專利名稱：稀疏多頻帶信號的高效采樣和重建的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及信號采樣和重建，具體涉及用于對多頻帶信號進行采樣和重建的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
各種系統(tǒng)和應用涉及對多頻帶信號——即頻譜密度集中在一組一個或多個不同譜帶(spectral band)中的信號——的處理。例如，在無線通信系統(tǒng)、頻譜管理應用、雷達系統(tǒng)、醫(yī)療成像系統(tǒng)等等中，會遇到多頻帶信號。在許多這些應用中，對攜帶信息的模擬多頻帶信號進行采樣，即轉(zhuǎn)換為數(shù)字樣本。然后通過處理該數(shù)字樣本來重建該信息。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述的本發(fā)明的一個實施方案提供了一種用于信號處理的方法，包括將模擬輸入信號分發(fā)至多個處理頻道(processing channels)；在每個處理頻道中，將所述輸入信號與對應的包括多條譜線(spectral lines)的周期性波形混頻，以產(chǎn)生對應的基帶信號，在該基帶信號中所述輸入信號的多個頻譜切片 (spectral slices)彼此疊加；以及將在每個處理頻道中產(chǎn)生的基帶信號數(shù)字化，以產(chǎn)生表示所述輸入信號的一組數(shù)字樣本序列。在一些實施方案中，所述方法包括在將每個處理頻道中的基帶信號數(shù)字化之前對所述信號進行濾波。在一個實施方案中，對所述基帶信號進行濾波包括使用具有單個頻譜切片的帶寬的低通濾波器(LPF)對所述信號進行濾波，并且，將所述基帶信號數(shù)字化包括以相當于所述帶寬的采樣率對所述信號進行采樣。在一個替代實施方案中，對所述基帶信號進行濾波包括使用具有大于單個頻譜切片的帶寬的低通濾波器(LPF)對所述信號進行濾波，并且，將所述基帶信號數(shù)字化包括以相當于所述帶寬的采樣率對所述信號進行采樣。在一些實施方案中，所述方法包括從所述處理頻道接收對應的數(shù)字樣本序列，并且通過處理所述數(shù)字樣本序列來重建所述輸入信號的一個或多個特征。在一個實施方案中，重建所述特征包括生成所述輸入信號的模擬估計(analog estimate)。在另一個實施方案中，所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，并且重建所述特征包括生成所述信號分量中的至少一個信號分量的模擬估計。在又一個實施方案中，所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，并且重建所述特征包括識別所述譜帶的對應的頻帶邊緣(band edges) 0在又一個實施方案中，所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，并且重建所述特征包括識別所述譜帶的對應的載波頻率。在一個實施方案中，所述輸入信號包括在對應的譜帶中攜帶數(shù)據(jù)的一個或多個信號分量，并且重建所述特征包括解調(diào)所述信號分量中的至少一個信號分量以重建所述數(shù)據(jù)。在一些實施方案中，處理所述數(shù)字樣本序列包括識別所述頻譜切片的含有信號能量(signal energy)的子集，并根據(jù)所識別的子集來重建所述特征。在所公開的一個實施方案中，識別所述子集包括為所述數(shù)字樣本序列構(gòu)造由V 矩陣表示的代數(shù)基(algebraic basis)；找到作為V = OT的最稀疏解的U矩陣，其中C包括所述周期性波形的傅立葉級數(shù)系數(shù)矩陣；以及，根據(jù)所述U矩陣的非零元的對應的下標 (indices)來識別所述子集。在一個實施方案中，構(gòu)造所述代數(shù)基包括對所述數(shù)字樣本序列的向量與該向量的轉(zhuǎn)置的乘積進行積分，以產(chǎn)生表示所述基的Q矩陣，并找到滿足V = Q 的U矩陣。在另一個實施方案中，構(gòu)造所述代數(shù)基包括對所述數(shù)字樣本序列的向量與該向量的轉(zhuǎn)置的乘積進行積分，以產(chǎn)生表示所述基的Q矩陣，并分解所述Q矩陣以將所述Q矩陣表示為所述V矩陣的復共軛乘以所述V矩陣。在一些實施方案中，找到所述U矩陣包括使用多度量向量(MMV)方法(Multiple-Measurement Vector process)對 V = CU 求解。在一些實施方案中，將所述輸入信號混頻、將所述基帶信號數(shù)字化和重建所述特征是在單個半導體器件中執(zhí)行的。在一個實施方案中，所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，并且，將所述輸入信號混頻、將所述基帶信號數(shù)字化和重建所述特征的執(zhí)行與對應的譜帶的頻率無關(guān)。