本发明属于认知无线电领域，具体涉及一种基于压缩感知的融合接收机。

背景技术

传统的无线电收发信机通常采用超外差技术完成频率由高频向零频的变换，再由奈奎斯特采样定理完成信号在数字域的恢复。超外差接收机其结构如图1所示，主要包括3个部分，第一部分为射频前端，天线接收来自空间的信号，射频滤波器用来抑制镜频和干扰频率，射频信号经过镜像抑制滤波器进一步滤除带外信号，通过混频器搬移后，得到第二部分模拟中频信号，由中频滤波器滤除带外(主要是镜像频率和混频器的各阶互调)干扰得到频率变换为中频的有用信号；第三部分为模数转换和数字中频处理，模拟中频信号经过抗混迭滤波器后，进入模数转换器ADC进行数模转换，信道的选择在直接数字控制系统DDC(digital down-converter数字下变频器)中的数字滤波器来实现。图1中的框内部分是变频的核心部分，在射频频段采用传统的固定频点滤波器滤除无用信号，时钟本振部分采用传统的固定频点滤波器滤除时钟的杂散和各次谐波，变频后的中频部分也采用传统固定频点滤波器滤除镜像和杂散信号得到期望的信号。

近些年来，随着压缩感知技术和理论不断发展，证明在宽频段范围内，如果其工作信号具有稀疏性特征的前提下，可以采用欠采样技术，通过重构算法恢复出原始信号。采用基于压缩感知理论的欠采样方法突破了经典的奈奎斯特采样定理的极限，极大的降低采样速率与减少采样数据量，被广泛应用于具有稀疏性信号特征的数据采集领域。

通常稀疏性多频带信号是一种带通信号特征，其在工作的宽频谱范围内仅包含有限个不为0的窄带信号，同时窄带信号的频带位置是随机出现的。此类信号在整个频谱的大部分频段内不包含信息，信息只占据整个工作频谱的少部分频段。可以以此作为先验信息条件，采用远小于奈奎斯特(Nyquist)采样原理的采样率对超宽带信号进行欠采样，实现对于宽带频谱信号的检测。

调制宽带转换器系统对于不同频率下的幅度信息的稀疏信号恢复，有较好的适应性，但是对于相位信息的恢复，在信噪比较低和非先验的情况下，还存在信息恢复丢失的问题。因此结合采用传统的奈奎斯特采样方式，既实现宽频段的信号捕获，同时又可以满足对于窄带信号采样应用中高精度的要求，需要结合两者的优势，设计新的融合接收机结构。

调制宽带转换器(Modulated Wideband Converter)技术是一种基于压缩感知理论的欠采样系统，主要针对稀疏型的多频带信号进行欠采样，并重构恢复信号。一种典型的调制宽带转换器系统如图2所示。调制宽带转换器为多通道采样系统，空间中多工作频带信号经过低通滤波器和宽频放大器将信号进行放大，信号随后经过多路功分器，分别进入不同的通道，每个通道包括如下元器件：混频器、宽频放大器、低通滤波器和低采样率的模数转换器ADC，多通道采样数据共同进入信号重构模块进行信号的恢复。信号的处理流程依次为：放大、功分、混频、功放、低通滤波、采样、信号重构恢复。

基于调制宽带转换器采样信号恢复系统的工作原理如下：稀疏性的多频带信号进入调制宽带转换器系统，经过1分m路的功分器后，被m个通道并行接收；每个通道均采用码片切换速率相同、不同符号周期的伪随机序列码进行调制，调制的目的在于将宽频段带内稀疏信号均匀分布于整个带内，调制后的信号经过低通滤波、欠采样，获得信号的全频段观测数据，并由压缩感知重构算法重构信号频谱位置。