调制混合滤波器组的宽带模拟信号采样研究

对于超宽带模拟信号,很难用单个模拟数字转换器（ADC）直接进行采样。该文提出了一种新的并行调制混合滤波器组结构用于实现超宽带模拟信号的采样,首先,将每一路宽带模拟输入信号进行余弦调制,并用相同的低通模拟滤波器均匀分割输入信号的带宽;然后,采用相同的ADC将子带信号数字化;各路子带信号通过上采样器后用数字综合滤波器综合得到原宽带模拟输入信号的数字重构。综合滤波器采用总体最小二乘准则下的特征值滤波器设计方法得到。本文所提出的系统结构不需要使用高速的采样保持电路,降低了系统实现的难度,并且设计的系统具有与其它混合滤波器组相近的重构性能。仿真结果表明了本方法的有效性。      

SAR方位向非均匀采样频谱重构算法及误差分析

SAR DPCMAB（方位向多相位中心多波束模式）能够提高方位向采样率,同时却带来非均匀采样的问题,通过频谱重构算法能够有效恢复原信号频谱。但是在SAR传感器运行过程中存在通道特性不一致、采样时刻偏差、噪声等干扰因素,导致重构后的信号出现频谱噪声,重构精度受到影响。文中通过对混叠干扰因素后的非均匀采样LFM信号进行频谱重构,分析各种干扰因素变化与重构误差的关系。通过仿真,得到了干扰条件下的重构频谱,并通过改变干扰条件进一步得到了频谱误差与干扰强度的关系曲线。仿真结果表明．超过一定阈值后,随着干扰强度的增加,重构频谱误差呈线性增长趋势,最终逼近重构前非均匀采样时的频谱误差。     

基于过采样的混合滤波器组性能优化

模拟误差是制约混合滤波器组信号重构精度的主要原因,如何降低由模拟误差导致的分解滤波器组系数误差成为了首要问题。引入过采样技术,研究在不同过采样率下8通道混合滤波器组的性能,寻找到过采样率最优值约等于7%。在不同模拟误差下对基于过采样的混合滤波器组的性能进行仿真,结果表明,原型结构和双阶型结构的混叠值相近,但后者对模拟误差的敏感度比前者大。信号重构阶段,在最小二乘法的基础上采用频带加权法进行误差校准。在1%模拟误差内,采用7%过采样率的原型混合滤波器组相比无过采样,平均混叠值下降了约50 dB,最大混叠值下降了约94 dB。仿真验证了引入过采样的有效性。     

频带有限信号非一致采样重建的谱方法

本文研究带限信号的非一致采样重建问题。我们利用信号频带分割方法,导出带限信号周期非一致采样情 况下的具体重建公式,并由此给出带限信号有限采样在区间上的插值公式并对它进行了数值实验。最后利用频谱分割方法, 讨论了多带限信号一些采样策略。     

欠采样下的多频带通信信号高精度载频估计

为根本解决当前主流的基于调制宽带转化器(MWC)的欠采样频率估计方法存在的3个问题,即采样通道数目多、载频估计精度低、信源频带分布稀疏度条件高,该文提出基于互素谱相位差校正的通信信号载频估计方法。通过将两路互素欠采样取代多路调制宽带转化器欠采样,克服了其耗费欠采样通道数目多的缺陷;基于此,既推导出全景谱谱峰位置与两路互素输出IDFT支路序号对的映射关系,又推导出相邻快拍下该序号对的IDFT相位差与载频值的解析关系,从而克服了主流方法的载频估计精度低的缺陷;通过将最小尺寸全相位滤波器对半分解方法融入原型滤波器设计,构造出两路并行互素谱分析器,还彻底克服了对信源频带分布稀疏度条件高的依赖。仿真表明,相比于主流方法,该文方法仅需耗费不足其1/2的样本数量,载频估计的相对误差降至其1/20以下。     

采用小波进行频带分割的脉冲压缩方法

针对因频带分割滤波器的不理想产生的频谱混叠、幅度以及相位失真导致子带脉压误差较大的问题,提出了一种采用小波设计的正交镜像滤波器组进行频带分割的子带脉压方法.借助小波及多分辨分析理论,利用最优频域准则设计频带分割滤波器组,消除或减小混叠失真、幅度及相位失真后,对信号进行频域分解,实现子带脉冲压缩.仿真结果表明,和传统的子带脉压方法相比,所提的脉压方法在主副瓣比方面提高了约12 dB,最大脉压误差减小了约7 dB,验证了该算法的正确性和有效性.     