在另一個實施方案中，所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，所述信號分量的頻率是事先已知的(known a-priori)。在一個實施方案中，所述方法還包括在將所述輸入信號與對應的周期性波形混頻之前，在所述處理頻道中的至少一個處理頻道中對所述輸入信號的頻率響應進行預均衡 (pre-equalizing)。附加地或替代地，所述方法還包括在將所述輸入信號與所述處理頻道中的至少一個處理頻道中的周期性波形混頻之前，調(diào)節(jié)所述周期性波形的功率電平(power level)ο在一些實施方案中，所述方法包括使用數(shù)字移位寄存器為所述處理頻道中的至少一個處理頻道生成對應的周期性波形。生成所述周期性波形可以包括生成多個不同的周期性波形，用于與對應的處理頻道的輸入信號——其來自所述移位寄存器的對應的不同抽頭——混頻。在所公開的一個實施方案中，生成所述周期性波形包括將兩個或更多個移位寄存器器件級聯(lián)以形成所述移位寄存器，并使用級聯(lián)的移位寄存器器件來生成所述周期性波形。在一些實施方案中，所述輸入信號包括攜帶著多個通信頻道的通信信號。所述通信頻道可以是認知型無線電系統(tǒng)(cognitive radio system)的一部分。在一些替代實施方案中，所述輸入信號包括雷達信號、醫(yī)學成像信號、聲學回波信號(acoustic echo signal)、語音信號和/或圖像信號。在一個實施方案中，將所述輸入信號分發(fā)和混頻以及將所述基帶信號數(shù)字化是在分析所述輸入信號的頻譜分析儀中執(zhí)行的。替代地，將所述輸入信號分發(fā)和混頻以及將所述基帶信號數(shù)字化是在處理所述輸入信號的通信交換機 (communication switchboard)中執(zhí)行的。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，還提供了用于信號處理的設備，包括多個處理頻道，用于處理模擬輸入信號，每個處理頻道包括
混頻器，其被配置為將所述輸入信號與對應的包括多條譜線的周期性波形混頻， 以產(chǎn)生對應的基帶信號，在該基帶信號中所述輸入信號的多條譜線彼此疊加；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其被配置為將在每個處理頻道中產(chǎn)生的基帶信號數(shù)字化，以產(chǎn)生對應的數(shù)字樣本序列。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，還提供了一種接收機，包括前端，其被配置為接收模擬輸入信號；多個處理頻道，每個處理頻道包括混頻器，其被配置為將所述輸入信號與對應的包括多條譜線的周期性波形混頻， 以產(chǎn)生對應的基帶信號，在該基帶信號中所述輸入信號的多個頻譜切片彼此疊加；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其被配置為將在每個處理頻道中產(chǎn)生的基帶信號數(shù)字化，以產(chǎn)生對應的數(shù)字樣本序列；以及重建單元，其被配置為從所述處理頻道接收對應的數(shù)字樣本序列，并通過處理所述數(shù)字樣本序列來重建所述輸入信號的一個或多個特征。結(jié)合附圖，從本發(fā)明的實施方案的下列詳細描述中，將更充分地理解本發(fā)明，在附圖中


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的稀疏多頻帶信號(sparse multi-band signal)的示意性頻譜圖；圖2是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于稀疏多頻帶采樣和重建的系統(tǒng)的方框圖；圖3是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于稀疏多頻帶信號采樣和重建的理論系統(tǒng)配置的方框圖；圖4是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于稀疏多頻帶信號采樣和重建的方法的流程圖；圖5和圖6是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的信號重建單元的方框圖；圖7是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于多頻帶信號基帶處理的方法的流程圖；圖8是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的數(shù)字實現(xiàn)的載波恢復處理 (digitally-implemented carrier recovery process)白勺方框圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的混頻電路的電路圖；圖10和圖11是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于生成寬帶周期性波形的電路的方框圖；以及圖12是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的應用了稀疏多頻帶采樣和重建的接收機的方框圖。
