基于多子带信号采样和小波变换的宽带频谱感知*

在GHz级宽带信号频谱感知中,如果直接采样此宽带信号,其所需采样速率太高,超过现有的模数转换器指标;确切估计出主信号所占频段,可以进一步提高频谱利用率;因此本文基于调制宽带转换系统（MWC）,提出一种基于多子带信号采样和小波变换的宽带频谱感知方法。首先利用MWC实现宽带信号的低速率采样,得到子带信号;然后提出一种噪声功率及检测门限估计方法,再利用能量检测法实现对非噪声子带的频谱感知;最后利用小波变换对信号子带进行频谱边缘检测,以确定主用户信号占用频段的确切位置信息。仿真结果验证了本文所提出的宽带频谱感知方法的可行性和有效性。     

基于改进MUSIC算法的宽带信号DOA估计

现有的波达方向（DOA）估计算法在估计被动探测系统中的宽带信号方位时,存在DOA估计结果偏差大、运算复杂度高等问题,难以满足信号实时处理的要求。为提高多源信号DOA估计的空间分辨率,提出一种基于S变换且不需要预估信号源个数的多重信号分类改进算法。根据宽带信号的频域特征,利用S变换处理阵列接收信号,得到多分辨的时频谱矩阵,同时构建时频域的阵列信号数据模型,结合信号功率谱矩阵呈联合对角化结构的特点,设计基于S变换的子空间谱估计公式。在此基础上,通过谱峰搜索进行DOA估计,实现多源宽带信号的声源定位。仿真结果表明,在信噪比范围为-15～10 dB的条件下,该算法的估计成功率始终保持在90%以上,相比TCT、CS＿TCT、CWT＿MUSIC算法,其具有较优的估计性能,并且无需预估信号源数。     

基于Gerschgorin理论稀疏度估计的宽带频谱感知算法

针对在低信噪比(SNR)情况下稀疏度欠估计和高信噪比情况下稀疏度过估计的问题,提出了一种基于Gerschgorin理论稀疏度估计的宽带频谱感知算法。首先,该算法利用Gerschgorin理论分离信号圆盘与噪声圆盘得到稀疏度估计值;然后,利用正交匹配追踪(OMP)算法得到频谱支撑集;最后,完成宽带频谱感知。仿真结果表明,所提算法、AIC-OMP算法和MDL-OMP算法频谱感知的检测概率达到95%信噪比分别需要4.6 dB、8.5 dB和9.7 dB;所提算法频谱感知的虚警概率在信噪比大于13 dB时趋近于0,明显低于BPD-OMP和GDRI-OMP算法的虚警概率,因此,所提算法对于压缩感知(CS)的信号稀疏度估计兼顾了低信噪比和高信噪比时的稀疏度估计性能,频谱感知性能优于AIC-OMP算法、MDL-OMP算法、BPD-OMP算法和GDRI-OMP算法。     

基于FDC准则的认知无线电宽带频谱感知

提出了基于灵活检测准则(FDC)的认知无线电宽带频谱感知算法。传统的基于信息论准则的宽带频谱感知算法在估计主用户占用的子带个数时,往往出现低估的情况。针对此情况,利用FDC改进基于Gerschgorin似然估计的认知无线电宽带频谱感知算法。相较于传统的基于信息论准则的能量检测方案,该方案不仅不依赖于噪声功率先验信息,而且可以通过改变灵活系数满足感知系统的不同要求。     

实值空间的宽带信号测向新方法

为了降低宽带信号TCT方位估计算法的运算量和分辩门限,针对中心对称阵列,将实值处理过程和子空间投影MUSIC的思想引入宽带信号方位估计,提出一种宽带信号方位估计新方法。该方法首先各个频率子带的数据协方差矩阵去噪且双向平滑,然后使用左实变换矩阵将它们变换为实数矩阵,从而大大降低了后面矩阵特征分解时运算量,接着使用双边相关变换（TCT）方法选取聚焦矩阵对各个频率子带的实协方差矩阵进行变换得到同一参考频率点的数据协方差阵,最后利用基于子空间投影的MUSIC方法进行一系列一维搜索算法来求得各个目标的方位角。仿真实验结果表明,此方法比常规宽带TCT方法运算量小,且具有更低的分辨门限和更小的估计偏差。     

