椭圆球面波函数的快速重构算法

椭圆球面波函数是一种极具应用前景的非正弦函数。针对现有求解算法效率低,不易硬件实现的问题,基于带通采样定理并结合椭圆球面波函数的时限带限特性,提出了一种快速重构算法并推导得出了重构函数,给出了近似解析解表达式,对比分析了算法的求解精度和计算复杂度。结果表明:该算法求解速度快、精度高、计算复杂度低,可用于任意频段上的椭圆球面波函数的数值求解。该算法更适于硬件实现。     

基于椭圆球面波函数的数字带通滤波器设计

为设计频谱性能优良的有限冲激响应( FIR)数字带通滤波器,从窗函数的性质及选择指标出发,分析了椭圆球面波函数( PSWF)作为窗函数的优势;在此基础上根据数字滤波器设计的原理和要求,选择0阶基带椭圆球面波函数作为窗函数设计数字带通滤波器,并利用微分方程状态转移矩阵逼近的PSWF求解算法,给出了基于PSWF的FIR数字带通滤波器设计方法。理论分析和仿真结果表明：PSWF数字带通滤波器具有较低的设计复杂度,与Kaiser滤波器和Blackman滤波器相比,其旁瓣衰减有超过7 dB的优势,且具有与两种滤波器相当的通带波纹波动和过渡带宽。     

椭圆球面波函数时频能量聚集性研究

椭圆球面波函数(PSWF)集是时频域上能量聚集性最佳的信号形式,在提高系统频谱利用率、降低频带间干扰方面具有天然优势.本文针对椭圆球面波函数最佳时频能量聚集性及其在工程中应用的问题,重点研究了时限PSWF在频域的最佳能量聚集性,及其乘、加、卷积运算对PSWF能量聚集性的影响,讨论了乘加卷积运算对PSWF工程应用的影响.理论分析和仿真结果表明,两个同频段同时间带宽积PSWF信号相加后带内能量聚集度介于两者之间;奇数阶PSWF与偶数阶PSWF相乘后带内能量聚集度提高,奇数阶与奇数阶或偶数阶与偶数阶PSWF相乘后带内能量聚集度大幅下降;两个同频段同时间带宽积PSWF信号卷积后能量聚集度提高,且相卷积的两个PSWF阶数越低,运算后能量聚集度越高.     

正交椭圆球面波函数脉冲调制方法

为了提高通信系统的功率效率和频谱效率,该文提出正交椭圆球面波函数(PSWF)脉冲调制方法。该方法利用具有高能量聚集性的椭圆球面波函数作为传输波形来提高通信系统的功率效率,采用时域正交、频谱混叠或交叠的正交脉冲组传输信息,以减小信息传输带宽,提高通信系统的频谱效率。理论分析及仿真结果表明,该方法可使通信系统的单位频带利用率快速接近2 Baud/Hz,且已调信号具有较好的频域能量聚集性,不仅有利于提高系统的功率效率,还可有效减小对相邻通信用户的电磁干扰。     

椭圆球面波信号乘加卷积运算后频谱特性研究

椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function, PSWF)集是时频域能量聚集性最佳的信号形式, 在提高系统频谱利用率、降低频带间干扰方面具有天然的优势.针对椭圆球面波信号在放大、检测及滤波等工程应用中频谱发生变化的问题, 重点研究了椭圆球面波信号相加、相乘和时域卷积运算后频谱特性的变化, 通过理论分析和仿真验证给出了椭圆球面波信号乘加卷积运算后频谱特性的变化规律, 讨论了乘加卷积运算对椭圆球面波函数工程应用的影响, 为椭圆球面波脉冲信号相关研究提供一定的理论参考.     

基于椭圆球面波函数(PSWF)的基带传输波形设计方法

针对基带传输中的码间串扰问题,提出了基于椭圆球面波函数的基带传输系统设计方法。基带传输波形采用频带近似有限、持续时间为一个码元长度的椭圆球面波函数,根据基带传输系统的传输速率、码元持续时间、传输带宽等系统要求设置椭圆球面波函数的参数,通过构建椭圆球面波函数积分方程、数值求解和特征值排序等步骤完成基带传输波形设计。该方法不仅可有效提高基带传输系统的抗干扰能力,同时也使系统具有较好的功率利用率。     

基于Nyquist采样的椭圆球面波函数数值解法

为了解决椭圆球面波函数数值解法时积分方程该如何离散化以及采用何种方法求取实对称矩阵的特征值和特征向量问题,提出了基于奈奎斯特采样的椭圆球面波函数数值解法。该数值解法利用奈奎斯特采样定理确定的采样频率对积分方程进行离散化,利用Jacobi方法求取实对称矩阵的全部特征值和相应的特征向量,求得的特征向量就是椭圆球面波函数的近似数值解。对基于奈奎斯特采样的椭圆球面波函数数值解法进行了理论推导、性能分析和仿真。理论分析和仿真结果表明,该数值解法方法简单,实用性强,求得的椭圆球面波函数精度高,椭圆球面波函数之间正交性好。     

基于奈奎斯特采样的椭圆球面波脉冲信号设计

为了解决椭圆球面波脉冲信号设计时积分方程该如何离散化及采用何种方法求解实对称矩阵的特征值和特征向量问题,提出了基于奈奎斯特采样的椭圆球面波脉冲信号设计方法.该方法利用奈奎斯特采样定理确定的采样频率对积分方程进行离散化,利用Jacobi方法求解实对称矩阵的全部特征值和相应的特征向量,求得的特征向量就是椭圆球面波函数的近似数值解,椭圆球面波函数在时间轴上向右平移,即可得椭圆球面波脉冲信号.理论分析和仿真结果表明,该设计方法简单,实用性强;求得的椭圆球面波脉冲信号精度高,正交性好.     

