专利名称：稀疏多频带信号的高效采样和重建的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及信号采样和重建，具体涉及用于对多频带信号进行采样和重建的方法和系统。
背景技术：
各种系统和应用涉及对多频带信号——即频谱密度集中在一组一个或多个不同谱带(spectral band)中的信号——的处理。例如，在无线通信系统、频谱管理应用、雷达系统、医疗成像系统等等中，会遇到多频带信号。在许多这些应用中，对携带信息的模拟多频带信号进行采样，即转换为数字样本。然后通过处理该数字样本来重建该信息。
发明内容
本文描述的本发明的一个实施方案提供了一种用于信号处理的方法，包括将模拟输入信号分发至多个处理频道(processing channels)；在每个处理频道中，将所述输入信号与对应的包括多条谱线(spectral lines)的周期性波形混频，以产生对应的基带信号，在该基带信号中所述输入信号的多个频谱切片 (spectral slices)彼此叠加；以及将在每个处理频道中产生的基带信号数字化，以产生表示所述输入信号的一组数字样本序列。在一些实施方案中，所述方法包括在将每个处理频道中的基带信号数字化之前对所述信号进行滤波。在一个实施方案中，对所述基带信号进行滤波包括使用具有单个频谱切片的带宽的低通滤波器(LPF)对所述信号进行滤波，并且，将所述基带信号数字化包括以相当于所述带宽的采样率对所述信号进行采样。在一个替代实施方案中，对所述基带信号进行滤波包括使用具有大于单个频谱切片的带宽的低通滤波器(LPF)对所述信号进行滤波，并且，将所述基带信号数字化包括以相当于所述带宽的采样率对所述信号进行采样。在一些实施方案中，所述方法包括从所述处理频道接收对应的数字样本序列，并且通过处理所述数字样本序列来重建所述输入信号的一个或多个特征。在一个实施方案中，重建所述特征包括生成所述输入信号的模拟估计(analog estimate)。在另一个实施方案中，所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，并且重建所述特征包括生成所述信号分量中的至少一个信号分量的模拟估计。在又一个实施方案中，所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，并且重建所述特征包括识别所述谱带的对应的频带边缘(band edges) 0在又一个实施方案中，所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，并且重建所述特征包括识别所述谱带的对应的载波频率。在一个实施方案中，所述输入信号包括在对应的谱带中携带数据的一个或多个信号分量，并且重建所述特征包括解调所述信号分量中的至少一个信号分量以重建所述数据。在一些实施方案中，处理所述数字样本序列包括识别所述频谱切片的含有信号能量(signal energy)的子集，并根据所识别的子集来重建所述特征。在所公开的一个实施方案中，识别所述子集包括为所述数字样本序列构造由V 矩阵表示的代数基(algebraic basis)；找到作为V = OT的最稀疏解的U矩阵，其中C包括所述周期性波形的傅立叶级数系数矩阵；以及，根据所述U矩阵的非零元的对应的下标 (indices)来识别所述子集。在一个实施方案中，构造所述代数基包括对所述数字样本序列的向量与该向量的转置的乘积进行积分，以产生表示所述基的Q矩阵，并找到满足V = Q 的U矩阵。在另一个实施方案中，构造所述代数基包括对所述数字样本序列的向量与该向量的转置的乘积进行积分，以产生表示所述基的Q矩阵，并分解所述Q矩阵以将所述Q矩阵表示为所述V矩阵的复共轭乘以所述V矩阵。在一些实施方案中，找到所述U矩阵包括使用多度量向量(MMV)方法(Multiple-Measurement Vector process)对 V = CU 求解。在一些实施方案中，将所述输入信号混频、将所述基带信号数字化和重建所述特征是在单个半导体器件中执行的。在一个实施方案中，所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，并且，将所述输入信号混频、将所述基带信号数字化和重建所述特征的执行与对应的谱带的频率无关。在另一个实施方案中，所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，所述信号分量的频率是事先已知的(known a-priori)。