寬頻稀疏信號調製變換欠採樣頻譜感知

《寬頻稀疏信號調製變換欠採樣頻譜感知》是依託西安電子科技大學，由齊佩漢擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：寬頻稀疏信號調製變換欠採樣頻譜感知
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：齊佩漢
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

欠採樣頻譜感知方法可以解決寬頻頻譜感知模擬採樣和數字處理的速率瓶頸問題，是其發展的新方向。課題針對該方法存在的盲感知能力缺失、感知時效低以及感知性能差的問題，結合寬頻調製變換欠採樣機理，從以下方面展開研究：(1)稀疏性判定。研究基於支路功率對消的稀疏預判決技術，並通過支集零範數與最大重構信號約束個數的對比，聯合確定寬頻信號的稀疏性。(2)準確支集輸出。提出基於特徵值檢測正交匹配追蹤的支集確定算法，將相關隨機矩陣白化變換成獨立隨機矩陣，以矩陣最大特徵值與跡的比值為檢驗統計量，推導出最佳化算法疊代停止的準確條件，為分析複雜電磁環境下欠採樣感知的性能極限提供理論依據。(3)收斂速度提升。利用殘差瞬時與平均功率比值的分布快速判決支集改變，然後以子帶短時能量的相關性估計連續周期同被占用的支集，再對剩餘支集執行希慨殃淋疊代判決，可顯著減少疊代次數，改善感知實時性。課題的研究對實現實時穩健欠採樣盲感知有支撐意義。

結題摘要

欠採樣頻譜感知方法可以解決寬頻頻譜感知模擬採樣和數字處理的速率瓶頸問題，是寬頻頻譜感知發展的新方向。針對欠採樣寬頻頻譜感知不具備全盲頻譜感知能力、感知時效性較低以及複雜電磁環境下感知性能差的問題，本項目結合寬頻調製變換器(Modulated Wideband Converter，MWC)的特殊壓縮採樣機理，重點在壓縮測量矩陣校準、寬頻頻譜稀疏性判決和欠採樣寬頻頻譜感知等方面開展研究。 （1）針對頻寬限制和非線性因素引起的測量矩陣失配嚴重影響欠採樣頻譜感知性能的問題，本文提出壓縮測量矩陣列滿秩適定校準(Full-column-rank Well-posed Calibration, FWC)方法，該方法通過控制MWC輸入信號個數將欠定壓縮採集重構轉換成適定形式，計算出對應的兩列測量矩陣元素，然後依據MWC系統配置順序更換輸入信號頻點，並重複進行適定方程求解，可完成整個測量矩陣的校準，從而保證支集恢復的正確性和完整性； （2）針對稀疏性前提嚴重影響欠採樣寬頻頻譜感知判決結果可信度的問題，利用信號存在與否條件下支路功率機率分布的芝催慨達差異性，設計出通道能量逐對相消的信號稀疏性預判決技術（Pairwise Channel Energy Ratio detector，PCER），通過將該預判決技術融入到經典欠採樣頻譜感知棕舉幾算法中，可以提前判決寬頻接收信號的稀疏性，從而避免稀疏性未知帶來的欠採樣頻譜感知錯誤； （3）針對先驗婚舟擊信息全盲條件下欠採樣頻譜感知方法難以準確停止支集恢復疊代的難題，提出基於殘差乎紋局相關矩陣檢測(Residual corrElation mAtrix Detection, READ)的欠採樣盲頻譜感知方法，該方法對每次疊代形成的殘差矩陣引入信號的存在性判斷，並依據檢測結果來確定是否還需要進一步的疊代，可以不利用任何先驗知識實現重構疊代過程的精確控制，有效提升低信噪比條件下的欠採樣頻譜感知性能。 所提方法可實現200-3000MHz寬頻稀疏信號的欠採樣頻譜快速感知，子帶頻寬不大於20MHz，瞬時占用子帶個數不少於10個，信噪比不低於-2dB時，正確檢測機率大於95%，虛警機率小於0.05，相關研究內容在國際主流會議或期刊上發表論文28篇，申請或授權國家發明專利7項，為欠採樣寬頻轎和頻譜感知技術在認知無線電系統套用提供強有力的理論依據和實驗支鍵迎奔撐。