数据辅助估计信噪比的方法技术

本发明专利技术公开的一种数据辅助估计信噪比的方法，旨在提供一种估计信噪比准确，且计算复杂度适中的估计信噪比的方法。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：接收端利用同步段进行帧到达检测和定时同步，输出最佳采样点的抽样信号，从抽样信号中提取出接收的同步段序列信号rk，将获得同步段序列信号rk与本地对应的同步段序列信号的共轭转置复乘，对复乘输出结果进行快速傅里叶变换，转换为频域信号，存储正弦信号xk经快速傅里叶变换后谱线幅度值的平方|X(n)|2；在存储的|X(n)|2中找出最大值，对谱线中表征信号部分的|X(n)|2求和，记为S′；然后对剩余谱线的|X(n)|2求和，记为N′；在频域信号中进行信噪比估计，计算信噪比估计值S′/N′。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线通信领域中，适应于负信噪比频率偏差环境下的信噪比估计方法，尤其是在负信噪比及频率偏差的情况下将数据辅助与频域FFT技术紧密结合的信噪比估计方法。
技术介绍
随着移动通信技术的快速发展和大规模应用，作为其中一个重要分支的通信测量技术发挥着越来越重要的作用。信噪比SNR是移动通信测量中衡量通信质量的一个重要指标，它跟误码率有直接的对应关系，可以表征整个通信链路的性能，也可以衡量硬件电路设计的好坏。在通信系统中,许多技术和算法都需要对信噪比进行估计,如功率控制、自适应调制编码、辐射源个体识别等,获得精确的信噪比估计可以提高这些技术和算法的性能。因此,有关信噪比估计方法的研究一直受到广泛的关注。一般来说，信噪比估计算法大致可以分为两类，一种是非数据辅助法(NDA)，未知发射信号，只是对接收信号进行处理，即盲信噪比估计，使用较多的算法包括二阶矩四阶矩(M2M4)估计法、信号-方差比(SVR)、基于子空间分解等。基于子空间分解首先估计接收信号带宽,以预设的采样率对信号进行过采样,构造接收信号自相关矩阵,然后通过信息论准则如AIC准则或最小描述长度(MDL)原理,给接收数据的信号子空间定阶,将信号子空间与噪声子空间分离,进而获得信噪比的估值。由于AIC和MDL的推导是以样本数量远远大于待估计模型阶数为前提的,而信号子空间分解算法需要进行自相关矩阵的计算和矩阵特征值分解,采样点数越多,计算复杂度越大,严重影响算法快速性。盲估计方法的不需要发送训练序列，在高信噪比时效果很好，但在低信噪比，尤其是负信噪比时，性能恶化很快；另一种是数据辅助法(DA)，利用传输数据的先验知识和接收信号进行的信噪比估计，如经典的最大似然(ML)等算法，估计准确性高，但ML算法要求接收信号已进行多普勒频移补偿。在存在残留频率偏差时，由接收信号与本地训练序列信号的自相关获得的信号功率会降低，ML算法的性能下降明显。在航空通信领域，通信信号有两个特点：一是短突发方式，为了获得抗干扰、低截获等特点，其信号功率谱密度低，通信信号常常淹没在噪声中，接收机工作在低信噪比，噪声功率大于信号功率，其误差对信噪比估计精度的影响占主要地位；二是飞行器的高机动带来随机波动的多普勒频移，以及收发两端的晶振不可能完全匹配，都会带来接收端的频率偏移，即使对其进行一定的补偿，但仍有较大的多普勒残留频偏。低信噪比、频率偏差的无线信道条件使信噪比估计问题更具挑战性，此时，盲信噪比估计在负信噪比下性能恶化而失效，通过增加训练序列长度，数据辅助估计的ML算法在负信噪比下仍能获得准确的估计，但残留的多普勒频偏，使其也存在一定的局限性。总之，目前还缺乏同时在负信噪比和频率偏差条件下，准确估计信噪比且计算复杂度适中的方法。
技术实现思路
鉴于上述现有技术存在的不足，本专利技术提供一种计算速度快,在负信噪比和频率偏差较大的情况下仍然有较好的估计效果，估计信噪比准确，且计算复杂度适中的数据辅助估计信噪比的方法。本专利技术的目的可以通过如下技术方案实现：一种数据辅助估计信噪比的方法，其特征在于包括如下步骤：接收端利用同步段进行帧到达检测和定时同步，输出采样点的抽样信号，从抽样信号中提取出接收的同步段序列信号rk，将获得同步段序列信号rk与本地对应的同步段序列信号的共轭转置复乘，根据复乘输出结果的正弦信号xk进行快速傅里叶变换，转换为频域信号X(n)，存储频域谱线幅度值的平方|X(n)|2；在存储的|X(n)|2中找出最大值，对谱线中表征信号部分的|X(n)|2求和，记为S′；然后对剩余谱线的|Xk|2求和，记为N′；在频域信号中进行信噪比估计，计算信噪比估计值S′/N′，其中，S′为信号功率，N′为噪声功率，k＝1、2、3…N，n＝1、2、3…N，N为同步段符号长度。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果。计算速度快。本专利技术基于数据辅助的信噪比估计方法，在接收端利用同步段进行帧到达检测和定时同步，输出最佳采样点的抽样信号，从抽样信号中提取出接收的同步段序列信号rk，将获得同步段序列信号rk与本地对应的同步段序列信号的共轭转置复乘，根据复乘输出结果xk进行快速傅里叶变换，计算速度快，在负信噪比和频率偏差较大的情况下仍然有较好的估计效果。估计信噪比准确。本专利技术信号xk经快速傅里叶变换后其能量被完全转换到了频域，根据时域信号与频域信号能量是守恒原理，在频域进行信噪比估计，正弦信号能量在频域集中，利于信号和噪声的分离；正弦信号能量不受频率偏差影响，不需要接收端在信噪比估计前完成精确的频率估计。