具體實施例方式概述下文描述的本發(fā)明的實施方案提供了改進的用于模擬多頻帶信號采樣和重建的方法和系統(tǒng)。所公開的技術(shù)以顯著低于模擬多頻帶輸入信號的奈奎斯特率的采樣率對該信號進行采樣，而不需要對該信號的譜帶的頻率有任何預先知曉。在一些實施方案中，采樣單元使用并行運作的一組處理頻道對輸入信號進行采樣。每個處理頻道包括一個混頻器，該混頻器將輸入信號與對應的寬帶周期性波形混頻。每個周期性波形被設計為具有包括多條譜線的梳狀頻譜。因此，將輸入信號與這樣的波形混頻產(chǎn)生了一個基帶信號，在該基帶信號中所述輸入信號的多個頻譜切片彼此疊加。在混頻之后，所述基帶信號被低通濾波器濾波。在所述多個處理頻道中產(chǎn)生的基帶信號被對應的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)數(shù)字化，從而產(chǎn)生表示所述模擬多頻帶輸入信號的一組數(shù)字樣本序列。在一些實施方案中，重建單元從這組數(shù)字樣本序列重建該模擬多頻帶輸入信號的各種特征。該重建單元可以重建，例如該模擬多頻帶輸入信號自身；位于該多頻帶信號的個體頻帶中的個體信號分量；這些信號分量的載波頻率和/或頻帶邊緣；以及/或者，由這些信號分量傳送的數(shù)據(jù)。本文描述了高效地(efficiently)展開基帶信號中已疊加的頻譜切片的幾種重建技術(shù)。由于將寬帶周期性波形新穎地用于下變頻以及關(guān)聯(lián)的重建技術(shù)，本文描述的方法和設備可以使用以遠低于稀疏模擬多頻帶信號的奈奎斯特率的率運行的硬件對該信號進行采樣和重建。結(jié)果是，可以使用低成本ADC和其他硬件，并且在某些情況下使用數(shù)字信號處理(DSP)軟件，來處理寬帶信號。另外，所公開的技術(shù)使得能夠?qū)挸^已知采樣方案的容量的信號進行采樣和重建。在本文描述的一個示例性實現(xiàn)方式中，對具有2GHz奈奎斯特頻率的稀疏多頻帶信號進行采樣和重建。使用該信號的稀疏性質(zhì)(即，該多頻帶信號的分量僅占用總頻譜的一小部分這一事實)，使用四個ADC——每個ADC以60MHz的采樣率運行——對該信號進行無信息丟失的采樣。本文描述了待用在所公開的采樣處理中的用于生成寬帶周期性波形的幾種示例性技術(shù)。還描述了用于以這樣的波形來驅(qū)動混頻器的電路，以及用于對所得到的基帶信號的頻率響應進行均衡的電路。在一個實施方案中，本文描述的技術(shù)可以在芯片級實現(xiàn)。例如，單個半導體器件可以包括模擬前端、多個處理頻道，以及重建電路。這樣的器件可以接受多頻帶模擬輸入信號，并輸出此信號的多個窄帶分量，而無需預先知曉它們的頻譜位置。附加地或替代地，該器件可以輸出由這些信號分量和/或它們的載波頻率傳送的數(shù)據(jù)。無論多頻帶信號的個體信號分量的載波頻率是否已知，均可以使用本文描述的方法和系統(tǒng)。在任一情況下，所公開的技術(shù)提供了一種強大且靈活的解調(diào)器架構(gòu)，該解調(diào)器架構(gòu)以遠低于該信號的奈奎斯特率的率運行。雖然本文描述的實施方案主要涉及稀疏信號， 但所公開的技術(shù)絕不限于用于此種信號，而是亦可以用于占據(jù)奈奎斯特頻譜的大部分甚至整個頻譜的信號。稀疏多頻帶信號圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的稀疏多頻帶信號的示意性頻譜圖。時域信號被表示為x(t)，而該信號的頻譜，如圖1所示，被表示為X(f)。該信號的奈奎斯特頻率 (通常被定義為該信號中最高的可能頻率的兩倍)被表示為fNYQ。因此，X(f)被限定在范圍[_fNYQ/2，W2]內(nèi)。圖1中所示的多頻帶信號X(f)包括N個信號分量，每個信號分量占據(jù)著范圍[_fNYQ/2，fNYQ/2]內(nèi)的某一子頻帶。雖然本文描述的實施方案主要涉及多個信號分量，但是所公開的技術(shù)亦可以用于具有僅一個分量的信號，即N= 1。在當前實施例中， 示出了兩個信號分量20A和20B。(圖1示出了實表示法(real presentation)，其中該信號的虛部(image)占據(jù)了范圍[_fNYQ/2，fNYQ/2]的負半部。在此實施例中，信號分量20A和 20B分別具有虛部20C和20D。)第i個信號分量占據(jù)了區(qū)間bj，且具有中心頻率&。 最寬的子頻帶區(qū)間的帶寬被表示為B。