多频带信号压缩采样的回溯SOMP重构方法

针对多频带信号在调制宽带转换器（Modulated Wideband Converter,MWC）系统下的压缩采样,提出了一种基于回溯思想的多频带信号SOMP（Simultaneous Orthogonal Matching Pursuit）重构算法,该方法利用回溯思想和最小均方准则进行信号支撑频带搜索,从而重构源信号。相比传统方法,该算法不需要已知信号载频信息,且算法复杂度低,正确重构概率高。通过对实际中不同多频带信号MWC采样系统下的仿真实验表明,该方法具有良好的适用性。     

利用多通道、低速率采样信号重构完整宽带信号的稳健方法

对宽带信号直接采样要求模数转换器具有高采样速率,这将导致采样精度降低并且难以实现。采用将宽带模拟信号进行多通道、低速率采样的思路,提出一种利用自适应波束形成技术恢复信号完整带宽的新方法。该方法可以同时实现低采样速率与高精度,而且对通道延迟及其他误差稳健。仿真数据的处理结果验证了该方法的有效性。     

动态稀疏频谱的自适应压缩感知与跟踪算法研究

在宽带频谱感知、通信侦察等应用中信号稀疏度往往是动态变化的。首先证明了重构误差随压缩比的增加单调减小,在此基础上,提出了一种压缩比随频谱稀疏度自适应调整的压缩采样新算法。新算法由压缩采样与压缩比自适应调整两部分组成,其中,压缩采样部分用于恢复原信号,并估计恢复信号与原信号之间的误差;压缩比自适应部分根据误差与压缩比之间的近似线性函数关系,自适应调整下一时刻的压缩比。计算机仿真结果表明:新算法能够以近似“最优”的压缩比对稀疏度慢变的频谱进行有效感知,并跟踪频谱稀疏度的变化;与传统压缩采样方法相比,在保证频谱感知精度的前提下,新算法能够总体上进一步显著降低采样速率。      

模拟/数字混合滤波器组的局部子带重构算法设计

模拟/数字混合滤波器组(HFB)系统可以用于实现超宽带模拟信号的高速高精度采样。针对许多应用场合仅需用HFB系统重构特定频带范围内信号的问题,提出通过最小化系统Chebyshev范数设计有限长脉冲响应数字综合滤波器的优化方法。该方法将HFB误差系统转化为一个等价的有限维多输入多输出线性时不变数字系统;在期望重构的频率范围内,利用广义KYP引理,给出数字系统在Chebyshev范数性能指标下基于线性矩阵不等式描述的凸优化问题。该算法可以重构期望的频率范围内的信号。仿真实验表明,新方法设计的HFB重构信号误差小于传统算法设计系统的重构信号误差。     

Performance analysis of a rate adaptive multi-band ultra-wideband system based on quadrature fractal modulation scheme

1 Introduction Wornell and Oppenheim[1,2] first proposed a modulation technique as an interesting potential application of dy-homogeneous signals. Due to the fractal properties of the homogeneous signals, this technique is called fractal modulation afterwards. This class of homogeneous signals remains invariant under scaling of the time axis. Dy-homogeneous signals satisfy the dyadic self-similarity property[3] s (t ) = 2 kH s (2 kt) (1) For all integers k and a constant H, termed the degree…     

一种新的正弦信号频率和初相估计方法

提出了一种新的正弦信号频率和初相估计方法——频谱遍历法.该方法通过改变理想正弦信号频谱峰值实现对采样信号频谱峰值的遍历.分析了噪声对信号频谱幅度的影响,并以此给出了谱线遍历范围的选取准则.先估计频率,采用移频操作达到了良好的频域稳定性;再估计相位,避免了相位测量模糊的问题.在信噪比为6dB、采样点数为1024的情况下,频率估计均方根误差约为DFT频率分辨率的0.8％,初相估计均方根误差约为1.5°.Monte Carlo仿真表明,在达到一定信噪比或采样长度时,该方法的频率估计精度可突破CR下限,初相估计精度基本达到CR下限.     

超宽带载波包络调制及其频谱相关解调

针对超宽带载波包络调制的频谱特性,提出新颖的正交梳状频谱相关解调方法,将超宽带脉冲信号的处理从时域扩展到了频域。阐述了该解调方式的基本原理和设计思路,推导了正交梳状频谱的载波选择原则。对系统性能的分析和仿真证明了频域相关解调的方法有着和时域解调相同的误码率性能。该方法接收机结构简单、成本低,可由全数字电路实现,便于采用其它数字信号处理技术进一步提高系统性能。     

基于随机矩阵理论的非重构宽带压缩频谱感知方法

该文采用随机矩阵理论(RMT)直接对压缩采样得到的观测数据进行分析,设计出了一种基于广义似然比检验(GLRT)的非重构宽带压缩频谱感知新算法。该算法无需任何先验知识就能对宽带频谱中的每个子带进行盲检测。此外,为了减轻次用户(SU)在数据获取和频谱感知过程中的通信开销,该文提出一种基于传感器节点(SN)辅助感知的合作频谱感知架构。理论分析和仿真结果均表明,与传统基于信号重构的GLRT感知算法以及Roy最大根检测(RLRT)算法相比,该算法不仅具有计算复杂度低、开销小、感知性能稳定等诸多优点;而且只需较少的SN就能获得较好的检测性能。     