基于椭圆球面波信号的连续相位调制及其频谱性能分析

椭圆球面波信号（PSWF）是时频域最佳能量聚集性信号,探索性地将PSWF信号应用于连续相位调制（CPM）技术,对基于椭圆球面波信号的CPM调制信号产生过程进行了描述;给出了采用自相关函数法对基于PSWF的CPM调制信号功率谱密度计算方法;结合数值计算、分析对比了最小频移键控、正弦频移键控、高斯最小频移键控以及基于高斯函数的CPM调制信号功率谱密度及其信号占用带宽等特性。数值计算结果表明椭圆球面波信号相比矩形脉冲、升余弦脉冲、高斯脉冲及（类）高斯脉冲作为CPM的基带调频信号,可以获得频谱性能、能量聚集性较好的CPM信号。     

基于熵的Gabor变换窗函数宽度自适应选择算法

该文针对Gabor变换中窗函数宽度选择的问题,提出了以提高Gabor表示的聚集性和时频分辨率为目的的窗函数宽度自适应选择算法。提出对香农熵的取值范围进行改进,使其更适合度量时频分布的聚集性,进而根据熵度量实现了与信号非平稳性相适应的最优窗函数宽度选择。仿真结果表明该算法对单分量及多分量信号都能有效地选择最优窗函数宽度,能够获得聚集性好、时频分辨率高的Gabor表示,并具有很好的抗噪性能。     

基于PSWF框架的非正交脉冲波形调制方法

现有调制方法主要基于正弦函数,并利用其正交性传输信息.本文突破对调制信号的正弦函数约束和正交性限定,从椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)的高能量聚集性和框架函数系的过完备特性入手,提出基于PSWF框架的非正交脉冲波形调制方法(Nonorthogonal Pulse Shape Modulation,NPSM).该方法利用频谱交叠的非正交PSWF获得了优良的功率谱特性,同时利用框架函数的过完备特性,在提高系统频带利用率的同时,有效消除码间串扰.与目前广泛应用的QAM-OFDM方法进行性能相比,在相同调制幅度数和误码率的情况下有2dB的优势,且该优势随调制进制数增加而扩大,同时其调制信号具有良好的功率谱特性,PAPR性能比相同频带利用率的QAM-OFDM有3dB的优势.     

Selection of a convolution function for Fourier inversion using gridding [computerised tomography application

In the technique known as gridding, the data samples are weighted for sampling density and convolved with a finite kernel, then resampled on a grid preparatory to a fast Fourier transform. The authors compare the artifact introduced into the image for various convolving functions of different sizes, including the Kaiser-Bessel window and the zero-order prolate spheroidal wave function (PSWF). They also show a convolving function that improves upon the PSWF in some circumstances.     

基于PSWF的多进制PPM-UWB系统分析

椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)脉冲具有最佳时域能量聚集性和频谱灵活可控性的特点,被认为是符合超宽带(ultra-wideband,UWB)系统要求的一种性能优良的脉冲。首先给出了满足FCC频谱掩膜要求的UWB脉冲波形设计方法,并将该方法应用于多进制TH-PPM超宽带系统中。分析了多进制TH-PPM超宽带系统原理,理论上推导了基于PSWF脉冲的多进制PPM-UWB系统的符号差错率公式,并与高斯脉冲进行比较。仿真结果表明,基于PSWF脉冲的UWB系统符号差错率性能要明显优于Gauss脉冲。     

基于PSWF的传输波形设计方法

由于物理实现因素的影响,信息传输系统的频带利用率极限值一般降至1.8Baud/Hz以下。针对该问题,提出了一种传输波形设计方法。基于椭圆球面波函数设计时域正交脉冲,通过正交脉冲传输信息。通过理论分析,系统频带利用率的极限值可达到2Baud/Hz,且可快速接近奈奎斯特速率,又因椭圆球面波函数的能量聚集特性,可有效提高信息传输系统的功率利用率。     

一种基于多窗宽度STFT的PSWFs信号时频分析方法

固定窗宽度的短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transform,STFT)时频分辨率是固定的,难以对频率时变的椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWFs)信号的时频分布特性进行全面分析.剖析了窗宽度对不同参数PSWFs信号STFT时频分布的影响,...     

A generalization of the two-dimensional prolate spheroidal wave function method for nonrectilinear MRI data acquisition methods.

The two-dimensional (2-D) prolate spheroidal wave function (2-D PSWF) method was previously introduced as an efficient method for trading off between spatial and temporal resolution in magnetic resonance imaging (MRI), with minimal penalty due to truncation and partial volume effects. In the 2-D PSWF method, the k-space sampling area and a matching 2-D PSWF filter, with optimal signal concentration and minimal truncation artifacts, are determined by the shape and size of a given convex region of interest (ROI). The spatial information in the reduced k-space data is used to calculate the total image intensity over a nonsquare ROI instead of producing a low-resolution image. This method can be used for tracking dynamic signals from non-square ROIs using a reduced k-space sampling area, while achieving minimal signal leakage. However, the previous theory is limited to the case of rectilinear sampling. In order to make the 2-D PSWF method more suitable for dynamic studies, this paper presents a generalized version of the 2-D PSWF theory that can be applied to nonrectilinear data acquisition methods. The method is applied to an fMRI study using a spiral trajectory, which illustrates the methods efficiency at tracking hemodynamic signals with high temporal resolution.