術(shù)語“稀疏”指的是所述多個信號分量僅僅占據(jù)范圍 [-fNTQ/2, W2]的小的百分比(例如，10%或更少)這一事實。頻譜范圍[_fNYQ/2，W2]被劃分成M = 2L+1個切片24。每個切片M對于某一 T具有1/T的帶寬，以使得1/T彡B。信號x(t)通常是稀疏的，即，頻譜X(f)僅在范圍 [-W2,W2]的相對小的一部分中具有非零值。換言之，X(f)僅在相對小數(shù)量的切片M 中具有非零值。第i個切片的頻譜被表示為ZJnL-L彡i彡L。本文描述的技術(shù)使用以顯著小于奈奎斯特率fMQ的率1/T運行的硬件來對信號 X(t)進行采樣。然而，本文描述的技術(shù)能夠無信息丟失地重建由該信號傳送的信息。采樣和重建的執(zhí)行都不需要對信號分量(即，區(qū)間[apbi])在信號頻譜中的位置有任何預先知曉。本文描述的技術(shù)在信號分量的頻譜位置已知的應用中和在信號分量的頻譜位置事先未知的應用中都是有用的。在本文描述的實施方案中，該多頻帶信號的整個頻譜響應被限制于這N個子頻帶，而沒有能量落到這些子頻帶之外。然而，本文描述的方法和系統(tǒng)也可以用于信號能量的一小部分落在所述子頻帶之外的信號。在本文中，這樣的信號也被視為多頻帶信號。雖然下文的說明主要針對復信號表示法，但該選擇純粹是為了清楚起見而作出的。本文描述的方法和系統(tǒng)也可以用簡單易懂的方式適配并用于實值信號。雖然適用于多種信號類型，但本文描述的方法和系統(tǒng)特別有利于對稀疏多頻帶信號進行采樣和重建，在稀疏多頻帶信號中信號子頻帶的累積帶寬(cumulative bandwidth)相對于范圍[_fNYQ/2，fNYQ/2]的大小而言是小的。系統(tǒng)描述圖2是示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于稀疏多頻帶信號采樣和重建的系統(tǒng)30的方框圖。系統(tǒng)30使用以率1/T運行的硬件對信號x(t)進行采樣和重建。 通常將1/T選擇為處于B的數(shù)量級，B是x(t)的個體信號分量的帶寬。從而，系統(tǒng)30的配置能夠使用以易于達到的時鐘率運行的硬件對極寬帶信號(extremely wideband signal) 進行采樣和重建。信號x(t)被提供作為系統(tǒng)30的輸入，并且被m個處理頻道采樣。通常但不必須， 將m選擇為處于N的數(shù)量級，N是x(t)的信號分量的數(shù)量。每個處理頻道包括混頻器34、 低通濾波器(LPF)38和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)42。在第i個處理頻道中，混頻器34將信號χ (t) 與被表示為Pi (t)的寬帶周期性波形混頻。波形Pi(t)通常具有周期Τ。這樣，p, (t)的頻譜是梳狀的，并且包括彼此間隔1/T Hz的一系列譜線(脈沖)。當將x(t)與這樣的周期性波形混頻時，每個混頻器34生成x(t)的多個副本，這些副本被頻移了 1/T的不同倍數(shù)。尤其，混頻器輸出處的區(qū)間[_1/2T，1/2T]包括了信號 x(t)的多個不同的切片對，這些切片對被頻移到基帶并且彼此疊加。在每個處理頻道中， 在疊加中給予切片M的相對權(quán)重取決于在那個頻道中使用的周期性波形。
在圖2的實施方案中，LPF 38具有被表示為h(t)的脈沖響應和1/T的帶寬。因此，每個處理頻道中的LPF 38將混頻器輸出濾波，以基本僅保留上述區(qū)間[_1/2T，1/2T]。 每個處理頻道中的ADC 42以t = nT間隔——即以率1/T——對LPF輸出進行采樣。第i 個處理頻道中的ADC42產(chǎn)生了被表示Syi [η]的數(shù)字樣本序列。(在一些替代實施方案中， 可以通過增加LPF 38的帶寬和ADC的采樣率來減少處理頻道的數(shù)量，下文將進一步描述。)總之，系統(tǒng)30的m個處理頻道產(chǎn)生了 m個離散時間數(shù)字樣本序列yjn]，i = L··· m，其代表該模擬多頻帶輸入信號。每個序列7』11]的頻譜位于區(qū)間[_1/2T，1/2T]內(nèi)，并且包括X(f)的頻譜切片M的某一疊加(superposition)。由于周期性波形Pi(t)是彼此不同的，所以由不同處理頻道產(chǎn)生的疊加也是彼此不同的。系統(tǒng)30包括信號重建單元46，其對序列71 [η]進行處理以重建模擬信號χ (t)。重建的信號被表示為對O。在一些實施方案中，單元46產(chǎn)生模擬寬帶信號。在一些替代實施方案中，單元46可以產(chǎn)生N個窄帶信號，這N個窄帶信號再造χ (t)的N個子頻帶或者這 N個子頻帶的某一子集。附加地或替代地，單元46可以將由這N個子頻帶或由這N個子頻帶的某一子集傳送的數(shù)據(jù)解調(diào)。在一些實施方案中，重建單元46還識別由信號χ (t)占據(jù)的這N個子頻帶的頻譜位置。這些頻譜位置被稱為該信號的頻譜支持(spectral support), 被表示為S。