一种压缩采样的宽带数字接收机及其信号处理方法技术

本发明专利技术公开了一种压缩采样的宽带数字接收机及其信号处理方法。宽带数字接收机，包括模拟数字转换器、混频器、前置低通滤波器、抽取器、均匀信道化滤波器和信道选择模块，模拟数字转换器按采样频率fNYQ采集信号x(n)；混频器将接收的信号与伪随机序列混频，得到混频后序列前置低通滤波器对混频后序列进行滤波，得到滤波后序列抽取器对滤波序列后进行RD倍的整数倍抽取后得到序列均匀信道化滤波器将接收到的序列进行处理，得到M路输出信号信道选择模块从接收到的信号中选择出前R路信号得到最终的R路输出信号。本发明专利技术结构简单，能够降低系统复杂度，能够实现亚奈奎斯特采样。

【技术实现步骤摘要】
一种压缩采样的宽带数字接收机及其信号处理方法
本专利技术属于数据采集处理领域，尤其涉及一种针对通信或者雷达信号的亚奈奎斯特采样的压缩采样的宽带数字接收机及其信号处理方法。
技术介绍
宽带数字接收机在频谱感知、空间信号采集及识别领域有重要的应用。随着模拟数字转换(ADC)采集技术的发展，数字接收机越来越接近天线，其在对信号的全数字采集及事后分析和处理，提高接收机系统灵敏度，系统的可重构等方面，相对于传统的模拟接收机，有显著地优势。目前宽带数字接收机大多采用的是均匀信道化结构，如WOLA结构、基于FFT的结构，基于CEM的结构。由于基于的基本原理是利用等带宽数字滤波器组构建出均匀的子信道结构，因此其要系统总的采样率依然是奈奎斯特(Nyquist)速率，且设计时考虑带通采样的设置和混频的设置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构简单的应用于亚奈奎斯特采样的压缩采样的宽带数字接收机，本专利技术的目的还包括提供一种能够降低系统复杂度的，压缩采样的宽带数字接收机的信号处理方法。一种压缩采样的宽带数字接收机，包括模拟数字转换器、混频器、前置低通滤波器、抽取器、均匀信道化滤波器和信道选择模块，模拟数字转换器按采样频率fNYQ采集信号x(n)传送给混频器；混频器将接收的信号x(n)与伪随机序列混频，得到混频后序列传送给前置低通滤波器；前置低通滤波器对混频后序列进行滤波，得到滤波后序列传送给抽取器；抽取器对滤波序列后进行RD倍的整数倍抽取后得到序列传送给均匀信道化滤波器；均匀信道化滤波器将接收到的序列进行处理，得到M路输出信号i＝0,1,2...M-1，传送给信道选择模块；信道选择模块从接收到的信号中选择出前R路信号，得到最终的R路输出信号yj(n),j＝0,1,2...R-1。一种压缩采样的宽带数字接收机的信号处理方法，包括以下步骤：步骤一：模拟数字转换器按采样频率fNYQ采集信号x(n)传送给混频器；步骤二：混频器将信号x(n)与伪随机序列混频处理，r∈Ζ，Ζ是整数，Mp＝Tp·fNYQ，Tp是伪随机序列的时间周期，令频率B为输入信号带宽；步骤三：前置低通滤波器对混频后序列进行滤波，得到滤波后序列滤波后序列的频域值为：其中RD取不大于fNYQ/(2(Rfp+fT))的最大整数；步骤四：滤波序列经抽取器后，每隔RD个采样点被抽样一次，得到序列步骤五：均匀信道化滤波器将接收到的序列进行处理，得到M路输出信号步骤六：信道选择模块从接收到的信号中选择出前R路信号，得到最终的R路输出信号yj(n),j＝0,1,2...R-1，每一路的采样频率为fs＝fNYQ/(RDK)，K为M路均匀信道化滤波器的抽取率，fs＝fp，并且有益效果：(1)采用MWC理论构建宽带数字接收机。MWC理论主要用于模拟信息转换(AIC)的应用。本专利技术将其应用到宽带数字接收机的实现中，一方面可以保证实现亚奈奎斯特的采样，在保证输入信号信息能被完全恢复的前提下，采用较少的数据进行存储，从而节省接收机的存储资源。另一方面，由于其采用伪随机信号进行混频调制，在保证输入信号奈奎斯特采样的前提下，就可使用本专利技术结构，而不用考虑传统宽带数字接收设计时的带通采样的设置和混频的设置问题。(2)前置低通滤波器和抽取器。本专利技术在混频器和信道化接收机中间设置了前置低通滤波器和抽取器，目的是减小均匀信道化接收机设置的路数，以便降低系统的复杂性。抽取器的作用是经过低通滤波后的信号可实现第一次降速采样。(3)单路混频的MWC结构与均匀信道化接收机结构相结合。本专利技术采用单路的混频设计的MWC结构，考虑随机信号调制的频谱特点，即其混频后信号的DTFT变换是输入信号x(n)的DTFT变换的x(ejω)以fp为周期移位的线性组合。如图4所示，其频谱是以fp为间隔均匀分布的。因此可进一步采用均匀信道化接收机结构。这样使得抽取因子放到信道化接收机的前端，降低系统的工作频率，从而进一步降低系统设计的复杂性。本专利技术是在保证信号可恢复的条件下，能够实现亚奈奎斯特压缩采样的宽带数字接收机设计。宽带数字接收机一般在一段时间内接收的是一个或多个已知的或未知的信号。这种接收信号的方式与多带信号模型是相一致的，即频域稀疏信号。因此可根据压缩感知原理，针对频谱稀疏信号，将模拟数字转换扩展到模拟信息转换(AIC)，从而去掉冗余信息，可进一步压缩采样数据。