壓縮感知框架下基于多模板解卷積的超寬帶信道估計(jì).pdf

1、脈沖超寬帶（Impulse Radio-Ultra Wide Bandwidth, IR-UWB）是一種新興的短距離無線通信技術(shù)。該技術(shù)憑借低功耗、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注和深入研究。然而，IR-UWB技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域也存在著難題，IR-UWB脈沖在時(shí)域上納秒級(jí)的持續(xù)時(shí)間決定了其頻域上占有極高的帶寬，這就對(duì)數(shù)字化接收機(jī)設(shè)計(jì)過程中ADC的采樣能力提出了很高的要求，如果嚴(yán)格按照Nyquist采樣定律來設(shè)計(jì)接收機(jī)的采樣部分將會(huì)帶來

2、高額的成本。
　　壓縮感知理論（Compressed Sensing, CS）是近年來應(yīng)用數(shù)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，該理論指出，在信號(hào)滿足稀疏特性的前提下，利用遠(yuǎn)小于Nyquist采樣定律的觀測(cè)數(shù)量也可以高概率地重構(gòu)原信號(hào)。超寬帶信號(hào)的天然稀疏特性可以滿足壓縮感知理論的前提要求，因此CS理論就為打破傳統(tǒng)思路的瓶頸設(shè)計(jì)IR-UWB數(shù)字化接收機(jī)提供了良好的契機(jī)?？紤]到精確的信道估計(jì)是保障通信性能的重要環(huán)節(jié)，本文重點(diǎn)針對(duì)CS框架下IR-UWB

3、系統(tǒng)信道估計(jì)進(jìn)行研究。
　　本文首先介紹 CS的基本理論以及CS-UWB接收機(jī)的基本架構(gòu)，然后基于CS-UWB信道估計(jì)方向已有的研究成果進(jìn)行進(jìn)一步的研究。超寬帶接收機(jī)接收信號(hào)的一般形式為：g=Ψθ+n，其中Ψ為本地模板矩陣、n為噪聲向量、θ即為待估計(jì)的信道沖擊響應(yīng)。IR-UWB信道估計(jì)的精確度受到n和Ψ兩方面的影響，本文針對(duì)這兩方面的影響分別進(jìn)行討論并提出了在已有研究基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的對(duì)應(yīng)方法。傳統(tǒng)的正交匹配追蹤（Orthogona

4、l Matching Pursuit,OMP）利用已知的接收信號(hào)g與本地模板Ψ之間的迭代來得到信道估值，這種方法的抗噪聲能力較差。本文在傳統(tǒng)OMP算法迭代過程中加入噪聲向量n的影響，基于公式的推導(dǎo)和證明提出了Anti-Noise OMP重構(gòu)算法，并且通過仿真與原始OMP算法的信道估計(jì)性能作對(duì)比論證了推導(dǎo)的合理性。針對(duì)模板Ψ改進(jìn)的問題，本文首先對(duì)超寬帶收發(fā)實(shí)驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，介紹了該實(shí)驗(yàn)的環(huán)境和參數(shù)，通過對(duì)不同點(diǎn)接收信號(hào)的分析來判斷它

5、們所受到失真的影響，根據(jù)分析結(jié)果構(gòu)造包含波形失真信息的多模板字典ΨMT，并通過仿真驗(yàn)證了多模板較單模板的性能優(yōu)越性?；趯?duì)超寬帶信道特性的分析，本文利用部分信道先驗(yàn)信息（Channel Prior Information, CPI）來得到一個(gè)加權(quán)函數(shù)并利用它進(jìn)一步改進(jìn)模板，得到了一定的性能提升。最后，本文將所提出對(duì)針對(duì)噪聲n和本地模板Ψ的改進(jìn)方法結(jié)合在一起，形成了系統(tǒng)的CS-UWB信道估計(jì)方案，在不同迭代次數(shù)下較原始方法的重構(gòu)信噪比（R