下面在圖5和圖6中描述了重建單元46的幾個示例性實現(xiàn)方式。通過將系統(tǒng)30與理論系統(tǒng)比較，可以更容易地理解圖2的采樣方案的優(yōu)點，在該理論系統(tǒng)中，每個處理頻道將輸入信號與單個正弦波形混頻，而不是與寬帶周期性波形諸如Pi(t)混頻。下文的說明描述了一個此類的理論配置。圖3是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于稀疏多頻帶信號采樣和重建的理論系統(tǒng)50的方框圖。系統(tǒng)50包括多個處理頻道，每個處理頻道包括混頻器 54、LPF 58和ADC 62。不同于系統(tǒng)30，在系統(tǒng)50中每個混頻器都執(zhí)行常規(guī)下變頻(down conversion)，即，將x(t)與單個正弦波形混頻。然而，為了使用常規(guī)下變頻來處理整個區(qū)間[_fmQ/2，fNYQ/2]，要求系統(tǒng)50具有至少M = 2L+1個處理頻道，每個處理頻道信號χ (t)對對應的一個頻譜切片M進行下變頻和采樣。系統(tǒng)50中的每個混頻器M將x(t)與形式為emWT，-L彡k彡L的單個正弦波形混頻，即，將第k個頻譜切片平移到基帶。系統(tǒng)50中的每個處理頻道的輸出包括對應的切片M在平移到基帶之后的頻譜，即，Zk[η]，-L彡k彡L(見圖1)?？梢岳斫猓到y(tǒng)50中的處理頻道的數(shù)量是M——頻譜切片M的數(shù)量，無論實際上有多少個切片含有信號能量。在涉及稀疏多頻帶信號的許多實際應用中，頻譜切片的數(shù)量非常大，且其中僅有一小部分含有非零信號能量。在這樣的情況下，系統(tǒng)50中的大多數(shù)處理頻道處理的是未占據(jù)的切片并產(chǎn)生零序列。因此，系統(tǒng)50的配置效率極低，并且常常實現(xiàn)起來不現(xiàn)實。另一方面，在圖2的系統(tǒng)30中，處理頻道的數(shù)量處于N——所占用的信號子頻帶的實際數(shù)量——的數(shù)量級。這樣，圖2的方案充分利用了 x(t)是稀疏的這一事實，并且使用實用數(shù)量的處理頻道對該信號進行采樣。圖3的系統(tǒng)50在本文中被稱為理論系統(tǒng)，而本文描述它是為了論證上述圖2的系統(tǒng)30的有效性。在系統(tǒng)50的理論方案中，可以使用變頻單元(conversion unit)66從序列、[η] 得出序列7』11]。在給定的時間(即，對于給定的η)，單元66將^[11]值的M元向量乘以一個被表示為C的mXM矩陣，以產(chǎn)生yi [η]值的一個m元向量。矩陣C含周期性波形Pi (t) 的傅立葉級數(shù)系數(shù)。從序列^[n]得出序列7』11]是由y[n] =Cz [η]給出的，其中y[n] 表示對于給定η含有值yi [η]，i = 1···πι的一個m元向量，且z[n]表示對于同一 η含有值 zk[n],k= Ρ··Μ的一個M元向量。矩陣C的系數(shù)，被表示為Cij，是由下式給出的
權(quán)利要求
1.一種用于信號處理的方法，包括將模擬輸入信號分發(fā)至多個處理頻道；在每個處理頻道中，將所述輸入信號與對應的包括多條譜線的周期性波形混頻，以產(chǎn)生對應的基帶信號，在該基帶信號中所述輸入信號的多個頻譜切片彼此疊加；以及將在每個處理頻道中產(chǎn)生的基帶信號數(shù)字化，以產(chǎn)生表示所述輸入信號的一組數(shù)字樣本序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在將每個處理頻道中的基帶信號數(shù)字化之前對所述信號進行濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中對所述基帶信號進行濾波包括使用具有單個頻譜切片的帶寬的低通濾波器(LPF)對所述信號進行濾波，并且其中將所述基帶信號數(shù)字化包括以相當于所述帶寬的采樣率對所述信號進行采樣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中對所述基帶信號進行濾波包括使用具有大于單個頻譜切片的帶寬的低通濾波器(LPF)對所述信號進行濾波，并且其中將所述基帶信號數(shù)字化包括以相當于所述帶寬的采樣率對所述信號進行采樣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，還包括從所述處理頻道接收對應的數(shù)字樣本序列，并且通過處理所述數(shù)字樣本序列來重建所述輸入信號的一個或多個特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中重建所述特征包括生成所述輸入信號的模擬估計。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，并且其中重建所述特征包括生成所述信號分量中的至少一個信號分量的模擬估計。