基于数据驱动的多倍集采样时钟失配自适应校准方法技术

本发明专利技术公开了基于数据驱动的多倍集采样时钟失配自适应校准方法，具体包括：获取输入信号，通过多倍集采样模块获得输出信号；基于输出信号，重构得到恢复信号，并通过傅里叶变换计算得到当前时刻误差谱幅度大小；基于误差谱幅度大小，通过公式判断当前时间误差并未降低到预设的误差目标值时，通过所述误差谱幅度大小计算得到伪雅可比矩阵时变参数估计值；基于所述伪雅可比矩阵时变参数估计值，采用调节公式计算各通道采样时钟的相位调节量，并通过多相时钟产生模块对各采样通道延时单元进行调节。实现对宽带压缩多倍集采样系统进行自适应时钟适配校准，提高宽带压缩感知多倍集采样的可行性，同时提供高精度、高效率、稳定的校准效果。效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
基于数据驱动的多倍集采样时钟失配自适应校准方法


[0001]本专利技术涉及宽带压缩感知
，尤其涉及的是基于数据驱动的多倍集采样时钟失配自适应校准方法。

技术介绍

[0002]模数转换器(Analog
‑
to
‑
Digital，ADC)是宽带压缩感知认知无线电网络中至关重要的一个模块，直接影响到认知无线电频谱的检测能力。为了识别分散在宽频带上的多个信号频率位置，传统的接收机需要以奈奎斯特速率对接收到的信号进行采样，但是如果信号频谱较宽，例如GHz级别，那么系统中的高速ADC功耗会非常大。
[0003]针对上述传统采样方式的不足，有学者提出了压缩感知(Compressed Sensing，CS)理论。它利用现代通信中宽带信号的稀疏性或可压缩性，在采样的同时对数据进行压缩，使得实际采样率低于信号的奈奎斯特采样率，然后再与恢复算法相结合，实现对原始信号的重构。压缩采样的物理实现可以采用多倍集采样(Multi
‑
Coset Sampling，MCS)架构。多倍集采样采用周期非均匀采样的亚奈奎斯特采样技术，采样过程可以通过多个采样率相同但采样起始时刻不同的ADC实现。假设多倍集采样通道数为p，采样周期为L，那么每个ADC的采样速率可降为其奈奎斯特采样率的1/L，从而可以有效地减少ADC的采样频率与功耗，提高宽带频谱感知性能。
[0004]然而，在多倍集采样系统中，受ADC制造工艺与环境因素的影响，会产生偏置、增益和时间误差，对多倍集采样产生影响，从而降低宽带压缩感知的性能。这三种误差中，时间误差对整个多倍集采样系统影响最大也最难校准，由时间误差导致的误差谱幅度会随着频率的增高而变大。在实际宽带频谱感知过程中，由于高频信号的输入，很小的时间误差都会导致明显的误差谱。
[0005]而在现有技术中，并没有一种针对多倍集采样系统中时间误差的高效、准确的自适应校准方法。
[0006]因此，现有技术还有待改进和发展。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中，对宽频谱信号进行多倍集采样过程中，存在的时间误差导致明显的误差谱，降低宽频带压缩感知性能，同时也没有一种能较好的降低该时间误差方案的问题。
[0008]本专利技术提供一种基于数据驱动的多倍集采样时钟适配自适应校准方法，具体包括：获取输入的导频信号，通过含有延时单元和模数转换器的多个信号采样通道，采样得到含有时间误差的各通道输出信号；基于所述各通道输出信号，重构得到恢复信号，并通过傅里叶变换计算得到当前时刻误差谱幅度大小，其中，所述误差谱幅度大小为用于反映时间误差大小的值；基于所述误差谱幅度大小，通过公式判断当前时刻的时间误差并未达到预设的误差目标值时，将所述误差谱幅度大小输入伪雅可比矩阵时变参数估计公式中，计算
