多带信号非均匀MIMO采样与联合重构方法、装置和存储介质

本技术实施例涉及信号处理的，具体而言，涉及一种多带信号非均匀mimo采样与联合重构方法、装置和存储介质。

背景技术：

1、采样是连续信号和离散信号之间的桥梁，也是数字信号处理所要面临的首要任务，采样包括均匀采样和非均匀采样，由于经典香农采样定理解决了基于均匀采样点重构原信号的问题，因此均匀采样在工程实践中已经被广泛应用、富有成效；非均匀采样具有达到降低采样率以及获取理想信号特征等效果，但也会引起信号处理系统信噪比损失等严重问题，因此，非均匀采样与重构成为当前采样领域的重要研究方向之一。

2、除了经典非均匀采样理论，随着信号呈现出的时变与非平稳等复杂特性，以分数傅里叶变换为代表的分数域分析理论与方法为非平稳信号处理和线性时变系统分析开辟了新途径，基于分数傅里叶变换的采样理论不但可以将经典基于傅里叶变换的采样理论统一起来，还衍生出新的理论，有望降低采样率和样本数据量，可以提升信号处理系统性能。

3、分数域采样理论的研究对象主要包括分数域带限信号、分数域带通信号和分数域非带限信号，在采样模式方面，从简单的单路均匀采样逐步拓展至非均匀采样、多通道采样等，这些研究进展初步构建了分数域采样理论体系，并逐步推动其走向实际应用；例如，在多维雷达信号处理等应用场景中，多输入多输出雷达通过大带宽传输一组线性调频信号，此时，可在接收端实施分数域信号处理，使得接收信号在分数域占据多个不相交的频带；而在多用户或多址无线通信等应用中，可以在分数域利用不同的频率来区分不同的用户，从而达到多用户传输信息的目的。

4、在实际应用中还会常常涉及信道输入为分数域多带信号、且具有可观测输出的mimo信道的情况，mimo信道均衡器是利用数字信号处理器实现的，但是信道的输入和输出是连续时间信号，这意味着在数字信号处理之前，需要对信道输出进行采样，然后利用采样的输出信号重构信道输入信号。

5、然而，现有的分数域采样理论与方法无法对分数域多带信号的mimo采样与重构问题提供解决方案，因此亟需解决分数域多带信号的mimo采样与重构问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种多带信号非均匀mimo采样与联合重构方法、装置和存储介质，旨在对mimo输入与输出端分数域多带信号的联合重构。

2、第一方面，本技术实施例提供一种多带信号非均匀mimo采样与联合重构方法，所述方法包括：

3、对mimo信道的每个输出信号进行采样，生成所述每个输出信号各自对应的周期非均匀采样序列；

4、根据所述每个输出信号各自对应的周期非均匀采样序列，确定所述每个输出信号各自对应的离散时间分数傅里叶变换，以将所述每个输出信号在多个频带上的分数谱混叠至基带；

5、根据所述每个输出信号各自对应的离散时间分数傅里叶变换，确定所述mimo信道的所有输出信号的分数谱在基带上的联合混叠边界以及联合矩阵；

6、根据所述联合矩阵，得到所述mimo信道重构的输出信号分数谱，并基于所述mimo信道的输入输出在分数域的关系，得到所述mimo信道重构的输入信号的分数谱。

7、可选地，对mimo信道的每个输出信号进行采样，生成所述每个输出信号各自对应的周期非均匀采样序列，包括：

8、对mimo信道的每个输出信号进行多路采样，得到所述每个输出信号对应的多个均匀采样序列；

9、对所述每个输出信号对应的多个均匀采样序列进行重排，得到所述每个输出信号各自对应的周期非均匀采样序列。

10、可选地，根据所述每个输出信号各自对应的周期非均匀采样序列，确定所述每个输出信号各自对应的离散时间分数傅里叶变换，以将所述每个输出信号在多个频带上的分数谱混叠至基带，包括：

11、将所述每个输出信号对应的周期非均匀采样序列，按照采样模式索引集拆分为多个采样子序列；

12、根据所述每个输出信号对应的多个采样子序列，得到所述每个输出信号对应的零值内插序列；

13、根据所述每个输出信号对应的零值内插序列，生成所述每个输出信号各自对应的离散时间分数傅里叶变换，以将所述每个输出信号在多个频带上的分数谱分别混叠至基带。

14、可选地，根据所述每个输出信号各自对应的离散时间分数傅里叶变换，确定所述mimo信道的所有输出信号的分数谱在基带上的联合混叠边界以及联合矩阵，包括：

15、分别确定所述每个输出信号各自对应的离散时间分数傅里叶变换在所述基带上的表征，并确定所述每个输出信号的分数谱在基带上的混叠边界；

16、根据所述每个输出信号的混叠边界，确定所述所有输出信号的分数谱在基带上的联合混叠边界以及联合矩阵。

17、可选地，对mimo信道的每个输出信号进行多路采样，得到所述每个输出信号对应的多个均匀采样序列，包括：

18、对于所述每个输出信号，通过mp个并行模数转换器各自进行均匀采样，其中，所述均匀采样的采样周期为mts，第i个模数转换器的起始采样时刻为cp，its，为采样模式索引集，ts满足：

