基于動態(tài)壓縮采樣的寬帶頻譜感知技術.pdf

1、頻譜是無線通信系統(tǒng)的寶貴資源，現(xiàn)有無線通信頻段存在大量的頻譜空洞，具備再利用的潛力。由于認知無線電技術能夠對頻譜空洞進行高效地利用，因而近年來受到研究人員的廣泛關注。認知無線電系統(tǒng)實現(xiàn)的前提是對模擬信號的采樣，然而如果采用傳統(tǒng)的奈奎斯特采樣率對寬帶信號進行采樣，對硬件技術及其成本都是極大的挑戰(zhàn)。壓縮感知理論由于在處理稀疏信號具有特有的優(yōu)勢，所以被廣泛的應用到寬帶信號頻譜感知中。
　　由壓縮感知理論可知，如果信號是稀疏的，可以用一個

2、算子矩陣對信號進行線性映射，并能通過一定的重構算法恢復出原始信號。壓縮感知下信號的采樣率不再取決于信號的帶寬，而取決于信號的稀疏程度，信號的稀疏性越強，所需的采樣速率越低。在進行寬帶頻譜感知時，在沒有協(xié)作的前提下，信號的稀疏度往往不被感知用戶獲知并且是不斷變化的，所以感知用戶很難確定合適的采樣率來節(jié)省硬件開銷。其次，由于信號稀疏度的未知性，所以以需要在盲稀疏度的條件下對頻譜的進行感知。為了解決上述問題，本文的研究內容如下：
　　首

3、先，設計了寬帶頻譜感知的系統(tǒng)模型，對主用戶的信號形式、信道傳輸條件、感知用戶獲得信號的方式進行建模。然后分析了模擬信號的壓縮感知方法，即如何從模擬信號直接獲得壓縮后的數(shù)字信號。
　　其次，為了實現(xiàn)采樣率的動態(tài)調整，設計了一種信號稀疏度的估計方法，并對估計準確性進行了理論和仿真分析。為了實現(xiàn)盲稀疏度條件下的頻譜檢測，設計了盲稀疏度下的信號重構算法并進行了理論分析。定義迭代貢獻值為相鄰兩次迭代的殘差的差值，當?shù)暙I值小于門限時，終止

4、迭代過程。當以迭代貢獻值作為判決條件時，比單純的以殘差的大小作為判決條件更為準確。
　　最后分析了壓縮采樣系統(tǒng)輸入信噪比和輸出信噪比的關系，論述了壓縮采樣的噪聲來源及其衡量標準，得到壓縮采樣后信噪比的表達式。進而得到輸出信噪比受三個因素的影響：輸入信噪比、壓縮采樣率以及信號的稀疏度。根據(jù)上述對壓縮感知信噪比的分析，提出動態(tài)采樣調整的準則：當其他條件發(fā)生變化時，維持一定輸出信噪比，進而保證了所需的檢測性能。仿真結果表明，該動態(tài)模型能