窄带带通信号的压缩采样及其稳定性研究

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软件无线电的核心目的是尽可能地对射频模拟信号直接进行数字化,而无须先经过下变频,就直接将其变成数字信号,再由DSP进行处理。但从计算角度看,若直接采用Nyquist采样定理,将导致过高的采样率,极大增加了计算负担。传统上,一般要采用带通信号的采样理论来降低采样率。 在二十世纪中期,Kohlenberg提出的窄带带通信号的二阶采样定理,指出对窄带信号进行采样率均为原始窄带信号的带宽的两阶采样,通过适当的重构函数消除采样间的频率混叠,就可以重构原始窄带信号。到2001年,王桥等人在Kohlenberg二阶采样基础上,对重构信号的稳定性进行了研究,并且计算出了两阶采样间的最佳相移并且给出了重构公式。 重建信号的精度,由采样率与量化级两个因素所决定。采样率与量化级之间,存在基本的折中关系。这个折中关系正是最近几年压缩传感与压缩采样理论所关注的基本主题。这个理论的基本追求是两个方面:要么在实现指定精度的信号重建时,尽可能降低采样率;要么是在采样率一定的情况下,尽可能高精度的重建信号。 但以往在软件无线电中的采样理论,基本上是围绕降低采样率和提高稳定性而进行的,均未考虑量化对信号重建精度的影响。本文的贡献是:在对Kohlenberg二阶采样和王桥等人的最佳相移理论基础上,侧重研究采样数据的量化对重构信号性能的影响;其次研究了对窄带带通信号二阶采样时,采样率变化对重构信号的影响,并且讨论量化精度和采样率同时变化对信号重构的稳定性的影响。论文通过实验证据发现:当量化精度很低时,提高采样率会造成频谱泄漏,或者造成重构信号的重量化与原始信号的量化不完全一致;论文针对频谱泄漏问题,提出了高精度重构窄带信号,并且在此方法下研究了量化精度和采样率同时变化对信号重构的影响。最后,将这两种方法的结果进行比较分析,得出了在采样率提高相同倍数情况下,量化精度较低时,高精度重构窄带信号方法比直接重构信号方法产生的误差小,且无频谱泄漏现象;而当量化精度较高时,直接二阶采样方法重构信号的误差较小,且也无明显频谱泄漏现象发生。
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