高速超寬帶信號處理算法研究.pdf

1、超寬帶(Ultra-wideband, UWB)無線通信技術(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，因此超寬帶技術(shù)近年來在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都受到了廣泛的關(guān)注。超寬帶信號接收機一直是超寬帶通信的研究重點，但是超寬帶接收機的硬件實現(xiàn)還面臨著很多問題。其中一個主要的瓶頸問題就是對超寬帶信號的采樣。由于超寬帶信號帶寬很大，接收機需要使用高速的數(shù)模轉(zhuǎn)化器(ADC)進行采樣。而高速高精度的ADC的復(fù)雜度、價格以及功耗都很高，難以滿足實際系統(tǒng)的

2、需求。針對這一問題,本文從降低采樣精度和降低采樣速率這兩方面對其進行研究。
　　降低采樣精度可以降低ADC的復(fù)雜程度從而達到信號的奈奎斯特采樣速率，其中單比特接收機由于其結(jié)構(gòu)特別簡單，因此受到了廣泛的關(guān)注。高性能的單比特接收機需要利用單比特ADC對信號的幅值等參數(shù)進行估計，量化門限的選取對于參數(shù)估計的影響很大。因此本文重點研究了單比特接收機量化門限對接收機性能的影響。通過分析估計參數(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，而是信號的幅值。由于信號幅值未知，本文提出了三種自適應(yīng)量化門限調(diào)整方案，通過這些方案可以達到量化門限自適應(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)估計性能更好。接收機的性能表明相比于固定門限估計出的參數(shù)，使用自適應(yīng)門限調(diào)整估計出的參數(shù)，在高信噪比時，能使接收機性能提升1dB到2dB。
　　壓縮感知是降低信號采樣速率的一種新的方法，但是稀疏重構(gòu)算法無法同時滿足重構(gòu)精度以及速度的要

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