压缩感知框架下的脉冲超宽带通信机理研究

高速ADC难以实现是当前制约脉冲超宽带（IR-UWB）实用化的主要技术难题，压缩感知（CS）理论为解决这一难题提供了契机。本项目拟对CS框架下的IR-UWB通信机理进行系统性研究，研究内容涉及压缩采样硬件架构、信道估计、调制解调、以及干扰抑制等。基于对信道的准静态特性、脉冲信号与信道的内在稀疏性、以及NBI/MUI的频域/时域准稀疏性的挖掘利用：为接收机模拟前端提出了能量收集高效且量化SNR提升的压缩测量架构方案；为接收机数字后端提出了高性能的基于稀疏重构的信道估计与信号解调方法、及NBI/MUI通用抑制方案；为发射机提出了新的调制方式，并拟通过对研究结果的综合提出可行的信令方案。通过本项目的研究：可建立起系统的压缩感知框架下的IR-UWB通信机理体系，为加速IR-UWB实用化进程做出新的探索；同时所取得的成果也将充实拓展CS理论本身，并为其他领域对CS理论的应用研究提供参考。

IR-UWB是一项在短距无线通信、测距定位、探测成像等领域具有广阔应用前景的新兴无线技术，但高速ADC难以实现是当前制约其实用化的主要技术难题。本项目基于对脉冲信号和信道稀疏特性的考虑，将应用数学领域新兴的压缩感知理论（CS）引入IR-UWB系统的设计中，建立基于低速率压缩采样的通信机理体系。项目研究内容涉及压缩采样硬件架构、信道估计、调制解调、干扰抑制以及测距等。截止2013年底，各研究计划要点全部执行，预期目标基本达到。..项目所取得成果包括：(1) 为接收机模拟前端提出了基于数字反馈的实时测量波形发生方案，基于此方案可实现对接收信号的子空间压缩测量，为信道估计、信号解调、NBI/MUI抑制等相关研究奠定了基础；(2) 提出了抗噪性能强的联合DS-SP信号重构算法，在不同噪声环境下均能获得最优性能，并基于对压缩测量值均等携带信息及高斯分布特性的考虑，提出了过载均匀量化、非均匀量化、过载非均匀量化三种量化机制及优化策略；(3) 基于对信道准静态历史先验的挖掘利用，借助反馈辅助，提出了两阶段实现的CS信道估计方法；(4) 设计了充分挖掘利用脉冲信号自身的稀疏特性的调制方式，为低速通信情形下BPM信号的解调提出了压缩域相关检测及子空间压缩域相关检测方法，为高速通信情形下Mary-PPM + BPM信号的解调提出了重构映射法与压缩域直接分类法；(5) 基于所提出的模拟前端带数字反馈的测量波形发生方案，研究设计了CS框架下IR-UWB系统中NBI和MUI的抑制策略；(6) 在对信道估计、调制方式、信号解调、NBI和MUI的抑制方案等多项研究内容的基础上，设计了可行的压缩感知框架下的IR-UWB信令方案；(7) 为基于压缩采样的IR-UWB 接收机的数字后端提出了高效高性能的测距方法，可从低速率的压缩采样序列中获得与Nyquist速率采样条件下精度相比拟的测距结果。