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，并且其中重建所述特征包括識別所述譜帶的對應的頻帶邊緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，并且其中重建所述特征包括識別所述譜帶的對應的載波頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述輸入信號包括在對應的譜帶中攜帶數(shù)據(jù)的一個或多個信號分量，并且其中重建所述特征包括解調(diào)所述信號分量中的至少一個信號分量以重建所述數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中處理所述數(shù)字樣本序列包括識別所述頻譜切片的含有信號能量的子集，并根據(jù)所識別的子集來重建所述特征。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中識別所述子集包括為所述數(shù)字樣本序列構(gòu)造由V矩陣表示的代數(shù)基；找到作為V = CU的最稀疏解的U矩陣，其中C包括所述周期性波形的傅立葉級數(shù)系數(shù)矩陣；以及根據(jù)所述U矩陣的非零元的對應的下標來識別所述子集。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中構(gòu)造所述代數(shù)基包括對所述數(shù)字樣本序列的向量與該向量的轉(zhuǎn)置的乘積進行積分，以產(chǎn)生表示所述基的Q矩陣，并找到滿足V = QWU 矩陣。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中構(gòu)造所述代數(shù)基包括對所述數(shù)字樣本序列的向量與該向量的轉(zhuǎn)置的乘積進行積分，以產(chǎn)生表示所述基的Q矩陣，并分解所述Q矩陣以將所述Q矩陣表示為所述V矩陣的復共軛乘以所述V矩陣。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中找到所述U矩陣包括使用多度量向量(MMV)方法對V = CU求解。
16.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中將所述輸入信號混頻、將所述基帶信號數(shù)字化和重建所述特征是在單個半導體器件中執(zhí)行的。
17.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，并且其中將所述輸入信號混頻、將所述基帶信號數(shù)字化和重建所述特征的執(zhí)行與對應的譜帶的頻率無關(guān)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，所述信號分量的頻率是事先已知的。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，還包括在將所述輸入信號與對應的周期性波形混頻之前，在所述處理頻道中的至少一個處理頻道中對所述輸入信號的頻率響應進行預均衡。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，還包括在將所述輸入信號與所述處理頻道中的至少一個處理頻道中的周期性波形混頻之前，調(diào)節(jié)所述周期性波形的功率電平。
21.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，還包括使用數(shù)字移位寄存器為所述處理頻道中的至少一個處理頻道生成對應的周期性波形。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中生成所述周期性波形包括生成多個不同的周期性波形，用于與對應的處理頻道中的輸入信號——其來自所述移位寄存器的對應的不同抽頭——混頻。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中生成所述周期性波形包括將兩個或更多個移位寄存器器件級聯(lián)以形成所述移位寄存器，并使用級聯(lián)的移位寄存器器件來生成所述周期性波形。
24.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中所述輸入信號包括攜帶著多個通信頻道的通信信號。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中所述通信頻道是認知型無線電系統(tǒng)的一部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中所述輸入信號包括雷達信號和醫(yī)學成像信號之一。