在一个实施方案中，所述方法还包括在将所述输入信号与对应的周期性波形混频之前，在所述处理频道中的至少一个处理频道中对所述输入信号的频率响应进行预均衡 (pre-equalizing)。附加地或替代地，所述方法还包括在将所述输入信号与所述处理频道中的至少一个处理频道中的周期性波形混频之前，调节所述周期性波形的功率电平(power level)ο在一些实施方案中，所述方法包括使用数字移位寄存器为所述处理频道中的至少一个处理频道生成对应的周期性波形。生成所述周期性波形可以包括生成多个不同的周期性波形，用于与对应的处理频道的输入信号——其来自所述移位寄存器的对应的不同抽头——混频。在所公开的一个实施方案中，生成所述周期性波形包括将两个或更多个移位寄存器器件级联以形成所述移位寄存器，并使用级联的移位寄存器器件来生成所述周期性波形。在一些实施方案中，所述输入信号包括携带着多个通信频道的通信信号。所述通信频道可以是认知型无线电系统(cognitive radio system)的一部分。在一些替代实施方案中，所述输入信号包括雷达信号、医学成像信号、声学回波信号(acoustic echo signal)、语音信号和/或图像信号。在一个实施方案中，将所述输入信号分发和混频以及将所述基带信号数字化是在分析所述输入信号的频谱分析仪中执行的。替代地，将所述输入信号分发和混频以及将所述基带信号数字化是在处理所述输入信号的通信交换机 (communication switchboard)中执行的。根据本发明的一个实施方案，还提供了用于信号处理的设备，包括多个处理频道，用于处理模拟输入信号，每个处理频道包括
混频器，其被配置为将所述输入信号与对应的包括多条谱线的周期性波形混频， 以产生对应的基带信号，在该基带信号中所述输入信号的多条谱线彼此叠加；以及模数转换器(ADC)，其被配置为将在每个处理频道中产生的基带信号数字化，以产生对应的数字样本序列。根据本发明的一个实施方案，还提供了一种接收机，包括前端，其被配置为接收模拟输入信号；多个处理频道，每个处理频道包括混频器，其被配置为将所述输入信号与对应的包括多条谱线的周期性波形混频， 以产生对应的基带信号，在该基带信号中所述输入信号的多个频谱切片彼此叠加；以及模数转换器(ADC)，其被配置为将在每个处理频道中产生的基带信号数字化，以产生对应的数字样本序列；以及重建单元，其被配置为从所述处理频道接收对应的数字样本序列，并通过处理所述数字样本序列来重建所述输入信号的一个或多个特征。结合附图，从本发明的实施方案的下列详细描述中，将更充分地理解本发明，在附图中
图1是根据本发明的一个实施方案的稀疏多频带信号(sparse multi-band signal)的示意性频谱图；图2是示意性地示出了根据本发明的一个实施方案的用于稀疏多频带采样和重建的系统的方框图；图3是示意性地示出了根据本发明的一个实施方案的用于稀疏多频带信号采样和重建的理论系统配置的方框图；图4是示意性地示出了根据本发明的一个实施方案的用于稀疏多频带信号采样和重建的方法的流程图；图5和图6是示意性地示出了根据本发明的实施方案的信号重建单元的方框图；图7是示意性地示出了根据本发明的一个实施方案的用于多频带信号基带处理的方法的流程图；图8是示意性地示出了根据本发明的一个实施方案的数字实现的载波恢复处理 (digitally-implemented carrier recovery process)白勺方框图；图9是根据本发明的一个实施方案的混频电路的电路图；图10和图11是示意性地示出了根据本发明的一个实施方案的用于生成宽带周期性波形的电路的方框图；以及图12是示意性地示出了根据本发明的一个实施方案的应用了稀疏多频带采样和重建的接收机的方框图。
具体实施例方式概述下文描述的本发明的实施方案提供了改进的用于模拟多频带信号采样和重建的方法和系统。所公开的技术以显著低于模拟多频带输入信号的奈奎斯特率的采样率对该信号进行采样，而不需要对该信号的谱带的频率有任何预先知晓。在一些实施方案中，采样单元使用并行运作的一组处理频道对输入信号进行采样。每个处理频道包括一个混频器，该混频器将输入信号与对应的宽带周期性波形混频。每个周期性波形被设计为具有包括多条谱线的梳状频谱。因此，将输入信号与这样的波形混频产生了一个基带信号，在该基带信号中所述输入信号的多个频谱切片彼此叠加。在混频之后，所述基带信号被低通滤波器滤波。在所述多个处理频道中产生的基带信号被对应的模数转换器(ADC)数字化，从而产生表示所述模拟多频带输入信号的一组数字样本序列。在一些实施方案中，重建单元从这组数字样本序列重建该模拟多频带输入信号的各种特征。