得到伪雅可比矩阵时变参数估计值；基于所述伪雅可比矩阵时变参数估计值，采用调节公式计算得到各通道采样时钟的相位调节量；基于所述各通道的采样时钟相位调节量，通过多相时钟产生模块同时对各采样通道中延时单元的时钟相位进行调节。可见本专利技术方案首次对宽带压缩多倍集采样系统进行时钟失配校准，且其算法稳定、误差小，提高了宽带压缩感知多倍集采样的可行性。
[0009]为了实现上述技术效果，本专利技术第一方面提供一种基于数据驱动的多倍集采样时钟失配自适应校准方法，其中，上述方法包括：
[0010]获取输入的导频信号，通过含有延时单元和模数转换器的多个信号采样通道，采样得到含有时间误差的各通道输出信号；
[0011]基于所述各通道输出信号，重构得到恢复信号，并通过傅里叶变换计算得到当前时刻误差谱幅度大小，其中，所述误差谱幅度大小为用于反映时间误差大小的值；
[0012]基于所述误差谱幅度大小，通过公式判断当前时刻的时间误差并未达到预设的误差目标值时，将所述误差谱幅度大小输入伪雅可比矩阵时变参数估计公式中，计算得到伪雅可比矩阵时变参数估计值；
[0013]基于所述伪雅可比矩阵时变参数估计值，采用调节公式计算得到各通道采样时钟的相位调节量；
[0014]基于所述各通道的采样时钟相位调节量，通过多相时钟产生模块同时对各采样通道中延时单元的时钟相位进行调节。
[0015]可选的，上述获取输入的导频信号，通过含有延时单元和模数转换器的多个信号采样通道，采样得到含有时间误差的各通道输出信号的步骤之前包括：
[0016]预先设定误差目标值，用于判断所述采样通道中延时单元的时钟相位是否在预设的误差范围内。
[0017]可选的，上述获取输入的导频信号，通过含有延时单元和模数转换器的多个信号采样通道，采样得到含有时间误差的各通道输出信号的步骤包括：
[0018]获取输入的导频信号x(t)；
[0019]通过多倍集采样模块中含有延时单元以及模数转换器的多个信号采样通道，多倍集采样得到含有时间误差的各通道输出信号
[0020]可选的，上述基于所述各通道输出信号，重构得到恢复信号，并通过傅里叶变换计算得到当前时刻误差谱幅度大小的步骤包括：
[0021]基于各通道输出信号根据MUSIC多重信号分类算法和SA
‑
SOMP子空间增强同步正交匹配追踪算法找到网络中信号活跃信道的频谱支撑集其中，频谱支撑集指宽频带传输信号中有用信号的频谱位置索引；
[0022]并通过下述信号重构公式得到重构信号
[0023][0024]其中，表示信号稀疏度估计值，p表示多倍集采样系统通道数，Θ表示含有时间误差的压缩感知多倍集采样过程的采样矩阵，表示伪逆，表示由索引出的Θ
的列向量构成的矩阵的伪逆，[
·
]i，q
表示矩阵第i行第q列的元素，j为虚数单位，表示支撑集第q个元素，L表示多倍集采样的采样周期；
[0025]基于所述重构信号通过快速傅里叶变换计算得到当前时刻误差谱幅度大小ξ(k)，其中，k表示第k个时刻。
[0026]可选的，上述基于所述误差谱幅度大小，通过公式判断在前一次时钟相位调节中，并未将误差降低到预设的误差目标值时，将所述误差谱幅度大小输入伪雅可比矩阵时变参数估计公式中，计算得到伪雅可比矩阵时变参数估计值的步骤包括：
[0027]基于误差谱幅度大小ξ(k)，通过公式||ξ(k)
‑
ξ
*
||以及预先设置的误差目标值∈判断前一次时钟相位调节中，是否将采样时间误差补偿到预设的误差范围内，其中，ξ
*
表示预设的目标误差谱幅度大小，∈表示残留误差谱幅度与目标误差谱幅度之差的误差目标值，||
·
||表示二范数运算；
