超寬頻通信數字接收機的壓縮採樣技術研究

《超寬頻通信數字接收機的壓縮採樣技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由樊甫華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超寬頻通信數字接收機的壓縮採樣技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：樊甫華
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

超寬頻（UWB）通信技術是下一代無線電通信的關鍵技術之一。UWB信號的頻寬達到數GHz，直接採樣UWB信號的採樣率高達10GHz以上，在目前工藝水平下，超寬頻通信數字接收機所需的高採樣率器件難以實現。依據UWB信號以及UWB信道的稀疏性，項目採用國際上近幾年新興的壓縮感知理論，研究超寬頻通信信號的壓縮採樣方法，實現以欠採樣的方式高機率重構UWB通信信號。即通過理論研究與仿真分析、構建UWB通信信號壓縮採樣半實物實驗系統等方式，主要研究UWB信號的稀疏性及其稀疏度表示、UWB通信信道物理特性及其對壓縮採樣方式的影響、壓縮採樣測量矩陣設計和硬體實現方法，以及UWB通信信號重構算法和檢測方法，重點解決UWB通信信號壓縮採樣測量模組實現困難的問題。項目研究成果將為超寬頻通信系統中數字接收機的瓶頸問題突破提供技術支撐，為超寬頻通信技術的廣泛套用奠定堅實的基礎。

結題摘要

無載波脈衝超寬頻（IR-UWB）通信利用極窄脈衝的幅度或位置調製信息，信號頻寬高達500MHz，對其直接採樣代價過高，目前硬體實現困難。基於新興的壓縮感知理論，項目研究了脈衝超寬頻通信接收信號的壓縮採樣方法，主要包括IR-UWB通信信號的稀疏表示，壓縮觀測矩陣構造及其最佳化，壓縮感知重建算法，基於模擬信息轉換技術的欠採樣UWB信號檢測，以及IR-UWB通信信號壓縮採樣半實物仿真實驗系統研製。主要成果：基於字典學習的蔟稀疏表示和基於變換域的稀疏表示方法；基於Walsh變換的確定性壓縮觀測矩陣構造，以及結合信號重建的協同最佳化方法；典型非凸化低信噪比下壓縮感知信號重建算法，基於貝葉斯壓縮感知以及基於凸鬆弛的UWB信號重建算法；基於參考信號分段積分的PAM-UWB信號檢測和信息解調方法，基於碼元能量的PPM-UWB信號檢測和信息解調方法；以及支撐IR-UWB通信壓縮採樣實驗的半實物仿真實驗系統。大量實驗表明：在信噪比不低於15dB，IR-UWB信號壓縮採樣頻率低至奈奎斯特採樣頻率的25%時，壓縮採樣信號重構成功機率達到85%，信號檢測正確率約91.8%。課題研究成果對超寬頻數字通信接收機設計和超寬頻通信技術廣泛套用有重要參考價值。