Spectrum sensing and direction of arrival (DOA) estimation have been thoroughly investigated, both separately and as a joint task. Estimating the support of a set of signals and their DOAs is crucial to many signal processing applications, such as Cognitive Radio (CR). A challenging scenario, faced by CRs, is that of multiband signals, composed of several narrowband transmissions spread over a wide spectrum each with unknown carrier frequencies and DOAs. The Nyquist rate of such signals is high and constitutes a bottleneck both in the analog and digital domains. To alleviate the sampling rate issue, several sub-Nyquist sampling methods, such as multicoset sampling or the modulated wideband converter (MWC), have been proposed in the context of spectrum sensing. In this work, we first suggest an alternative sub-Nyquist sampling and signal reconstruction method to the MWC, based on a uniform linear array (ULA). We then extend our approach to joint spectrum sensing and DOA estimation and propose the CompreSsed CArrier and DOA Estimation (CaSCADE) system, composed of an L-shaped array with two ULAs. In both cases, we derive perfect recovery conditions of the signal parameters (carrier frequencies and DOAs if relevant) and the signal itself and provide two reconstruction algorithms, one based on the ESPRIT method and the second on compressed sensing techniques. Both our joint carriers and DOAs recovery algorithms overcome the well-known pairing issue between the two parameters. Simulations demonstrate that our alternative spectrum sensing system outperforms the MWC in terms of recovery error and design complexity and show joint carrier frequencies and DOAs from our CaSCADE system's sub-Nyquist samples.


翻译:测算一组信号及其DAA的支持对于许多信号处理应用程序,如Cognitive Radio(CR)至关重要。CRS面临的一个具有挑战性的情景是多波段信号,由若干波段传输组成,每个波段分布宽广,承运人频率和 DoAs不为人知的多个窄带传输组成。这种信号的Nyquist率很高,在模拟和数字领域的轨迹参数中构成瓶颈。为缓解取样率问题,在频谱感测方面,提出了若干次Nyst取样方法,如多coset取样或调制宽频转换器(MWC)。在这项工作中,我们首先根据统一的线性阵列(ULA)向MWC提出另一种次波段采样和信号重建方法。我们随后将我们的回收方法扩大到联合频谱感测和DOA的准确度运算,并提议Simer和DA Estation(CAS)的第二代样采样取样方法,其中含有双轨的DOA 和信号系统,同时展示了我们的LA 和Servial Real 系统。

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