该重建单元可以重建，例如该模拟多频带输入信号自身；位于该多频带信号的个体频带中的个体信号分量；这些信号分量的载波频率和/或频带边缘；以及/或者，由这些信号分量传送的数据。本文描述了高效地(efficiently)展开基带信号中已叠加的频谱切片的几种重建技术。由于将宽带周期性波形新颖地用于下变频以及关联的重建技术，本文描述的方法和设备可以使用以远低于稀疏模拟多频带信号的奈奎斯特率的率运行的硬件对该信号进行采样和重建。结果是，可以使用低成本ADC和其他硬件，并且在某些情况下使用数字信号处理(DSP)软件，来处理宽带信号。另外，所公开的技术使得能够对带宽超过已知采样方案的容量的信号进行采样和重建。在本文描述的一个示例性实现方式中，对具有2GHz奈奎斯特频率的稀疏多频带信号进行采样和重建。使用该信号的稀疏性质(即，该多频带信号的分量仅占用总频谱的一小部分这一事实)，使用四个ADC——每个ADC以60MHz的采样率运行——对该信号进行无信息丢失的采样。本文描述了待用在所公开的采样处理中的用于生成宽带周期性波形的几种示例性技术。还描述了用于以这样的波形来驱动混频器的电路，以及用于对所得到的基带信号的频率响应进行均衡的电路。在一个实施方案中，本文描述的技术可以在芯片级实现。例如，单个半导体器件可以包括模拟前端、多个处理频道，以及重建电路。这样的器件可以接受多频带模拟输入信号，并输出此信号的多个窄带分量，而无需预先知晓它们的频谱位置。附加地或替代地，该器件可以输出由这些信号分量和/或它们的载波频率传送的数据。无论多频带信号的个体信号分量的载波频率是否已知，均可以使用本文描述的方法和系统。在任一情况下，所公开的技术提供了一种强大且灵活的解调器架构，该解调器架构以远低于该信号的奈奎斯特率的率运行。虽然本文描述的实施方案主要涉及稀疏信号， 但所公开的技术绝不限于用于此种信号，而是亦可以用于占据奈奎斯特频谱的大部分甚至整个频谱的信号。稀疏多频带信号图1是根据本发明的一个实施方案的稀疏多频带信号的示意性频谱图。时域信号被表示为x(t)，而该信号的频谱，如图1所示，被表示为X(f)。该信号的奈奎斯特频率 (通常被定义为该信号中最高的可能频率的两倍)被表示为fNYQ。因此，X(f)被限定在范围[_fNYQ/2，W2]内。图1中所示的多频带信号X(f)包括N个信号分量，每个信号分量占据着范围[_fNYQ/2，fNYQ/2]内的某一子频带。虽然本文描述的实施方案主要涉及多个信号分量，但是所公开的技术亦可以用于具有仅一个分量的信号，即N= 1。在当前实施例中， 示出了两个信号分量20A和20B。(图1示出了实表示法(real presentation)，其中该信号的虚部(image)占据了范围[_fNYQ/2，fNYQ/2]的负半部。在此实施例中，信号分量20A和 20B分别具有虚部20C和20D。)第i个信号分量占据了区间bj，且具有中心频率&。 最宽的子频带区间的带宽被表示为B。术语“稀疏”指的是所述多个信号分量仅仅占据范围 [-fNTQ/2, W2]的小的百分比(例如，10%或更少)这一事实。频谱范围[_fNYQ/2，W2]被划分成M = 2L+1个切片24。每个切片M对于某一 T具有1/T的带宽，以使得1/T彡B。信号x(t)通常是稀疏的，即，频谱X(f)仅在范围 [-W2,W2]的相对小的一部分中具有非零值。换言之，X(f)仅在相对小数量的切片M 中具有非零值。第i个切片的频谱被表示为ZJnL-L彡i彡L。本文描述的技术使用以显著小于奈奎斯特率fMQ的率1/T运行的硬件来对信号 X(t)进行采样。然而，本文描述的技术能够无信息丢失地重建由该信号传送的信息。采样和重建的执行都不需要对信号分量(即，区间[apbi])在信号频谱中的位置有任何预先知晓。本文描述的技术在信号分量的频谱位置已知的应用中和在信号分量的频谱位置事先未知的应用中都是有用的。在本文描述的实施方案中，该多频带信号的整个频谱响应被限制于这N个子频带，而没有能量落到这些子频带之外。然而，本文描述的方法和系统也可以用于信号能量的一小部分落在所述子频带之外的信号。在本文中，这样的信号也被视为多频带信号。虽然下文的说明主要针对复信号表示法，但该选择纯粹是为了清楚起见而作出的。本文描述的方法和系统也可以用简单易懂的方式适配并用于实值信号。虽然适用于多种信号类型，但本文描述的方法和系统特别有利于对稀疏多频带信号进行采样和重建，在稀疏多频带信号中信号子频带的累积带宽(cumulative bandwidth)相对于范围[_fNYQ/2，fNYQ/2]的大小而言是小的。