高速超寬帶信號(hào)處理算法研究.pdf

1、超寬帶(Ultra-wideband, UWB)無(wú)線通信技術(shù)作為一種新的技術(shù)手段相比于窄帶通信具有許多優(yōu)勢(shì)，因此超寬帶技術(shù)近年來(lái)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都受到了廣泛的關(guān)注。超寬帶信號(hào)接收機(jī)一直是超寬帶通信的研究重點(diǎn)，但是超寬帶接收機(jī)的硬件實(shí)現(xiàn)還面臨著很多問(wèn)題。其中一個(gè)主要的瓶頸問(wèn)題就是對(duì)超寬帶信號(hào)的采樣。由于超寬帶信號(hào)帶寬很大，接收機(jī)需要使用高速的數(shù)模轉(zhuǎn)化器(ADC)進(jìn)行采樣。而高速高精度的ADC的復(fù)雜度、價(jià)格以及功耗都很高，難以滿足實(shí)際系統(tǒng)的

2、需求。針對(duì)這一問(wèn)題,本文從降低采樣精度和降低采樣速率這兩方面對(duì)其進(jìn)行研究。
　　降低采樣精度可以降低ADC的復(fù)雜程度從而達(dá)到信號(hào)的奈奎斯特采樣速率，其中單比特接收機(jī)由于其結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單，因此受到了廣泛的關(guān)注。高性能的單比特接收機(jī)需要利用單比特ADC對(duì)信號(hào)的幅值等參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，量化門限的選取對(duì)于參數(shù)估計(jì)的影響很大。因此本文重點(diǎn)研究了單比特接收機(jī)量化門限對(duì)接收機(jī)性能的影響。通過(guò)分析估計(jì)參數(shù)的克拉美羅下界與量化門限之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的量

3、化門限值并不是常用的量化門限零，而是信號(hào)的幅值。由于信號(hào)幅值未知，本文提出了三種自適應(yīng)量化門限調(diào)整方案，通過(guò)這些方案可以達(dá)到量化門限自適應(yīng)調(diào)整到最優(yōu)值的效果。仿真表明，相比于固定門限，這三種方案的參數(shù)估計(jì)性能更好。接收機(jī)的性能表明相比于固定門限估計(jì)出的參數(shù)，使用自適應(yīng)門限調(diào)整估計(jì)出的參數(shù)，在高信噪比時(shí)，能使接收機(jī)性能提升1dB到2dB。
　　壓縮感知是降低信號(hào)采樣速率的一種新的方法，但是稀疏重構(gòu)算法無(wú)法同時(shí)滿足重構(gòu)精度以及速度的要

4、求，而且重構(gòu)出的信號(hào)奈奎斯特采樣數(shù)據(jù)量巨大，這些問(wèn)題影響了壓縮感知在實(shí)際超寬帶系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文借鑒壓縮感知采樣的結(jié)構(gòu)，利用通信信號(hào)有限字符集的特性，在信號(hào)恢復(fù)時(shí)直接恢復(fù)信號(hào)的比特信息而不是奈奎斯特采樣序列，從而可以降低信號(hào)的采樣速率，同時(shí)降低計(jì)算的復(fù)雜程度。本文所提接收機(jī)對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)問(wèn)題是一個(gè)組合優(yōu)化問(wèn)題，為了降低大規(guī)模問(wèn)題的求解復(fù)雜度，本文將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)凹最小化問(wèn)題，然后提出了一種替代函數(shù)迭代下降的算法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解，并且給出了所提算