27.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中所述輸入信號包括聲學回波信號、語音信號和圖像信號之一。
28.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中將所述輸入信號分發(fā)和混頻以及將所述基帶信號數(shù)字化是在分析所述輸入信號的頻譜分析儀中執(zhí)行的。
29.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中將所述輸入信號分發(fā)和混頻以及將所述基帶信號數(shù)字化是在處理所述輸入信號的通信交換機中執(zhí)行的。
30.用于信號處理的設備，包括多個處理頻道，用于處理模擬輸入信號，每個處理頻道包括混頻器，其被配置為將所述輸入信號與對應的包括多條譜線的周期性波形混頻，以產(chǎn)生對應的基帶信號，在該基帶信號中所述輸入信號的多條譜線彼此疊加；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其被配置為將在每個處理頻道中產(chǎn)生的基帶信號數(shù)字化，以產(chǎn)生對應的數(shù)字樣本序列。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的設備，其中每個所述處理頻道包括濾波器，所述濾波器被配置為在所述基帶信號被對應的ADC數(shù)字化之前對所述信號進行濾波。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設備，其中所述濾波器包括具有單個頻譜切片的帶寬的低通濾波器(LPF)，并且其中所述ADC被配置為以相當于所述帶寬的采樣率對所述信號進行采樣。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設備，其中所述濾波器包括具有大于單個頻譜切片的帶寬的低通濾波器(LPF)，并且其中所述ADC被配置為以相當于所述帶寬的采樣率對所述信號進行采樣。
34.根據(jù)權(quán)利要求30-33中任一項所述的設備，還包括重建單元，所述重建單元被配置為從所述處理頻道接收對應的數(shù)字樣本序列，并且通過處理所述數(shù)字樣本序列來重建所述輸入信號的一個或多個特征。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的設備，其中所述重建單元被配置為生成所述輸入信號的模擬估計。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的設備，其中所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，并且其中所述重建單元被配置為生成所述信號分量中的至少一個信號分量的模擬估計。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的設備，其中所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，并且其中所述重建單元被配置為識別所述譜帶的對應的頻帶邊緣。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的設備，其中所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，并且其中所述重建單元被配置為識別所述譜帶的對應的載波頻率。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的設備，其中所述輸入信號包括在對應的譜帶中攜帶數(shù)據(jù)的一個或多個信號分量，并且其中所述重建單元被配置為解調(diào)所述信號分量中的至少一個信號分量以重建所述數(shù)據(jù)。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的設備，其中所述重建單元被配置為識別所述頻譜切片的含有信號能量的子集，并根據(jù)所識別的子集來重建所述特征。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的設備，其中所述重建單元被配置為通過如下步驟識別所述子集為所述數(shù)字樣本序列構(gòu)造由V矩陣表示的代數(shù)基；找到作為V = CU的最稀疏解的U矩陣，其中C包括所述周期性波形的傅立葉級數(shù)系數(shù)矩陣；以及根據(jù)所述U矩陣的非零元的對應的下標來識別所述子集。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的設備，其中所述重建單元被配置為通過如下步驟構(gòu)造所述代數(shù)基對所述數(shù)字樣本序列的向量與該向量的轉(zhuǎn)置的乘積進行積分，以產(chǎn)生表示所述基的Q矩陣，并找到滿足V = QWU矩陣。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的設備，其中所述重建單元被配置為通過如下步驟構(gòu)造所述代數(shù)基對所述數(shù)字樣本序列的向量與該向量的轉(zhuǎn)置的乘積進行積分，以產(chǎn)生表示所述基的Q矩陣，并分解所述Q矩陣以將所述Q矩陣表示為所述V矩陣的復共軛乘以所述V矩陣。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的設備，其中所述重建單元被配置為通過使用多度量向量 (MMV)方法對V = OT求解來找到所述U矩陣。
