【摘要】：隨著信息全球化的發(fā)展,需要構(gòu)建一種全球無縫覆蓋的信息網(wǎng)絡(luò)。作為實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋信息網(wǎng)的重要手段,星地混合通信系統(tǒng)將成為支撐起包括物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的涉及全球信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),同時(shí)在應(yīng)對(duì)領(lǐng)海爭端和區(qū)域沖突、自然災(zāi)害和人為災(zāi)難時(shí),這種全球信息網(wǎng)絡(luò)也將發(fā)揮重要作用。然而,在進(jìn)行星地混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),首先需要解決系統(tǒng)共存問題,有效躲避干擾,實(shí)現(xiàn)頻譜的共享,而頻譜感知技術(shù)為衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源共享提供了一種技術(shù)保障。目前,寬帶頻譜感知技術(shù)受到廣泛關(guān)注,寬帶頻譜感知可擴(kuò)大感知頻帶范圍,獲得更多頻譜接入機(jī)會(huì)。地面移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信不斷向更高的頻譜資源開發(fā)已成為一種必然趨勢,未來的星地混合通信系統(tǒng)將面臨頻譜的共享問題,為實(shí)現(xiàn)多用戶在突發(fā)干擾下的相互躲避,同時(shí)提高頻譜利用率,需要利用認(rèn)知無線電技術(shù),在更高、更寬頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬帶頻譜感知。頻帶越寬,采樣成本提高,利用現(xiàn)有的ADC難以實(shí)現(xiàn)。因此,能否降低采樣率成為制約寬帶頻譜感知技術(shù)發(fā)展的瓶頸,而近年來提出的壓縮感知理論可以依據(jù)少量觀測值實(shí)現(xiàn)對(duì)原始稀疏信號(hào)的高概率重構(gòu),為低速率采樣條件下實(shí)現(xiàn)寬帶頻譜感知提供強(qiáng)大的理論支撐。本文以星地混合通信系統(tǒng)為應(yīng)用背景,針對(duì)其寬帶頻譜感知場景中頻譜利用率低、信號(hào)位置和數(shù)量隨時(shí)間不斷變化的特點(diǎn),在對(duì)傳統(tǒng)調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器(Modulated Wideband Converter,MWC)系統(tǒng)改進(jìn)的基礎(chǔ)上,提出了一種基于Sub-Nyquist的寬帶頻譜感知盲檢測方法,實(shí)現(xiàn)寬帶頻譜的欠奈奎斯特采樣,同時(shí)處理多個(gè)未知載頻的射頻信號(hào),能夠靈活應(yīng)對(duì)射頻信號(hào)數(shù)量動(dòng)態(tài)變化的應(yīng)用場景,為實(shí)現(xiàn)星地混合通信系統(tǒng)頻譜資源的高效利用提供了一種有效途徑。本文主要的研究內(nèi)容如下:第一,基于多頻帶信號(hào)寬帶頻譜感知場景的建模,論文以星地混合通信系統(tǒng)為應(yīng)用背景,將寬帶頻譜感知與壓縮感知理論相聯(lián)系,建立了星地混合通信系統(tǒng)寬帶頻譜感知場景的多頻帶信號(hào)模型。充分考慮多頻帶模型具有的頻譜稀疏性,利用MWC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的欠奈奎斯特采樣,并對(duì)信號(hào)支撐集進(jìn)行重構(gòu),獲取感知頻譜的全局使用信息。第二,基于MWC的預(yù)檢測方法的研究,星地混合通信系統(tǒng)所部署的工作頻帶,頻譜利用率較低,在多數(shù)時(shí)間和空間上處于空閑狀態(tài)。若待感知頻譜內(nèi)無其他系統(tǒng)用戶存在,信號(hào)支撐集重構(gòu)結(jié)果受噪聲影響出現(xiàn)較大虛警,在不增加額外采樣負(fù)擔(dān)的前提下,在支撐集重構(gòu)之前增加預(yù)檢測過程,對(duì)頻譜使用狀態(tài)進(jìn)行初步估計(jì)。若待感知頻段處于空閑狀態(tài),可快速結(jié)束本輪頻譜感知過程,并給出感知結(jié)果,同時(shí)迅速進(jìn)入下一輪頻譜感知,有效提高頻譜感知速度。第三,信號(hào)支撐集盲重構(gòu)方法的設(shè)計(jì),星地混合通信系統(tǒng)寬帶頻譜感知場景中,射頻信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間和位置是隨機(jī)的,而某一時(shí)刻在待感知頻譜范圍內(nèi)的射頻信號(hào)數(shù)量不斷變化,很難獲得子頻帶數(shù)目信息。傳統(tǒng)MWC系統(tǒng)的支撐集重構(gòu)算法依賴于子頻帶數(shù)目,因此無法直接應(yīng)用于星地混合通信系統(tǒng)中,本文利用多測量向量的聯(lián)合稀疏特性,設(shè)計(jì)出不依賴于子頻帶數(shù)目的支撐集盲重構(gòu)算法,在未知子頻帶位置和數(shù)量的情況下,實(shí)現(xiàn)信號(hào)支撐集的盲重構(gòu)。第四,星地混合通信系統(tǒng)寬帶頻譜感知盲檢測方法的研究。針對(duì)星地混合通信系統(tǒng)寬帶頻譜感知過程中射頻信號(hào)數(shù)量不斷變化,造成傳統(tǒng)MWC系統(tǒng)難以在實(shí)際中應(yīng)用的問題,論文提出了一種盲檢測方法。利用單通道結(jié)構(gòu)改進(jìn)傳統(tǒng)MWC系統(tǒng)的模擬欠采樣前端,實(shí)現(xiàn)采樣過程的靈活控制。同時(shí),采用預(yù)檢測方法實(shí)現(xiàn)對(duì)待感知頻譜的粗檢測,并通過支撐集盲重構(gòu)算法定位子頻帶位置,完成感知頻譜的細(xì)檢測過程,為星地混合通信系統(tǒng)頻譜的共享提供技術(shù)支撐。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于窗環(huán)境中，，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多提供了一種全面的解決方案。采用單通道 MWC 結(jié)構(gòu)對(duì)輸入的模擬多頻帶信號(hào)進(jìn)行欠奈奎斯特采樣用基于 MMV 統(tǒng)計(jì)迭代的支撐集盲重構(gòu)算法實(shí)現(xiàn)支撐集的重構(gòu)，其重圖 5-26 所示。圖中右側(cè)部分為三個(gè)信號(hào)源，自下而上對(duì)應(yīng)表 5-1 中三圖中左半部分中，下方的示波器顯示三個(gè)信號(hào)源的頻譜，上方顯示器號(hào)的重構(gòu)結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN925

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2630122