【摘 要】
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在无线通信技术飞速发展的今天,如何有效进行频谱资源的管理和应用显得尤为重要。针对这个问题,认知无线电（Cognitive Radio,CR）系统是一项非常有应用前景的技术,其重要组成部分就是频谱感知。它能够通过识别频谱空洞来避免主用户和二级用户之间的干扰,从而高效的利用频谱资源。CR系统未来将在很宽的频率范围内运行,因此宽带频谱感知技术的研究至关重要。而传统信号处理所要求的奈奎斯特速率给频谱感知的
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在无线通信技术飞速发展的今天,如何有效进行频谱资源的管理和应用显得尤为重要。针对这个问题,认知无线电（Cognitive Radio,CR）系统是一项非常有应用前景的技术,其重要组成部分就是频谱感知。它能够通过识别频谱空洞来避免主用户和二级用户之间的干扰,从而高效的利用频谱资源。CR系统未来将在很宽的频率范围内运行,因此宽带频谱感知技术的研究至关重要。而传统信号处理所要求的奈奎斯特速率给频谱感知的接收机带来了非常大的挑战,硬件应用的高研发成本、信号处理的高复杂度等问题也给实际应用带来了很大的困难。为了解决这些问题,一些学者从压缩感知中获得启发,开始研究基于亚奈奎斯特采样的宽带频谱感知技术,并开发了多种频谱感知方法。这些方法的诞生不仅降低了实际应用对硬件的要求,还解放了数据压缩、传输、处理层面的压力。本文就提出了一种计算复杂度低且便于硬件实现的基于亚奈奎斯特采样的频谱感知方法,然后根据此方法设计并实现了一个基于亚奈奎斯特采样的实验验证系统。相较于已有的一些研究成果,本文提出的方法复杂度更低,在低信噪比情况下准确性更高,并且对硬件系统的资源利用更高效。本文的主要工作和创新点如下:（1）基于压缩协方差感知的宽带频谱感知算法的研究及其改进。现有的基于压缩协方差感知的方法在信号样本较少时,无法保证信号重构的准确度,而提高样本点数又增大了硬件系统处理的难度。针对这个问题,本文提出了一种瞬时计算复杂度低的改进方法。在硬件系统的实现上,可以使用更低的计算资源来处理更多的样本点。（2）基于改进后的压缩协方差感知的方法设计并实现了一个宽带频谱感知系统,包括前级射频接收、亚奈奎斯特采样和FPGA算法等。为了接收无线信号,在前级射频接收的设计上,加入了自动增益控制的设计;然后通过多陪集采样架构,来获取亚奈奎斯特采样样本;最后通过压缩协方差感知的FPGA算法处理信号样本,实现频谱感知。（3）完成了硬件系统的调试工作,实现了基于压缩协方差感知的宽带频谱感知的原理验证。在硬件系统的功能测试阶段,通过信号源直接输入信号和天线接收无线信号这两种方式,测试了输入不同类型信号的情况下,系统的重构准确度和动态范围等指标。
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