45.根據(jù)權(quán)利要求34所述的設備，其中所述處理頻道和所述重建單元被包括在單個半導體器件中。
46.根據(jù)權(quán)利要求34所述的設備，其中所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，并且其中所述處理頻道和所述重建單元被配置為與對應的譜帶的頻率無關(guān)地將所述輸入信號混頻、將所述基帶信號數(shù)字化和重建所述特征。
47.根據(jù)權(quán)利要求30-33中任一項所述的設備，其中所述輸入信號包括在對應的譜帶中的一個或多個信號分量，所述信號分量的頻率是事先已知的。
48.根據(jù)權(quán)利要求30-33中任一項所述的設備，還包括均衡器，所述均衡器被配置為 在將所述輸入信號與對應的周期性波形混頻之前，在所述處理頻道中的至少一個處理頻道中對所述輸入信號的頻率響應進行預均衡。
49.根據(jù)權(quán)利要求30-33中任一項所述的設備，還包括功率控制電路，所述功率控制電路被配置為在將所述輸入信號與所述處理頻道中的至少一個處理頻道中的周期性波形混頻之前，調(diào)節(jié)所述周期性波形的功率電平。
50.根據(jù)權(quán)利要求30-33中任一項所述的設備，還包括數(shù)字移位寄存器，所述數(shù)字移位寄存器被配置為為所述處理頻道中的至少一個處理頻道生成對應的周期性波形使用。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的設備，其中所述移位寄存器被配置為輸出多個不同的周期性波形，用于與對應的處理頻道中的輸入信號——其來自所述移位寄存器的對應的不同抽頭——混頻。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的設備，其中所述移位寄存器包括級聯(lián)連接的兩個或更多個移位寄存器器件。
53.根據(jù)權(quán)利要求30-33中任一項所述的設備，其中所述輸入信號包括攜帶著多個通信頻道的通信信號。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的設備，其中所述通信頻道是認知型無線電系統(tǒng)的一部分。
55.根據(jù)權(quán)利要求30-33中任一項所述的設備，其中所述輸入信號包括雷達信號和醫(yī)學成像信號之一。
56.根據(jù)權(quán)利要求30-33中任一項所述的設備，其中所述輸入信號包括聲學回波信號、 語音信號和圖像信號之一。
57.根據(jù)權(quán)利要求30-33中任一項所述的設備，其中所述處理頻道被包含在分析所述輸入信號的頻譜分析儀中。
58.根據(jù)權(quán)利要求30-33中任一項所述的設備，其中所述處理頻道被包含在處理所述輸入信號的通信交換機中。
59.一種接收機，包括前端，其被配置為接收模擬輸入信號；多個處理頻道，每個處理頻道包括混頻器，其被配置為將所述輸入信號與對應的包括多譜線的周期性波形混頻，以產(chǎn)生對應的基帶信號，在該基帶信號中所述輸入信號的多個頻譜切片彼此疊加；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其被配置為將在每個處理頻道中產(chǎn)生的基帶信號數(shù)字化，以產(chǎn)生對應的數(shù)字樣本序列；以及重建單元，其被配置為從所述處理頻道接收對應的數(shù)字樣本序列，并且通過處理所述數(shù)字樣本序列來重建所述輸入信號的一個或多個特征。
全文摘要
一種用于信號處理的方法，包括將模擬輸入信號分發(fā)到多個處理頻道。在每個處理頻道中，所述輸入信號與對應的包括多條譜線的周期性波形混頻，以產(chǎn)生對應的基帶信號，在該基帶信號中所述輸入信號的多個頻譜切片彼此疊加。將在每個處理頻道中產(chǎn)生的基帶信號數(shù)字化，以產(chǎn)生表示所述輸入信號的一組數(shù)字樣本序列。
文檔編號H04B1/18GK102318198SQ201080007352
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者M·米莎莉, Y·艾爾達 申請人:技術(shù)研究及發(fā)展基金有限公司