系统描述图2是示意性示出了根据本发明的一个实施方案的用于稀疏多频带信号采样和重建的系统30的方框图。系统30使用以率1/T运行的硬件对信号x(t)进行采样和重建。 通常将1/T选择为处于B的数量级，B是x(t)的个体信号分量的带宽。从而，系统30的配置能够使用以易于达到的时钟率运行的硬件对极宽带信号(extremely wideband signal) 进行采样和重建。信号x(t)被提供作为系统30的输入，并且被m个处理频道采样。通常但不必须， 将m选择为处于N的数量级，N是x(t)的信号分量的数量。每个处理频道包括混频器34、 低通滤波器(LPF)38和模数转换器(ADC)42。在第i个处理频道中，混频器34将信号χ (t) 与被表示为Pi (t)的宽带周期性波形混频。波形Pi(t)通常具有周期Τ。这样，p, (t)的频谱是梳状的，并且包括彼此间隔1/T Hz的一系列谱线(脉冲)。当将x(t)与这样的周期性波形混频时，每个混频器34生成x(t)的多个副本，这些副本被频移了 1/T的不同倍数。尤其，混频器输出处的区间[_1/2T，1/2T]包括了信号 x(t)的多个不同的切片对，这些切片对被频移到基带并且彼此叠加。在每个处理频道中， 在叠加中给予切片M的相对权重取决于在那个频道中使用的周期性波形。
在图2的实施方案中，LPF 38具有被表示为h(t)的脉冲响应和1/T的带宽。因此，每个处理频道中的LPF 38将混频器输出滤波，以基本仅保留上述区间[_1/2T，1/2T]。 每个处理频道中的ADC 42以t = nT间隔——即以率1/T——对LPF输出进行采样。第i 个处理频道中的ADC42产生了被表示Syi [η]的数字样本序列。(在一些替代实施方案中， 可以通过增加LPF 38的带宽和ADC的采样率来减少处理频道的数量，下文将进一步描述。)总之，系统30的m个处理频道产生了 m个离散时间数字样本序列yjn]，i = L··· m，其代表该模拟多频带输入信号。每个序列7』11]的频谱位于区间[_1/2T，1/2T]内，并且包括X(f)的频谱切片M的某一叠加(superposition)。由于周期性波形Pi(t)是彼此不同的，所以由不同处理频道产生的叠加也是彼此不同的。系统30包括信号重建单元46，其对序列71 [η]进行处理以重建模拟信号χ (t)。重建的信号被表示为对O。在一些实施方案中，单元46产生模拟宽带信号。在一些替代实施方案中，单元46可以产生N个窄带信号，这N个窄带信号再造χ (t)的N个子频带或者这 N个子频带的某一子集。附加地或替代地，单元46可以将由这N个子频带或由这N个子频带的某一子集传送的数据解调。在一些实施方案中，重建单元46还识别由信号χ (t)占据的这N个子频带的频谱位置。这些频谱位置被称为该信号的频谱支持(spectral support), 被表示为S。下面在图5和图6中描述了重建单元46的几个示例性实现方式。通过将系统30与理论系统比较，可以更容易地理解图2的采样方案的优点，在该理论系统中，每个处理频道将输入信号与单个正弦波形混频，而不是与宽带周期性波形诸如Pi(t)混频。下文的说明描述了一个此类的理论配置。图3是示意性地示出了根据本发明的一个实施方案的用于稀疏多频带信号采样和重建的理论系统50的方框图。系统50包括多个处理频道，每个处理频道包括混频器 54、LPF 58和ADC 62。不同于系统30，在系统50中每个混频器都执行常规下变频(down conversion)，即，将x(t)与单个正弦波形混频。然而，为了使用常规下变频来处理整个区间[_fmQ/2，fNYQ/2]，要求系统50具有至少M = 2L+1个处理频道，每个处理频道信号χ (t)对对应的一个频谱切片M进行下变频和采样。系统50中的每个混频器M将x(t)与形式为emWT，-L彡k彡L的单个正弦波形混频，即，将第k个频谱切片平移到基带。系统50中的每个处理频道的输出包括对应的切片M在平移到基带之后的频谱，即，Zk[η]，-L彡k彡L(见图1)。可以理解，系统50中的处理频道的数量是M——频谱切片M的数量，无论实际上有多少个切片含有信号能量。在涉及稀疏多频带信号的许多实际应用中，频谱切片的数量非常大，且其中仅有一小部分含有非零信号能量。在这样的情况下，系统50中的大多数处理频道处理的是未占据的切片并产生零序列。因此，系统50的配置效率极低，并且常常实现起来不现实。另一方面，在图2的系统30中，处理频道的数量处于N——所占用的信号子频带的实际数量——的数量级。这样，图2的方案充分利用了 x(t)是稀疏的这一事实，并且使用实用数量的处理频道对该信号进行采样。