本专利技术充分挖掘数据辅助和频域FFT信噪比估计的特性，并克服已有方法的不足，在接收负信噪比和频率偏差条件下，使得接收机能以适中的计算复杂度获得准确信噪比估计，适用于航空通信、移动通信、卫星通信等无线通信系统。附图说明图1是突发通信的数据帧格式。图2是本专利技术所述方法的基本流程图。图3是本专利技术与现有基于数据辅助的最大似然估计在频偏为0kHz时的仿真对比图；图4是本专利技术与现有基于数据辅助的最大似然估计在频偏为1.5kHz时的仿真对比图；图5是本专利技术与现有基于数据辅助的最大似然估计在频偏为0kHz～4kHz时的仿真对比图。下述以突发通信应用为例的描述，以便提供对本专利技术的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本专利技术绝不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了相关元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。本专利技术提供了一种负信噪比和频率偏差条件下基于数据辅助的信噪比估计方法。具体实施方式参阅图1。在示出的突发通信的数据帧格式中，突发帧主要包括由N个训练序列的MPSK调制符号组成的同步段101和由信源数据经过编码，调制后的M个符号组成的数据段102。接收端利用同步段101进行帧到达检测、定时同步、频偏相偏估计和信噪比估计，再对数据段102中的信号进行解调译码，恢复信源数据。参阅图2。根据突发通信的数据帧格式，数据辅助估计信噪比可按序步骤完成。A、接收端获得同步段序列信号rk(k＝1,2,...,N)；B、接收端将rk与本地对应的同步段序列信号的共轭转置复乘，将输出结果的正弦信号记为C、接收端对xk进行快速傅里叶变换，存储谱线幅度值的平方|X(n)|2(n＝1,2,...,N)；D、接收端对谱线中表征信号部分的|X(n)|2求和，记为S′；对剩余谱线的|X(n)|2求和，记为N′；计算信噪比估计值S′/N′。所述步骤A进一步包括：A1、接收端进行Nyquist成型滤波，利用同步段进行帧到达检测和定时同步，输出最佳采样点的抽样信号；A2、接收端从抽样信号提取出接收的同步段序列信号rk(k＝1,2,...,N)，N为同步段符号长度。所述步骤D进一步包括：接收端搜寻|X(n)|2的最大值，确定峰值位置n0；对n0及左右2M个谱线幅度值平方求和(M表征了正弦信号xk谱线范围，M<N/2)，记为S′。参阅图2。数据辅助估计信噪比的方法具体包括以下步骤：步骤201，接收端获得同步段序列信号rk(k＝1,2,...,N)。通信系统有奈奎斯特Nyquist脉冲成型滤波器，脉冲成形滤波器称为升余弦脉冲成形滤波器，发送端脉冲成形滤波器选择均方根升余弦滤波器，接收端匹配滤波器具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据辅助估计信噪比的方法，其特征在于包括如下步骤：接收端利用同步段进行帧到达检测和定时同步，输出采样点的抽样信号，从抽样信号中提取出接收的同步段序列信号rk，将获得同步段序列信号rk与本地对应的同步段序列信号的共轭转置复乘，对复乘输出结果的正弦信号进行快速傅里叶变换，转换为频域信号，存储正弦信号xk经快速傅里叶变换后谱线幅度值的平方|X(n)|2；在存储的|X(n)|2中找出最大值，对谱线中表征信号部分的|X(n)|2求和，记为S′；然后对剩余谱线的|X(n)|2求和，记为N′；在频域信号中进行信噪比估计，计算信噪比估计值S′/N′，其中，S′为信号功率，N′为噪声功率，k＝1、2、3…N，n＝1、2、3…N，N为同步段符号长度。

【技术特征摘要】
1.一种数据辅助估计信噪比的方法，其特征在于包括如下步骤：接收端利用同步段进行帧到达检测和定时同步，输出采样点的抽样信号，从抽样信号中提取出接收的同步段序列信号rk，将获得同步段序列信号rk与本地对应的同步段序列信号的共轭转置复乘，对复乘输出结果的正弦信号进行快速傅里叶变换，转换为频域信号，存储正弦信号xk经快速傅里叶变换后谱线幅度值的平方|X(n)|2；在存储的|X(n)|2中找出最大值，对谱线中表征信号部分的|X(n)|2求和，记为S′；然后对剩余谱线的|X(n)|2求和，记为N′；在频域信号中进行信噪比估计，计算信噪比估计值S′/N′，其中，S′为信号功率，N′为噪声功率，k＝1、2、3…N，n＝1、2、3…N，N为同步段符号长度。2.如权利要求1所述的数据辅助估计信噪比的方法，其特征在于：接收端进行奈奎斯特Nyquist成型滤波器，利用同步段进行帧到达检测和定时同步，输出最佳采样点的抽样信号。3.如权利要求1所述的数据辅助估计信噪比的方法，其特征在于：接收端从抽样信号中提取出接收的同步段序列信号rk。4.如权利要求1所述的数据辅助估计信噪比的方法，其特征在于：接收端搜寻|Xk|2的最大值，确定峰值位置k0；对k0及左右2M个谱线幅度值平方求和，M＜N/2，记为S′，M为正弦信号xk的谱线范围。5.如权利要求1所述的数据辅助估计信噪比的方法，其特征在于：通信系统有奈奎斯特Nyquist脉冲成型滤波器，发送端脉冲成形滤波器选择均方根升余弦滤波器，接收端匹配滤波器具有同均方根升余弦滤波器，且定时同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘明，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51