QuadWSS正交压缩采样的宽带频谱感知系统设计(3)

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 正交压缩采样

有学者把A2I技术融入到正交采样中，发展出一种正交压缩采样（QuadCS）系统，可以获取RF信号的I和Q基带分量[20]。雷达发射信号的先验信息，例如，雷达信号的频率和波形，被融入到QuadCS设计中。它是以带通型稀疏信号为研究对象，以脉冲调制雷达为应用背景，将正交采样技术与压缩采样理论相结合，构建出的一种可实现中频带通信号低速正交采样的 A2I系统。

如图1.2所示，QuadCS由一个低速率采样子系统、一个正交解调子系统和一个I和Q重构子系统所构成。第一个子系统随机投影接收到的RF或中频信号为一个带宽为压缩带通信号，并且用低速率的ADC采样压缩信号。因为带宽可以被设定远小于接收信号的带宽，故采样率大幅减小。第二个子系统实现与传统的数字正交解调同样的功能，从低速率采样子系统输出中提取压缩的I和Q成分。利用正交解调提供的压缩I和Q观测量，最后一个子系统通过解 -范数优化问题[21]，重构基带I和Q成分。对于雷达信号，我们还需要考虑波形匹配字典[22]。在观测区间中，把Nyquist采样格点上的发射信号进行不同时移，就构成了波形匹配字典。不同于其它的A2I方法，QuadCS工作在带通信号上，能够直接为随后的处理导出基带I和Q成分。

我们的系统设计就是基于正交压缩采样系统的基本原理。

正交压缩采样系统框图

 调制宽带转换器

调制宽带转换器(Modulated Wideband Converter)[23]是Eldar等学者提出的一种应用于压缩采样稀疏宽带模拟信号的A2I 模拟系统。在通信和雷达领域的某些应用中，我们需要同时感知存在于一个宽频带上的多个信号，例如电子侦查和认知无线电中的频谱感知。在这种情况下，需要感知的信号是一种稀疏宽带模拟信号，它可以由一个多带稀疏模型描述。假定存在K个信号，每个信号的带宽均小于B，整个频带的带宽W，且所有信号带宽的总和远小于整个频带的带宽。

调制宽带转换器（MWC）的系统框图如图1.3所示，它由一组调制器和低通滤波器组成。在MWC中，信号先与一个周期性的波形相乘，该波形周期对应于多带模型的参数。以奈奎斯特率交替的方波是选择之一；其他的周期性波形也可以。调制器的目标是混频信号到基带。然后，调制输出信号被低通滤波和低速率采样。其速率甚至可低至单个发射成分的带宽。基于频域论证，适当的参数选择（波形周期、采样率）确保了该系统唯一地确定一个多带输入信号。调制宽带转换器结合了以前方法的优势：能够处理模拟多带模型，采样阶段实际可行，而且盲谱恢复阶段涉及有效的数字处理。

MWC也发展出了一个数字架构，它能够根据各种不同的目的处理样本。它可以重构原始的信号，或许更有用的是，能在每一个分支上产生低速率的序列。这样一来，随后的每一个分支上的数字处理都可以低速率进行。该种架构也能处理时变支撑集的输入信号。

MWC的宽带频谱感知理论与方法，为我们系统设计提供了一些必要而关键的理论支撑。

调制宽带转换器系统框图

 使用实际ADC的multi-coset

在多带信号的处理中，最近有学者提出一种multi-coset方法。在multi-coset采样中，信号的样本点是在周期性非均匀的格点上获得的，这些格点是奈奎斯特格点的一个子集。正式地，用表示以奈奎斯特率采样的样本点序列。设M是一个正整数，且是满足的m个不同整数的集合。multi-coset采样由m个均匀序列组成，称为陪集，其第i个陪集定义为