激光多普勒测速仪中的频谱分析技术

为了提高激光多普勒测速仪的测速精度,将频谱分析技术应用于多普勒信号的处理中,先对信号进行频谱细化,再对细化后的频谱进行校正。阐述了几种常见的频谱细化和频谱校正算法的基本原理,并对它们的频谱分析精度和运算量进行了比较。在Matlab平台上将它们应用于理想正弦信号进行仿真,比较了各种算法的优缺点,最后将频谱细化和频谱校正技术应用于实测多普勒信号的处理中。仿真和实验结果表明:频谱细化技术可以大大提高激光多普勒信号的频谱分辨率,频谱校正技术可以准确地校正多普勒频率,减小信号处理的误差。将其运用于激光多普勒测速仪中切实可行,为设计高精度的激光多普勒测速仪创造了条件。     

Performance analysis of an over-sampling multi-channel equalization for a multi-band uwb system

This paper proposes an over-sampling multi-channel equalizer per sub-band for multi-band ultra-wideband (UWB) system and compares its performance with conventional RAKE receiver when operating in practical UWB channel models. Three transmission modes have been considered, and inter-symbol interference (ISI) is found to be inherent to certain transmission modes due to the large UWB channel delay spreads. Through detailed analytical and simulation studies, the proposed over-sampled minimum mean square error (MMSE) equalizer is shown to be able to handle ISI under any channel conditions or transmission modes, with an acceptable BER. In addition, the rich multipath diversity of the UWB channels is harnessed by the over-sampling scheme, for output SNR improvement. Over-sampling is done in the expense of an increase in system complexity     

一种多载波MFSK信道编码方案

目前随着硬件和编码技术的提升,逐渐成熟的多载波技术在通信过程中得到广泛的推广和应用。为了在较严重的多径衰落条件下获取更高的频谱利用效率,采用静态多抽头信道建模的方式对无线信号传播进行模拟。以信道冲击响应数据的误码率作为分析基础,设计了一种引进正交频分复用及多天线技术概念进行改良的多载波MFSK编码方案,并验证了在多径衰落条件下的频谱使用效率及误码率,从而证明了该方案在提高频谱效率方面的可行性。     

Novel UWB Transceiver for WBAN Networks: A Study on AWGN Channels

A novel ultra‐wideband (UWB) transceiver structure is presented to be used in wireless body area networks (WBANs). In the proposed structure, a data channel and a control channel are combined into a single transmission signal. In the signal, a modulation method mixing pulse position modulation and pulse amplitude modulation is proposed. A mathematical framework calculating the power spectrum density of the proposed pulse‐based signal evaluates its coexistence with conventional radio systems. The transceiver structure is discussed, and the receiving performance is investigated in the additive white Gaussian noise channel. It is demonstrated that the proposed scheme is easier to match to the UWB emission mask than conventional UWB systems. The proposed scheme achieves the data rate requirement of WBAN; the logical control channel achieves better receiving performance than the logical data channel, which is useful for controlling and maintaining networks. The proposed scheme is also easy to implement.     

基于无载频脉冲雷达信号等幅度追踪法检测生命信号

该文首先详细分析了无载频脉冲雷达检测生命信号的基本原理,然后提出了基于回波信号等幅度追踪法检测生命信号的方法。采用自主研发的雷达系统进行检测,结果表明该文提出的检测方法有效。该方法不但能准确判定生命体的有无,而且能够同时提供呼吸信号幅度、频率特征及生命体的位置信息,在短距离非接触式生命信号检测中较传统等距离法有明显优势。     

Characterization of indoor time reversal UWB communication systems: Spatial,temporal and frequency properties

In this paper, an indoor UWB communications system that applies time reversal (TR) for transmitting the desired signal is proposed. First we define equivalent channel model of TR‐UWB, which is the convolution of channel impulse response and its complex conjugate time‐reversed version. Then spatial, temporal and frequency characteristics of equivalent channel are analyzed and the analytical or semi‐analytical results are validated by comparing measurements with simulation. (Semi) analytical expression of equivalent channel transfer function, TR UWB power delay profile (PDP), focusing gain, spatial correlation and power azimuth spectrum (PAS) is performed. Also probability density function (PDF) of TR‐UWB amplitude and path‐gain is derived. Analysis and simulation results of different distributions, such as uniform, Laplacian and Gaussian for PAS, are considered and presented. It is shown that uniform and truncated Laplacian distributions are appropriate fits to the measurement results for power azimuth spectrum of TR‐UWB. It is seen that for distances greater than λ/2 from the authorized receiver, received signal decreases 10 dB, where λ is the wavelength of the central frequency. Finally, PDF of TR‐UWB path‐gain is described. Measurement results show that for small time windows, the densities of the path‐gain are highly non‐Gaussian. But for starting time of 10T_w or more, and window size of 2T_w or more the densities are nearly Gaussian, where T_w is the transmitted pulse duration. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.