基于压缩采样的调制宽带转换(MWC)模型，可以很好的处理多带信号，一种成功的AIC压缩采样结构。MWC理论需要信号与多路伪随机(PN)序列混频。伪随机序列的选取对信号的重构有较大的影响。为降低PN序列选择的复杂度，本专利技术采用单路混频模型，依靠伪随机信号调制产生的信号在频率域的周期移位，从而可构建多个子带滤波滤波器，实现信号的压缩采样。这种单路混频模型非常适合构建M路均匀的信道化接收机来实现，从而再从M路中选择R路作为压缩采样的观测矩阵，最后可采用CTF算法从R路数据中恢复原始信号。附图说明图1是本专利技术宽带数字接收机的原理框图；图2是基于多相结构均匀信道化滤波器原理框图；图3是多带信号(N＝2)和伪随机序列的谱图示意；图4是伪随机序列与输入信号混频后谱图示意；图5是线性调频(LFM)信号6路压缩采样数据；图6是LFM信号的重构信号与原始信号在频域的对比图；图7是LFM信号的重构信号与原始信号在时域的对比图；图8本专利技术的宽带数字接收机与标准MWC算法的MSE性能对比。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术应用于通信、雷达等数字接收系统，目的在于提供一种有效的亚奈奎斯特采样的宽带数字接收机结构，并能够保证准确恢复原始信号。本专利技术的目的是这样实现的：经模拟数字转换器以采样频率fNYQ采集的信号x(n)首先与周期为Tp的伪随机序列混频，得到混频后序列然后通过截止频率为[0,fNYQ/2RD]的hD(n)前置低通滤波器滤波，之后经RD倍的整数倍抽取后得到序列序列进入M路均匀信道化接收机；最后从M路输出中选择前R路作为压缩采样的观测数据。本专利技术适用的条件为:(1)输入信号可为多带信号或宽带的雷达信号(如LFM信号)，假设其有N个最大带宽不超过B的信号，则要求最后的选择路数R≥4N。(2)x(n)采样序列要满足奈奎斯特采样定理，设其采样频率为fNYQ。(3)是一个周期为Mp的周期伪随机序列，即r∈Ζ，其中Ζ是整数。Mp＝Tp·fNYQ，Tp是伪随机序列的时间周期，的主值序列为p(n)，p(n)可选用二值的±1Bernoulli随机序列来完成。要求(4)压缩采样后的R路采样数据y1(n),y2(n)…,yr(n)…,yR(n)，每一路的采样频率为fs＝fNYQ/(RDK)，K为M路均匀信道化接收机的抽取率。要求fs≥fp，本专利技术中取fs＝fp。由此我们得到，系统总的采样率为取可得亚奈奎斯特采样系统。本专利技术是依据压缩采样的MWC原理，对经过与伪随机序列混频得到的周期移位的线性组合频谱对应的序列进行M路均匀信道化滤波然后，从中选取R路作为压缩采样数据。同时为减少信道化的路数，降低系统的复杂性，又在混频器和信道化滤波之间加入一级前置低通滤波与抽取操作。下面结合附图和实例对本专利技术做详细地描述。结合图1，给出了本专利技术的系统原理框图，系统由数字混频模块，低通滤波器模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压缩采样的宽带数字接收机，其特征在于：包括模拟数字转换器、混频器、前置低通滤波器、抽取器、均匀信道化滤波器和信道选择模块，模拟数字转换器按采样频率fNYQ采集信号x(n)传送给混频器；混频器将接收的信号x(n)与伪随机序列混频，得到混频后序列传送给前置低通滤波器；前置低通滤波器对混频后序列进行滤波，得到滤波后序列传送给抽取器；抽取器对滤波序列后进行RD倍的整数倍抽取后得到序列传送给均匀信道化滤波器；均匀信道化滤波器将接收到的序列进行处理，得到M路输出信号i＝0,1,2...M‑1，传送给信道选择模块；信道选择模块从接收到的信号中选择出前R路信号，得到最终的R路输出信号yj(n),j＝0,1,2...R‑1。

【技术特征摘要】
1.一种压缩采样的宽带数字接收机，其特征在于：包括模拟数字转换器、混频器、前置低通滤波器、抽取器、均匀信道化滤波器和信道选择模块，模拟数字转换器按采样频率fNYQ采集信号x(n)传送给混频器；混频器将接收的信号x(n)与伪随机序列混频，得到混频后序列传送给前置低通滤波器；前置低通滤波器对混频后序列进行滤波，得到滤波后序列传送给抽取器；抽取器对滤波序列后进行RD倍的整数倍抽取后得到序列传送给均匀信道化滤波器；均匀信道化滤波器将接收到的序列进行处理，得到M路输出信号i＝0,1,2...M-1，传送给信道选择模块；信道选择模块从接收到的信号中选择出前R路信号，得到最终的R路输出信号yj(n),j＝0,1,2...R-1。2.基于权利要求1所述的一种压缩采样的宽带数字接收机的信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：模拟数字转换器按采样频率fNYQ采集信号x(n)传送给混频器；步骤二：混频器将信号x(n)与伪随机序列混频处理，r∈Z，Z是...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，郭立民，赵忠凯，陈亚，刘志武，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23