基于奇异值分解的宽带频谱感知改进算法

对认知无线电中宽带频谱感知的信号检测问题进行研究,在信道位置和带宽随机分布的条件下,提出一种基于Hankel矩阵奇异值分解的改进算法完成宽带频谱的频率点奇异性检测并获得各子频段的起始频率和带宽,有效实现盲宽带频谱感知,同时利用提出的三种性能评价参数对该算法与多尺度小波变换算法进行了性能对比。通过实际接收微波信号及仿真OFDM信号感知实验验证,该算法有效抑制了噪声不确定性,滤除了伪奇异点,提高了宽带频谱感知性能。     

基于压缩感知的MIMO-TDCS频谱感知方法

针对MIMO-TDCS系统频谱感知中因数据量大而较难实现的难题,提出一种利用压缩感知的MIMO-TDCS频谱感知方法.在电磁环境一致的情况下,收发两端分别用远低于乃奎斯特的采样速率对电磁环境信号进行采样,然后用正交匹配追踪算法对信号进行重构,并通过二元门限进行状态判决.实验结果证明,运用压缩感知技术能大大减少电磁环境宽带信号的快速采样和处理难度,在选取合理测量值的情况下能够准确恢复信号,进而能有效地检测和剔除干扰,达到抗干扰的目的.     

一种自适应正则化子空间追踪算法

针对压缩感知中未知稀疏度信号的重建问题,提出一种新的压缩感知的信号重建算法,即自适应正则化子空间追踪（Adaptive Regularized Subspace Pursuit,ARSP）算法,该算法将自适应思想、正则化思想与子空间追踪（Subspace Pursuit,SP）算法相结合,在未知信号稀疏度的情况下,自适应地选择支撑集原子的个数,利用正则化过程实现支撑集的二次筛选,最终能实现信号的精确重构。仿真结果表明,该算法能够精确重构原始信号,重建效果优于SP算法、正则化正交匹配追踪（ROMP）算法、稀疏度自适应匹配追踪（SAMP）算法、压缩采样匹配追踪（CoSaMP）算法等。     

基于对称谱的宽带相干信号快速DOA估计

针对聚焦类宽带信号方位估计算法运算量较大的问题,提出了一种快速算法。首先利用矩阵的Toeplitz化重构,不用对阵列进行子阵分割,就可实现宽带信号的解相干;然后根据接收数据协方差矩阵的厄尔米特特性,利用酉变换将复数矩阵映射为实数矩阵,通过在实数域特征分解,降低了特征分解的计算复杂度;最后通过投影子空间正交技术,利用噪声子空间和共轭噪声子空间重新构造空间谱,根据谱对称性,在半谱内搜索即可得到信号的角度,同时使谱峰搜索的运算量降低了一半。理论分析及仿真结果表明,新算法无需聚焦运算,精度较高,运算量小,对宽带相干信号有效。     

DOA估计算法的一种修正MUSIC算法的研究

传统改进 MUSIC 算法通过对接收信号协方差矩阵作预处理,使信号协方差矩阵分解得到信号子空间与噪声子空间正交,从而降低噪声的影响。但当信号间隔很小时,随着信噪比的降低,传统改进MUSIC算法已无法分辨出信号。基于此问题提出的修正MUSIC算法在使信号子空间与噪声子空间正交的基础上,充分利用了噪声子空间及其特征值对噪声子空间的修正,进而构造谱峰搜索函数估计出信号。通过仿真实验,证实了在信噪比很低的情况下,信号间隔很小且存在相关信号时,修正MUSIC算法能准确地估计出传统改进MUSIC算法不能估计的信号。     

基于压缩传感的宽带频谱协方差感知算法

宽带感知需要超宽的射频前端,非常快的数字处理设备,传统的频谱检测机制承受着巨大的压力.利用宽带频谱中信号频谱的稀疏特性以及实际稀疏数据观察值成组出现,即组稀疏的特性,将压缩传感算法应用于宽带频谱感知,通过阈值判断,对欠采样下的信号进行重构,进而进行频谱感知,提出了基于压缩传感的频谱协方差感知算法,当压缩比为0.1时系统...     

