基于压缩感知的直接序列扩频信号采集和恢复方法技术

技术编号:7850591 阅读:943 留言:0更新日期:2012-10-13 07:39
本发明专利技术公开了一种基于压缩感知的直接序列扩频信号恢复方法,能够降低对A/D采样率的要求,以达到减少数据采集量的目的;具体步骤为:确定直接序列扩频信号的扩频基,并采用高斯随机矩阵或Rademacher矩阵作为测量矩阵;在加噪情况下,将接收机所接收的模拟信号经M个滤波器进行滤波,以远远低于Nyquist采样速率对滤波后的信号进行采样,得到向量根据采样结果、扩频域和测量矩阵,采用压缩感知的恢复方法,将扩频域与经恢复后所得到的结果进行相乘,得到直扩信号的估计值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压缩感知技术,属于通信信号处理领域,具体涉及ー种。
技术介绍
根据Nyquist采样定律,接收机为了无失真地接收信号,需要以不低于信号的最高频分量两倍的速率进行采样。随着当今无线通信系统的发展,信号的带宽越来越宽,这就对接收机前端A/D提出了很高的要求。在直接序列扩频通信系统中,由于在扩频过程中,将信号带宽进一歩地展宽,使得接收机按照Nyquist采样定律进行采样变得非常困难,这样会増加采样成本和采样复杂度。另外,在扩频之后,即便系统能够以Nyquist速率进行采样,所采得的数据量也会相当的大,这就要耗费后续的数字化处理资源和时间。传统的直接序列扩频通信系统仍以Nyquist速率进行采样,但是,随着信号频率的提高,系统的A/D部分的采样速率开始逼近物理极限,会造成提高设计难度和増加成本。因此,迫切需要ー种方法能够将系统的采样率降至Nyquist速率以下。压缩感知理论出现于2005-2006年,该理论指出利用某个选定的測量矩阵可把一个稀疏的高维信号投影到低维的空间上,并证明了这样的随机投影包含了重建信号的足够信息。即压缩感知理论利用信号的稀疏性(或可压缩性)先验条件,通过一定的线性或非线性的解码模型可以以很高的概率重建原始信号。压缩感知依赖于两个准则稀疏性和不相关性。稀疏性的数学定义是信号5在基Wnxu(又称測量矩阵,一般地N < U)下可表示为5= YVxt/§,如果§中的非零元素很少,则称信号5在基Wnxu下是稀疏的。只要信号具有稀疏性,我们就可以通过适当的方式来采集和恢复出原信号。不相关性是指,測量矩阵のMXN的任意一列在基W下的表示都是非稀疏的。测量矩阵①MXN需要满足Restricted isometry Property (RIP)的条件,为特定信号专门设计测量矩阵是非常困难的,而高斯随机矩阵和 Rademacher矩阵满足这一条件,目前,二者为最常用的測量矩阵。同时,压缩感知理论指出,若信号的稀疏度为K,则存在測量矩阵のMXN,其中,M=cx(^log^),M<<N, c为常数,使得信号可以被精确地恢复。对于稀疏信号进行恢复,已经有多种成熟的方法,如通过对I1范数的最优化的方法、利用贪婪算法(greedy algorithm)以及基搜索(basis pursuit)方法。由于众多信号在某些基下具有稀疏性,压缩感知理论在许多领域内已经得到广泛研究。如Ultra Wide Band(UWB)信号在时域有稀疏性;跳频信号在频域具有稀疏性;Chirp 信号在时域和频域都不是稀疏的,但是在分数阶傅里叶变换域内是稀疏的;在图像处理领域,光滑的图像在频域内具有稀疏性,而分段光滑的图像在小波域内是稀疏的。而直接序列扩频信号(直扩信号)上述域内都不具有稀疏性,为了将压缩感知理论应用于接收机对直扩信号的接收,必须先找到直扩信号的扩频基。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术提供了ー种,该方法利用直接序列扩频信号在扩频域固有的稀疏性,结合压缩感知技术对信号进行采集,能够降低对A/D采样率的要求,以达到减少数据采集量的目的。本专利技术所提供的方法的具体步骤为步骤一、确定用于对直接序列扩频信号进行压缩感知恢复的基W。①确定直接序列扩频信号的等效基带在不考虑信号载波且未加噪声的情况下,对于直接序列扩频通信系统,接收机所接收的信号s (t)的等效基带表示为本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知的直接序列扩频信号采集和恢复方法,其特征在于,该方法的具体步骤为 步骤一、确定用于对直接序列扩频信号进行压缩感知恢复的基Ψ ; ①确定直接序列扩频信号的等效基带 在不考虑信号载波且未加噪声的情况下,对于直接序列扩频通信系统,接收机所接收的信号S(t)的等效基带表示为 、!,)=Σ 二 Σ! I,,々(神-(q- 1K-τΡ]⑴ 其中,P为可分辨多径数量;Q为信号帧长度;TS为码元周期;Yp为第P条可分辨多径的复幅度;τρ为第P条可分辨多径的延时,t为时间;b(q) e {-1,+1}为第q个对极码元;u(t)为扩频波形,吨沙-/Γ>Τ。为码片周期,L为扩频增益,C(D表示长度为L的扩频码,g(t)为截断的带限成形波形,I为扩频码中的码片序号; ②对(I)式进行离散化 假设接收机以Nyquist采样速率fNSK = 2/T。对s (t)进行采样,则有 s(n)=Σ 二 Σ,0,—(《—巩—5 ]( 2 ) J NSR 其中,n e [1,N],N为以fNSK进行采样时,一帧信号的采样点数; ③根据稀疏性的数学定义构造基Ψ为>(1,1)…φ{Κυ)、 Ψ= I ··. ;,[...

【专利技术属性】
技术研发人员:安建平王帅王铁星卜祥元周荣花刘珩杨杰
申请(专利权)人:北京理工大学
类型:发明
国别省市:

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