图3的系统50在本文中被称为理论系统，而本文描述它是为了论证上述图2的系统30的有效性。在系统50的理论方案中，可以使用变频单元(conversion unit)66从序列、[η] 得出序列7』11]。在给定的时间(即，对于给定的η)，单元66将^[11]值的M元向量乘以一个被表示为C的mXM矩阵，以产生yi [η]值的一个m元向量。矩阵C含周期性波形Pi (t) 的傅立叶级数系数。从序列^[n]得出序列7』11]是由y[n] =Cz [η]给出的，其中y[n] 表示对于给定η含有值yi [η]，i = 1···πι的一个m元向量，且z[n]表示对于同一 η含有值 zk[n],k= Ρ··Μ的一个M元向量。矩阵C的系数，被表示为Cij，是由下式给出的
权利要求
1.一种用于信号处理的方法，包括将模拟输入信号分发至多个处理频道；在每个处理频道中，将所述输入信号与对应的包括多条谱线的周期性波形混频，以产生对应的基带信号，在该基带信号中所述输入信号的多个频谱切片彼此叠加；以及将在每个处理频道中产生的基带信号数字化，以产生表示所述输入信号的一组数字样本序列。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在将每个处理频道中的基带信号数字化之前对所述信号进行滤波。
3.根据权利要求2所述的方法，其中对所述基带信号进行滤波包括使用具有单个频谱切片的带宽的低通滤波器(LPF)对所述信号进行滤波，并且其中将所述基带信号数字化包括以相当于所述带宽的采样率对所述信号进行采样。
4.根据权利要求2所述的方法，其中对所述基带信号进行滤波包括使用具有大于单个频谱切片的带宽的低通滤波器(LPF)对所述信号进行滤波，并且其中将所述基带信号数字化包括以相当于所述带宽的采样率对所述信号进行采样。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括从所述处理频道接收对应的数字样本序列，并且通过处理所述数字样本序列来重建所述输入信号的一个或多个特征。
6.根据权利要求5所述的方法，其中重建所述特征包括生成所述输入信号的模拟估计。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，并且其中重建所述特征包括生成所述信号分量中的至少一个信号分量的模拟估计。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，并且其中重建所述特征包括识别所述谱带的对应的频带边缘。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，并且其中重建所述特征包括识别所述谱带的对应的载波频率。
10.根据权利要求5所述的方法，其中所述输入信号包括在对应的谱带中携带数据的一个或多个信号分量，并且其中重建所述特征包括解调所述信号分量中的至少一个信号分量以重建所述数据。
11.根据权利要求5所述的方法，其中处理所述数字样本序列包括识别所述频谱切片的含有信号能量的子集，并根据所识别的子集来重建所述特征。
12.根据权利要求11所述的方法，其中识别所述子集包括为所述数字样本序列构造由V矩阵表示的代数基；找到作为V = CU的最稀疏解的U矩阵，其中C包括所述周期性波形的傅立叶级数系数矩阵；以及根据所述U矩阵的非零元的对应的下标来识别所述子集。
13.根据权利要求12所述的方法，其中构造所述代数基包括对所述数字样本序列的向量与该向量的转置的乘积进行积分，以产生表示所述基的Q矩阵，并找到满足V = QWU 矩阵。
14.根据权利要求12所述的方法，其中构造所述代数基包括对所述数字样本序列的向量与该向量的转置的乘积进行积分，以产生表示所述基的Q矩阵，并分解所述Q矩阵以将所述Q矩阵表示为所述V矩阵的复共轭乘以所述V矩阵。
15.根据权利要求12所述的方法，其中找到所述U矩阵包括使用多度量向量(MMV)方法对V = CU求解。
16.根据权利要求5所述的方法，其中将所述输入信号混频、将所述基带信号数字化和重建所述特征是在单个半导体器件中执行的。
17.根据权利要求5所述的方法，其中所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，并且其中将所述输入信号混频、将所述基带信号数字化和重建所述特征的执行与对应的谱带的频率无关。
18.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，所述信号分量的频率是事先已知的。
