一种基于压缩感知的融合接收机的制作方法

1.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：

2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.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。
7.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。
8.但是，以上现有技术仍然存在如下重大缺陷：无法实现在一个接收机涉及设计架构下，对多模式频谱信号(稀疏信号或窄带信号)的有效接收。通常在实际复杂频谱环境下，频谱空间由于存在众多各频段各种带宽和各种类型特征的频谱信号，为有效选择接收捕获信号，需要结合调制宽带转换器系统和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，设计新的接收机结构。而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，还存在信息恢复缺失的问题。


技术实现要素：

9.为克服现有技术中的不足，本发明提出了一种基于压缩感知的融合接收机，能够满足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。
10.本发明提出的一种基于压缩感知的融合接收机，包括带宽/频率可调滤波器、宽频放大器、1：m功分器、混频器、低通滤波器、adc、信号恢复重构模块。
11.基于压缩感知的融合接收机接收稀疏性的多频带信号或窄带信号，首先经过第一带宽/频率可调滤波器进行信号模式选择，对多频带信号或窄带信号进行恢复模式设定，再经第一宽频放大器进行信号的放大后发送至1：m功分器，经过1：m功分器处理后的信号被m个结构相同的通道并行接收，接收后的信号依次经过第二带宽/频率可调滤波器、混频器、第三带宽/频率可调滤波器、第二宽频放大器、低通滤波器、adc处理后，发送至信号恢复重构模块。
12.进一步地，通道中还包括模式控制器、信号选择器和第四带宽/频率可调滤波器，模式控制器进行带宽、频段、本振信号频率、工作时钟和混频序列参数的控制和配置，模式控制器将混频序列或本振信号发送至信号选择器，信号选择器将选择后的信号发送至第四带宽/频率可调滤波器，第四带宽/频率可调滤波器为混频器提供可选择的本振时钟或混频序列，分别完成对不同信号模式的选择，实现信号的接收和恢复。
13.进一步地，每个通道的带宽/频率可调滤波器均可设置为压缩感知欠采样模式或窄带奈奎斯特采样模式，当设置为压缩感知欠采样模式时，通道均采用码片切换速率相同、符号周期不同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；当设置为窄带奈奎斯特采样模式时，通道均采用超外差结构对窄带信号进行混频搬移至低频信号，经过低通滤波、模数转换采样，获得窄带高精度信号的全幅度和相位观测信息数据。
14.接收机架构中，链路中的带宽/频率可调滤波器在射频段、中频段和混频器本振位置处，由模式控制器进行带宽、频段、本振信号频率、工作时钟和混频序列等参数的控制和配置，分别完成对不同信号模式的选择实现信号的有效接收和恢复。
15.本发明的有益效果在于
16.1.满足对宽频段下多模式频谱信号(稀疏信号或窄带信号)有效接收和恢复。
17.2.本发明的通用性强，实现代价低，具有广泛的适用性。
附图说明
18.图1为基于奈奎斯特采样原理的传统超外差接收机结构示意图。
19.图2为调制宽带转换器结构。
20.图3为本发明的创新原理图。
具体实施方式
21.为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
22.本发明的主要创新之处如图3所示：提出了一种满足对宽频段下多模式频谱信号(稀疏信号或窄带信号)有效接收和恢复的融合压缩感知接收机，其中该融合压缩感知接收机为多通道采样系统，空间中多频带信号经过带宽/频段可调滤波器和宽频放大器将选择模式下的信号进行滤波选择和放大，信号随后经过多路功分器，分别进入不同的独立通道，每个通道包括如下元器件：带宽/频段可调滤波器、混频器、带宽/频段可调滤波器、宽频放大器、低通滤波器和低采样率的adc模数转换器，多通道采样数据共同进入信号重构模块进行信号的恢复，同时由混频序列或射频本振信号经过带宽/频段可调滤波器，为混频器提供可选择的本振时钟或序列。信号的处理流程依次为：滤波、放大、功分、滤波、混频、滤波、放大、低通滤波、采样、信号重构恢复。
23.压缩感知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。
24.稀疏性的多频带信号或窄带信号进入融合压缩感知接收机，首先经过带宽/频段可调滤波器进行接收机模式选择，对稀疏性信号或窄带信号恢复模式设定，信号每个通道并行接收，每个通过带宽/频段可调滤波器均可设置为调制宽带转换器(压缩感知欠采样接收机)或窄带奈奎斯特采样接收机模式。当设置为压缩感知欠采样模式通道中带宽/频段可调滤波器均设置为最大全带宽模式。当设置为奈奎斯特采样模式通道中的带宽/频段可调滤波器，按照超外差接收机设计准则进行窄带信号的工作频率和信号带宽进行设置，混频其本振选择单音模式。
25.本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。