基于重加权快速交替方向法的频谱感知

在认知无线电网络中,由于深衰落和低信噪比的影响,单个认知用户的宽带频谱检测性能较差,且算法复杂度较高。针对该问题,提出一种基于重加权快速交替方向法的频谱感知算法。利用目标函数的凸性,通过求导简化辅助变量的更新过程。对目标函数进行线性化处理,增加一个二次项,使待估变量更新时部分项线性化的增广拉格朗日函数成为严格凸函数,并使用迭代软阈值算法进行求解。在目标项中增加大权值抑制信号中的非零元素,获得接近于最小?0范数的解。实验结果表明,该算法能有效提高低信噪比环境下的检测概率和检测速度。     

一种适合卫星通信的宽带频谱感知算法

在卫星通信系统中实现认知无线电技术需要对多频带的宽带信号进行频谱感知.针对使用传统OMP （Orthogonal Matching Pursuit）算法在宽带调制转换器（Modulated Wideband Converter,MWC）系统下,出现的由于相邻两个支撑频带间距太近而出现遗漏支撑频率的现象,提出一种基于邻近搜索的OMP改进算法,仿真表明,该算法能够更优化地实现信号的重构,保证频谱检测维持较高的检测概率.     

认知无线电网络中宽频谱的信号分离算法

在认知无线电网络中,认知用户随机接入宽带频谱进行数据传输,但是这样很容易受到恶意用户的干扰,这些恶意用户随意地接入共享频带进行信号传输,这些信号会干扰主用户和认知用户。为此,提出了一种基于压缩感知的信号分离方法。该方法可以很好地从宽带信号中分离出恶意用户信号。算法主要采用以下三个步骤：（1）所有认知用户采用压缩感知技术从宽带频谱中恢复各信号;（2）认知用户将分离的信号发送到融合中心,融合中心通过小波边缘检测的方法确定频谱边缘,并按照边缘特性将频谱分成若干频段;（3）融合中心根据具体特征对每个子频段进行信号分离。分析和仿真结果表明,这种新的基于压缩感知的宽频带信号分离方法能很好地从宽带信号中将含有恶意用户干扰的混合信号分离出来。     

基于高阶统计量的压缩宽带频谱盲检测方法

针对认知无线网络中宽带频谱感知受到高速模数转换器(ADC)器件的技术限制,利用压缩感知理论(CS),采用压缩信号处理技术,直接对压缩观测数据进行分析,推导出宽带频谱检测的高阶判决统计量的概率分布特性,并在此基础上提出了一种基于高阶统计量的压缩宽带频谱盲检测算法(HOS-CWSBD).该算法无需任何有关主用户(PU)信号的先验知识、也无需事先重构出原信号就能实现宽带频谱检测.理论分析和仿真结果均表明,与传统的基于压缩感知理论且需要信号重构的压缩频谱感知算法以及基于Nyquist采样数据的非压缩宽带频谱感知算法相比,该算法具有计算复杂度低、感知性能稳定等优点.     

基于压缩感知和宽带调制的统一测控信号处理仿真

针对测控信号处理中,在可用频谱上分布着多种频分下行信号的场景,分别利用标准测控信号和扩频测控信号在频域上的绝对稀疏性和相对稀疏性,提出了一种基于压缩感知和宽带调制的低速采样方案.首先通过多通道调制得到低速的采样序列,而为了克服现有信号重构算法重构精度较差的缺点,利用阈值迭代方法从采样序列中重构出原信号,最后对重构后的信号进行解调/解扩处理并进行误码率分析.仿真结果表明,新方案能够在低采样率的条件下获得很好的性能.