19、

20、可选地，对mimo信道的每个输出信号进行采样，生成所述每个输出信号各自对应的周期非均匀采样序列之前，所述方法还包括：

21、根据选择操作，确定当前的采样模式索引集其中，根据所述选择操作确定的所述采样模式索引集满足重构条件：

22、mp≥|λp，n|，rank(bp，n)＝|λp，n|

23、其中，λp，n为分数谱索引集；bp，n为范德蒙矩阵。

24、可选地，根据选择操作，确定当前的采样模式索引集，包括：

25、根据第一选择操作，确定所述采样模式索引集为：

26、

27、或，根据第二选择操作，确定所述采样模式索引集包括从集合{0，1，…，m-1}中等概率选择的mp个元素。

28、可选地，根据所述联合矩阵，得到所述mimo信道重构的输出信号分数谱，包括：

29、在所述采样模式索引集满足重构条件时，对所述联合矩阵求取逆矩阵，得到所述mimo信道重构的输出信号分数谱。

30、第二方面，本技术实施例提供一种多带信号非均匀mimo采样与联合重构装置，所述装置包括：

31、采样模块，用于对mimo信道的每个输出信号进行采样，生成所述每个输出信号各自对应的周期非均匀采样序列；

32、分数谱混叠模块，用于根据所述每个输出信号各自对应的周期非均匀采样序列，确定所述每个输出信号各自对应的离散时间分数傅里叶变换，以将所述每个输出信号在多个频带上的分数谱混叠至基带；

33、分数谱联合混叠模块，用于根据所述每个输出信号各自对应的离散时间分数傅里叶变换，确定所述mimo信道的所有输出信号的分数谱在基带上的联合混叠边界以及联合矩阵；

34、重构模块，用于根据所述联合矩阵，得到所述mimo信道重构的输出信号分数谱，并基于所述mimo信道的输入输出在分数域的关系，得到所述mimo信道重构的输入信号的分数谱。

35、可选地，所述采样模块包括：

36、均匀采样单元，用于对mimo信道的每个输出信号进行多路采样，得到所述每个输出信号对应的多个均匀采样序列；

37、非均匀采样序列生成单元，用于对所述每个输出信号对应的多个均匀采样序列进行重排，得到所述每个输出信号各自对应的周期非均匀采样序列。

38、可选地，所述分数谱混叠模块包括：

39、拆分单元，用于将所述每个输出信号对应的周期非均匀采样序列，按照采样模式索引集拆分为多个采样子序列；

40、零值内插序列生成单元，用于根据所述每个输出信号对应的多个采样子序列，得到所述每个输出信号对应的零值内插序列；

41、变换单元，用于根据所述每个输出信号对应的零值内插序列，生成所述每个输出信号各自对应的离散时间分数傅里叶变换，以将所述每个输出信号在多个频带上的分数谱分别混叠至基带。

42、可选地，所述分数谱联合混叠模块包括：

43、基带表征单元，用于分别确定所述每个输出信号各自对应的离散时间分数傅里叶变换在所述基带上的表征，并确定所述每个输出信号的分数谱在基带上的混叠边界；

44、联合混叠单元，用于根据所述每个输出信号的混叠边界，确定所述所有输出信号的分数谱在基带上的联合混叠边界以及联合矩阵。

45、可选地，所述均匀采样单元包括：

46、均匀采样子单元，用于对于所述每个输出信号，通过mp个并行模数转换器各自进行均匀采样，其中，所述均匀采样的采样周期为mts，第i个模数转换器的起始采样时刻为cp，its，为采样模式索引集，ts满足：

47、

48、可选地，所述装置还包括：

49、采样模式确定模块，用于根据选择操作，确定当前的采样模式索引集其中，根据所述选择操作确定的所述采样模式索引集满足重构条件：

50、mp≥|λp，n|，rank(bp，n)＝|λp，n|

51、其中，λp，n为分数谱索引集；bp，n为范德蒙矩阵。

52、可选地，所述采样模式确定模块包括：

53、第一确定单元，用于根据第一选择操作，确定所述采样模式索引集为：

54、

55、第二确定单元，用于根据第二选择操作，确定所述采样模式索引集包括从集合{0，1，…，m-1}中等概率选择的mp个元素。

56、可选地，所述重构模块包括：

57、逆矩阵计算单元，用于在所述采样模式索引集满足重构条件时，对所述联合矩阵求取逆矩阵，得到所述mimo信道重构的输出信号分数谱。

58、第三方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例第一方面所述的多带信号非均匀mimo采样与联合重构方法。

59、有益效果：

60、本方法对mimo信道的每个输出信号进行采样，生成所述每个输出信号各自对应的周期非均匀采样序列；根据所述每个输出信号各自对应的周期非均匀采样序列，确定所述每个输出信号各自对应的离散时间分数傅里叶变换，以将所述每个输出信号在多个频带上的分数谱混叠至基带；根据所述每个输出信号各自对应的离散时间分数傅里叶变换，确定所述mimo信道的所有输出信号的分数谱在基带上的联合混叠边界以及联合矩阵；根据所述联合矩阵，得到所述mimo信道重构的输出信号分数谱，并基于所述mimo信道的输入输出在分数域的关系，得到所述mimo信道重构的输入信号的分数谱。

61、通过选取周期非均匀采样序列，在基于更少的采样点进行重构的同时，还去除了数据冗余；然后将每个输出信号在多个频带上的分数谱均混叠到基带，确定所有输出信号的联合混叠边界，基于联合混叠边界以及联合矩阵，即可对mimo信道的输出和输入信号的分数谱进行联合重构；因此本方法不仅降低了重构所需采样率与操作复杂度，而且无需调制、混频、滤波、迭代等操作，就可以实现对mimo输入与输出端分数域多带信号的联合重构。