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为了解决频谱资源匮乏和频谱利用率低之间矛盾，认知无线电技术给接收机提出了宽带频谱感知、可调的多带接收等要求，从而使ADC面临超高采样速率的巨大压力。宽带压缩感知接收机将超宽带频谱压缩采样，并借助于压缩感知理论重构信号，在缓解ADC采样压力的同时删除采样序列的冗余信息。但是，实际的压缩感知接收机存在感知矩阵偏离计算值、传统压缩感知算法重构率低以及硬件实现成本高等问题。本文以此为契机，提出了基于同步宽带调制信号的感知矩阵测量法来矫正硬件非理想特性；基于高度列相关的感知矩阵提出了双筛选正交匹配追踪（Double Screening Orthogonal Matching Pursuit,DSOMP）算法来提高支撑集重构率；提出了新的压缩采样结构——交替的调制宽带转换器（Alternate Modulated Wideband Converter,A-MWC），进一步降低了盲重构所需的总采样速率。
本文的主要贡献和创新点总结如下：
1、基于调制宽带转换器（Modulated Wideband Converter,MWC）设计了一款具有60dB动态范围的压缩感知接收机。该接收机能够感知DC-3GHz的频率范围，在没有载波频率的先验信息的情况下，可以同时盲接收工作带宽内任意分布6个带宽不超过40MHz的实信号。该接收机有6条工作在240Msps的ADC采样支路，实现了对高达6Gsps奈奎斯特采样率的压缩。在感知频带范围、接收频带数、信号带宽、动态范围等指标上，该压缩感知接收机都具有较好性能。
2、为了矫正硬件电路的非理想特性，本文提出了基于同步宽带调制信号的感知矩阵测量方法。硬件电路的非理想特性使压缩感知接收机的频谱折叠权值严重偏离计算出的感知矩阵，从而降低了信号重构质量。由于对硬件逐一进行矫正的成本太高，本文将非理性特性看作感知矩阵的一部分，提出了一种方便被已知信号测量的相对感知矩阵。基于宽带调制信号便于触发同步、包含可辨识的头部信息的优点，本文实现了相对感知矩阵的测量。使用归一化均方误差（Normalized Mean Square Error,NMSE）来衡量重构基带和原基带的相似度，测量出的感知矩阵将重构出基带信号的NMSE从-7.47dB降低到了-21.05dB。
3、针对感知矩阵具有较高列相关性的特征，本文提出了高支撑集重构概率的DSOMP算法。由于硬件电路规模的限制以及器件非理想特性的影响，压缩感知接收机的感知矩阵未能严格地满足有限等距准则（Restricted Isometry Property,RIP）。具有高度列相关性的感知矩阵会使得经典的贪婪类算法引导的支撑集重构率难以满足需求。为此，本文提出了DSOMP算法，该算法采用“宽进严出”的双筛选机制避免了强干扰原子阻塞基原子进入候选集，并使用残差向量与含有已选原子集的线性子空间距离作为判定标准，从而促使已选的原子集帮助算法在下一次迭代中快速锁定基原子。仿真证明，在面对高列相关矩阵时，DSOMP算法（在15dB信噪比下）对四载波信号的重构率高于98%，远超参与对比的其他贪婪类算法（低于50%）。在基于压缩感知接收机的实验中，三载波信号支撑集的成功重构也证明了DSOMP算法的实用性。而与此同时，参与对比的其他贪婪类算法未能重构出支撑集。
4、为了节省压缩感知接收机的硬件成本，降低盲重构所需的采样速率，本文提出了A-MWC压缩采样结构。A-MWC通过切换两组交替重复的伪随机比特序列，并添加触发信号约束时序，在时域上实现了两个MWC交替工作。基于信号的宽平稳特性，将两个MWC的欠定方程在信号功率谱层面联立求解支撑集，并基于支撑集分别重构原信号。以增加轻微的计算量为代价，A-MWC结构把信号盲重构所需要的总采样速率减少到MWC一半，这也意味着硬件规模几乎被缩减了一半。仿真和实验证明了A-MWC的理论正确性以及物理可行性。在实验中，3条采样支路的A-MWC结构能够成功地重构出四载波宽带信号，并且重构出的四个基带与原始基带之间的NMSE都低于-15dB。而同硬件规模的MWC结构未能准确地重构出支撑集。
本文的主要贡献和创新点总结如下：
1、基于调制宽带转换器（Modulated Wideband Converter,MWC）设计了一款具有60dB动态范围的压缩感知接收机。该接收机能够感知DC-3GHz的频率范围，在没有载波频率的先验信息的情况下，可以同时盲接收工作带宽内任意分布6个带宽不超过40MHz的实信号。该接收机有6条工作在240Msps的ADC采样支路，实现了对高达6Gsps奈奎斯特采样率的压缩。在感知频带范围、接收频带数、信号带宽、动态范围等指标上，该压缩感知接收机都具有较好性能。
2、为了矫正硬件电路的非理想特性，本文提出了基于同步宽带调制信号的感知矩阵测量方法。硬件电路的非理想特性使压缩感知接收机的频谱折叠权值严重偏离计算出的感知矩阵，从而降低了信号重构质量。由于对硬件逐一进行矫正的成本太高，本文将非理性特性看作感知矩阵的一部分，提出了一种方便被已知信号测量的相对感知矩阵。基于宽带调制信号便于触发同步、包含可辨识的头部信息的优点，本文实现了相对感知矩阵的测量。使用归一化均方误差（Normalized Mean Square Error,NMSE）来衡量重构基带和原基带的相似度，测量出的感知矩阵将重构出基带信号的NMSE从-7.47dB降低到了-21.05dB。
3、针对感知矩阵具有较高列相关性的特征，本文提出了高支撑集重构概率的DSOMP算法。由于硬件电路规模的限制以及器件非理想特性的影响，压缩感知接收机的感知矩阵未能严格地满足有限等距准则（Restricted Isometry Property,RIP）。具有高度列相关性的感知矩阵会使得经典的贪婪类算法引导的支撑集重构率难以满足需求。为此，本文提出了DSOMP算法，该算法采用“宽进严出”的双筛选机制避免了强干扰原子阻塞基原子进入候选集，并使用残差向量与含有已选原子集的线性子空间距离作为判定标准，从而促使已选的原子集帮助算法在下一次迭代中快速锁定基原子。仿真证明，在面对高列相关矩阵时，DSOMP算法（在15dB信噪比下）对四载波信号的重构率高于98%，远超参与对比的其他贪婪类算法（低于50%）。在基于压缩感知接收机的实验中，三载波信号支撑集的成功重构也证明了DSOMP算法的实用性。而与此同时，参与对比的其他贪婪类算法未能重构出支撑集。
4、为了节省压缩感知接收机的硬件成本，降低盲重构所需的采样速率，本文提出了A-MWC压缩采样结构。A-MWC通过切换两组交替重复的伪随机比特序列，并添加触发信号约束时序，在时域上实现了两个MWC交替工作。基于信号的宽平稳特性，将两个MWC的欠定方程在信号功率谱层面联立求解支撑集，并基于支撑集分别重构原信号。以增加轻微的计算量为代价，A-MWC结构把信号盲重构所需要的总采样速率减少到MWC一半，这也意味着硬件规模几乎被缩减了一半。仿真和实验证明了A-MWC的理论正确性以及物理可行性。在实验中，3条采样支路的A-MWC结构能够成功地重构出四载波宽带信号，并且重构出的四个基带与原始基带之间的NMSE都低于-15dB。而同硬件规模的MWC结构未能准确地重构出支撑集。