[0028]当判断前一次时钟相位调节中并未将采样时间误差补偿到预设的误差范围内时，将误差谱幅度大小ξ(k)输入下述伪雅可比矩阵时变参数φ(k)估计公式中：
[0029][0030]其中，表示伪雅可比矩阵时变参数的估计值，η∈(0，2]表示第一步长因子，u(k
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动的多倍集采样时钟失配自适应校准方法，其特征在于，包括如下步骤：获取输入的导频信号，通过含有延时单元和模数转换器的多个信号采样通道，采样得到含有时间误差的各通道输出信号；基于所述各通道输出信号，重构得到恢复信号，并通过傅里叶变换计算得到当前时刻误差谱幅度大小，其中，所述误差谱幅度大小为用于反映时间误差大小的值；基于所述误差谱幅度大小，通过公式判断当前时刻的时间误差并未达到预设的误差目标值时，将所述误差谱幅度大小输入伪雅可比矩阵时变参数估计公式中，计算得到伪雅可比矩阵时变参数估计值；基于所述伪雅可比矩阵时变参数估计值，采用调节公式计算得到各通道采样时钟的相位调节量；基于所述各通道的采样时钟相位调节量，通过多相时钟产生模块同时对各采样通道中延时单元的时钟相位进行调节。2.根据权利要求1所述的一种基于数据驱动的多倍集采样时钟失配自适应校准方法，其特征在于，所述获取输入的导频信号，通过含有延时单元和模数转换器的多个信号采样通道，采样得到含有时间误差的各通道输出信号的步骤之前包括：预先设定误差目标值，用于判断所述采样通道中延时单元的时钟相位是否在预设的误差范围内。3.根据权利要求1所述的一种基于数据驱动的多倍集采样时钟失配自适应校准方法，其特征在于，所述获取输入的导频信号，通过含有延时单元和模数转换器的多个信号采样通道，采样得到含有时间误差的各通道输出信号的步骤包括：获取输入的导频信号x(t)；通过多倍集采样模块中含有延时单元以及模数转换器的多个信号采样通道，多倍集采样得到含有时间误差的各通道输出信号4.根据权利要求1所述的一种基于数据驱动的多倍集采样时钟失配自适应校准方法，其特征在于，所述基于所述各通道输出信号，重构得到恢复信号，并通过傅里叶变换计算得到当前时刻误差谱幅度大小的步骤包括：基于各通道输出信号根据MUSIC多重信号分类算法和SA
‑
SOMP子空间增强同步正交匹配追踪算法找到网络中信号活跃信道的频谱支撑集其中，频谱支撑集指宽频带传输信号中有用信号的频谱位置索引；并通过下述信号重构公式得到重构信号并通过下述信号重构公式得到重构信号其中，表示信号稀疏度估计值，p表示多倍集采样系统通道数，Θ表示含有时间误差的压缩感知多倍集采样过程的采样矩阵，表示伪逆，表示由索引出的Θ的列向量构成的矩阵的伪逆，[
·
]
i,q
表示矩阵第i行第q列的元素，j为虚数单位，表示支撑集
第q个元素，L表示多倍集采样的采样周期；基于所述重构信号通过快速傅里叶变换计算得到当前时刻误差谱幅度大小ξ(k)，其中，k表示第k个时刻。5.根据权利要求1所述的一种基于数据驱动的多倍集采样时钟失配自适应校准方法，其特征在于，所述基于所述误差谱幅度大小，通过公式判断在前一次时钟相位调节中，并未将误差降低到预设的误差目标值时，将所述误差谱幅度大小输入伪雅可比矩阵时变参数估计公式中，计算得到伪雅可比矩阵时变参数估计值的步骤包括：基于误差谱幅度大小ξ(k)，通过公式||ξ(k)
‑
ξ
*
||以及预先设置的误差目标值∈判断前一次时钟相位调...

【专利技术属性】
技术研发人员：马嫄，张洋港，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：