19.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括在将所述输入信号与对应的周期性波形混频之前，在所述处理频道中的至少一个处理频道中对所述输入信号的频率响应进行预均衡。
20.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括在将所述输入信号与所述处理频道中的至少一个处理频道中的周期性波形混频之前，调节所述周期性波形的功率电平。
21.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括使用数字移位寄存器为所述处理频道中的至少一个处理频道生成对应的周期性波形。
22.根据权利要求21所述的方法，其中生成所述周期性波形包括生成多个不同的周期性波形，用于与对应的处理频道中的输入信号——其来自所述移位寄存器的对应的不同抽头——混频。
23.根据权利要求21所述的方法，其中生成所述周期性波形包括将两个或更多个移位寄存器器件级联以形成所述移位寄存器，并使用级联的移位寄存器器件来生成所述周期性波形。
24.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述输入信号包括携带着多个通信频道的通信信号。
25.根据权利要求M所述的方法，其中所述通信频道是认知型无线电系统的一部分。
26.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述输入信号包括雷达信号和医学成像信号之一。
27.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述输入信号包括声学回波信号、语音信号和图像信号之一。
28.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中将所述输入信号分发和混频以及将所述基带信号数字化是在分析所述输入信号的频谱分析仪中执行的。
29.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中将所述输入信号分发和混频以及将所述基带信号数字化是在处理所述输入信号的通信交换机中执行的。
30.用于信号处理的设备，包括多个处理频道，用于处理模拟输入信号，每个处理频道包括混频器，其被配置为将所述输入信号与对应的包括多条谱线的周期性波形混频，以产生对应的基带信号，在该基带信号中所述输入信号的多条谱线彼此叠加；以及模数转换器(ADC)，其被配置为将在每个处理频道中产生的基带信号数字化，以产生对应的数字样本序列。
31.根据权利要求30所述的设备，其中每个所述处理频道包括滤波器，所述滤波器被配置为在所述基带信号被对应的ADC数字化之前对所述信号进行滤波。
32.根据权利要求31所述的设备，其中所述滤波器包括具有单个频谱切片的带宽的低通滤波器(LPF)，并且其中所述ADC被配置为以相当于所述带宽的采样率对所述信号进行采样。
33.根据权利要求31所述的设备，其中所述滤波器包括具有大于单个频谱切片的带宽的低通滤波器(LPF)，并且其中所述ADC被配置为以相当于所述带宽的采样率对所述信号进行采样。
34.根据权利要求30-33中任一项所述的设备，还包括重建单元，所述重建单元被配置为从所述处理频道接收对应的数字样本序列，并且通过处理所述数字样本序列来重建所述输入信号的一个或多个特征。
35.根据权利要求34所述的设备，其中所述重建单元被配置为生成所述输入信号的模拟估计。
36.根据权利要求34所述的设备，其中所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，并且其中所述重建单元被配置为生成所述信号分量中的至少一个信号分量的模拟估计。
37.根据权利要求34所述的设备，其中所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，并且其中所述重建单元被配置为识别所述谱带的对应的频带边缘。
38.根据权利要求34所述的设备，其中所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，并且其中所述重建单元被配置为识别所述谱带的对应的载波频率。
39.根据权利要求34所述的设备，其中所述输入信号包括在对应的谱带中携带数据的一个或多个信号分量，并且其中所述重建单元被配置为解调所述信号分量中的至少一个信号分量以重建所述数据。
