基于压缩传感的超宽带信号重构研究

摘要

超宽带(Ultra-wideband，UWB)技术与压缩传感(Compressive Sensing，CS)理论是当今热门的研究领域。UWB技术优点明显，但由于UWB信号的频谱超宽，使其面临着采样率过高时难以采样的问题。本文把CS理论运用到UWB通信系统中，来解决UWB信号的采样瓶颈，实现UWB信号的低速采样与重构。
　　 针对脉冲超宽带(impulse radio UWB，IR-UWB)信号在采样率过高时难以采样的问题，提出了一种基于压缩传感的脉冲超宽带接收机（CS接收机），实现了信号的低速采样，并且利用正则化正交匹配追踪(ROMP)算法进行了信号重构。在CM2信道下，通过仿真实验比较了CS接收机与传输参考接收机、RAKE接收机的误码率、采样率性能。仿真结果表明，在采样率仅为奈奎斯特速率10％的情况下，CS接收机利用ROMP算法能精确地重构IR-UWB信号。
　　 针对并行分段式压缩传感(Parallel Segmented Compressive Sensing，PSCS)在多带正交频分复用超宽带(MB-OFDM-UWB)系统中无法准确重构UWB信号的问题，提出了改进的并行分段式压缩传感(Modified PSCS，MPSCS)。在多带正交频分复用超宽带系统中，利用MPSCS中基于正交匹配追踪(OMP)的重构算法进行了压缩采样与信号重构。在CM1信道下，通过仿真实验比较了MPSCS和PSCS、奈奎斯特方法的误码率、采样率性能。仿真结果显示，MPSCS在误码率、采样率方面有很大优势，而且在采样率仅为奈奎斯特速率6.06％的情况下，MPSCS能精确重构UWB信号。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 压缩传感的发展及应用现状

1．2 超宽带的发展及现状

1．3 压缩传感在超宽带信号重构中的应用

1．4 本文所做的主要研究工作及论文的章节安排

第二章 超宽带技术理论

2．1 超宽带的概念与特点

2．1．1 超宽带的概念

2．1．2 超宽带的特点

2．2 脉冲超宽带(IR-UWB)通信系统

2．2．3 IR-UWB信号的产生与传输

2．2．4 IR-UWB通信系统的信号接收机

2．3 MB-OFDM超宽带系统

2．3．1 MB-OFDM-UWB系统介绍

2．3．2 OFDM系统的基本原理

2．3．3 MB-OFDM-UWB信号的形成

2．3．4 MB-OFDM-UWB系统的结构

2．4 超宽带通信系统的信道模型

2．5 本章小结

第三章 压缩传感

3．1 压缩传感的理论结构

3．2 信号的重构算法

3．2．1 凸优化算法

3．2．2 贪婪迭代算法

3．2．3 组合算法

3．3 本章小结

第四章 基于压缩传感的IR-UWB接收机

4．1 IR-UWB信号的稀疏表示

4．2 基于压缩传感的IR-UWB信号重构

4．3 基于压缩传感的IR-UWB接收机系统(CS接收机)

4．3．1 CS接收机的原理结构

4．3．2 CS接收机的优点

4．4 仿真实验结果与分析

4．5 本章小结

第五章 基于压缩传感的MB-OFDM超宽带信号重构

5．1 并行分段式压缩传感(PSCS)

5．2 改进的并行分段式压缩传感与重构算法

5．3 仿真实验结果与分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 未来展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