40.根据权利要求34所述的设备，其中所述重建单元被配置为识别所述频谱切片的含有信号能量的子集，并根据所识别的子集来重建所述特征。
41.根据权利要求40所述的设备，其中所述重建单元被配置为通过如下步骤识别所述子集为所述数字样本序列构造由V矩阵表示的代数基；找到作为V = CU的最稀疏解的U矩阵，其中C包括所述周期性波形的傅立叶级数系数矩阵；以及根据所述U矩阵的非零元的对应的下标来识别所述子集。
42.根据权利要求41所述的设备，其中所述重建单元被配置为通过如下步骤构造所述代数基对所述数字样本序列的向量与该向量的转置的乘积进行积分，以产生表示所述基的Q矩阵，并找到满足V = QWU矩阵。
43.根据权利要求41所述的设备，其中所述重建单元被配置为通过如下步骤构造所述代数基对所述数字样本序列的向量与该向量的转置的乘积进行积分，以产生表示所述基的Q矩阵，并分解所述Q矩阵以将所述Q矩阵表示为所述V矩阵的复共轭乘以所述V矩阵。
44.根据权利要求41所述的设备，其中所述重建单元被配置为通过使用多度量向量 (MMV)方法对V = OT求解来找到所述U矩阵。
45.根据权利要求34所述的设备，其中所述处理频道和所述重建单元被包括在单个半导体器件中。
46.根据权利要求34所述的设备，其中所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，并且其中所述处理频道和所述重建单元被配置为与对应的谱带的频率无关地将所述输入信号混频、将所述基带信号数字化和重建所述特征。
47.根据权利要求30-33中任一项所述的设备，其中所述输入信号包括在对应的谱带中的一个或多个信号分量，所述信号分量的频率是事先已知的。
48.根据权利要求30-33中任一项所述的设备，还包括均衡器，所述均衡器被配置为 在将所述输入信号与对应的周期性波形混频之前，在所述处理频道中的至少一个处理频道中对所述输入信号的频率响应进行预均衡。
49.根据权利要求30-33中任一项所述的设备，还包括功率控制电路，所述功率控制电路被配置为在将所述输入信号与所述处理频道中的至少一个处理频道中的周期性波形混频之前，调节所述周期性波形的功率电平。
50.根据权利要求30-33中任一项所述的设备，还包括数字移位寄存器，所述数字移位寄存器被配置为为所述处理频道中的至少一个处理频道生成对应的周期性波形使用。
51.根据权利要求50所述的设备，其中所述移位寄存器被配置为输出多个不同的周期性波形，用于与对应的处理频道中的输入信号——其来自所述移位寄存器的对应的不同抽头——混频。
52.根据权利要求50所述的设备，其中所述移位寄存器包括级联连接的两个或更多个移位寄存器器件。
53.根据权利要求30-33中任一项所述的设备，其中所述输入信号包括携带着多个通信频道的通信信号。
54.根据权利要求53所述的设备，其中所述通信频道是认知型无线电系统的一部分。
55.根据权利要求30-33中任一项所述的设备，其中所述输入信号包括雷达信号和医学成像信号之一。
56.根据权利要求30-33中任一项所述的设备，其中所述输入信号包括声学回波信号、 语音信号和图像信号之一。
57.根据权利要求30-33中任一项所述的设备，其中所述处理频道被包含在分析所述输入信号的频谱分析仪中。
58.根据权利要求30-33中任一项所述的设备，其中所述处理频道被包含在处理所述输入信号的通信交换机中。
59.一种接收机，包括前端，其被配置为接收模拟输入信号；多个处理频道，每个处理频道包括混频器，其被配置为将所述输入信号与对应的包括多谱线的周期性波形混频，以产生对应的基带信号，在该基带信号中所述输入信号的多个频谱切片彼此叠加；以及模数转换器(ADC)，其被配置为将在每个处理频道中产生的基带信号数字化，以产生对应的数字样本序列；以及重建单元，其被配置为从所述处理频道接收对应的数字样本序列，并且通过处理所述数字样本序列来重建所述输入信号的一个或多个特征。
全文摘要
一种用于信号处理的方法，包括将模拟输入信号分发到多个处理频道。在每个处理频道中，所述输入信号与对应的包括多条谱线的周期性波形混频，以产生对应的基带信号，在该基带信号中所述输入信号的多个频谱切片彼此叠加。将在每个处理频道中产生的基带信号数字化，以产生表示所述输入信号的一组数字样本序列。
文档编号H04B1/18GK102318198SQ201080007352
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月15日 优先权日2009年2月18日
发明者M·米莎莉, Y·艾尔达 申请人:技术研究及发展基金有限公司