一种基于短波分集信号的时延估计方法技术

该发明专利技术公开了一种短波信道下基于多路分集信号的多径时延估计方法，属于无线通信中的信道参数估计技术领域，涉及一种基于多路分集信号、复杂度低、无需信道先验信息时延的估计方法。在非数据辅助情况下，仅靠单通道数据，利用多路携带同一信息，统计独立且衰落不相关的信号，利用分段频域匹配相关取众数的方法，可以有利对抗短波信道的不良传输特性，完成对多径时延和相对时延的估计。仿真结果表明:在较低信噪比，估计精度仅为10

A Time Delay Estimation Method Based on HF Diversity Signal

【技术实现步骤摘要】
一种基于短波分集信号的时延估计方法
本专利技术属于无线通信中的信道参数估计
，涉及一种基于多路分集信号、复杂度低、无需信道先验信息时延的估计方法。
技术介绍
在短波通信中存在着多径时延、多普勒频移和频率选择性衰落等诸多问题，为信号的接收和处理带来了很大的困难，所以常采用分集技术来对抗信道的不良传输特性。本专利技术就正好利用了分集信号，无需测试或导频序列即可完成对信道参数多径时延和分集信号相对时延的估计。分集技术是通过提供传送信号多个副本来提高接收信号正确判决率的方法，用来补偿衰落信道损耗，抵抗衰落引起的不良影响。分集具体指分散传输和集中接收，分散传输使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号。集中接收是接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。根据信息论原理，有其他衰减程度的原发送信号副本提供给接收机会有助于接收信号的正确判决。目前，常用的多径时延估计模型有三类。第一类：基于单通道数据，估计传输脉冲与回波之间的时间延迟，要求辅助导频数据有良好的相关性能；第二类：同样基于单通道数据，接收端已知发送的具有良好相关性的导频辅助数据；第三类：基于多通道数据，利用不同位置接收机间的时间差来进行估计。这三类模型下都已有许多经典算法：例如相关算法、基于成本函数的算法和基于信号空间特征的算法等，但这些算法都要求接收方对发送的特殊测试序列或导频信号已知，而该要求在非协作通信时很难达到。因此本专利技术方案考虑一种新场景下的时延估计方法，即接收方未知发送信号的先验知识，仅基于单通道多路分集信号完成对信道多径时延和信号间相对时延的估计。专利技术内容本专利技术创造性地利用了短波信道常用的多路分集信号来估计短波信道的多径时延和信号间的相对时延。将多路信号分段频域匹配取众数，获得信号相对时延的同时，寻找合理的次众数，两者之差即为信道多径时延的估计值。该方案的信道由一个表征直接路径的衰落过程和另一个表征反射路径的衰落过程的组合来建模，接收信号包含两条路径成分，适用于频率选择性衰落短波信道的MFSK调制方式，算法复杂度小，所需的信息仅有符号速率和采样频率，不需要知道其他先验信息，还可用于非协作的通信场景。仿真表明该方案对多径时延和相对时延的估计都较为准确，在较低的信噪比下仍能保证较为理想的性能。本专利技术的技术方案如下：分别对多路输入信号按五个符号的长度不重叠地分帧，将多路数据逐帧进行频域匹配相关，每帧最大相关值的位置对应该帧的相对时延估计值，取每帧相对时延的众数作为信号最终的相对时延估计值。在每帧相对时延中寻找符合要求的次众数，要求次众数与最终估计值相差不大于短波信道多径时延经验值且不小于两个采样点。最终相对时延估计值与次众数之差即信道多径时延。本专利技术是一种短波信道下基于多路分集信号的多径时延估计方法，以两路分集信号为例，其算法流程如附图1所示，包括以下步骤：步骤1、对两路接收信号rm(t),m＝1,2以采样频率Fs采样后得{rm(n),m＝1,2；n＝1,2,...N}，m表示分集信号的路数，N表示每一路的数据长度；步骤2、分别对两路信号进行分帧；由已知的符号速率Symr和采样频率Fs求出一个符号内的采样点数Nsamp，以帧长fl＝5*Nsamp对信号不重叠地进行分帧，如果最后一帧数据不够帧长，那么舍弃最后一帧，所以总帧数最后长度为N的第m路接收序列rm(n)分帧后变为其中各元素表示分帧后的一帧数据；步骤3、对两路信号逐帧做频域匹配相关，记录峰值位置；分别对两路信号每一帧数据做快速傅里叶变换,得到其频谱Ym(k),m＝1,2；k＝1,2,...,fn，共轭相乘之后进行反傅里叶变换，取模值后得到相关值集合Ck(fr),k＝1,2,...,fn；fr＝1,2,...,fl，最后记录相关值峰值位置P(k)＝max(Ck(fr)),k＝1,2,...fn；fr＝1,2,...fl；步骤4、取相关值峰值位置P(k)的众数Pm，得到两路信号相对时延Rdelay'＝Pm-1；如果相对时延Rdelay'大于修正时延为Rdelay＝fl-Rdelay'，否则保持Rdelay＝Rdelay'；步骤5、寻找符合要求的次众数Psm；根据采样频率Fs和短波信道最大多径时延的经验值Mdelay'，计算Mdelay'对应的采样点数Ns＝Fs*Mdelay'；对于每帧的相对时延估计值{P(k),k＝1,2,...fn}，满足与最终相对时延Psm之差大于两个采样点且小于短波信道最大多径时延经验值Ns条件的估计值构成集合Φ＝{P(k)|2＜|P(k)-Pm|＜Ns,k＝1,2,...fn}，Φ的众数Psm即为所求的次众数；步骤6、多径时延Mdelay为相对时延Rdelay与次众数Psm之差，即Mdelay＝|Rdelay-Psm|。本专利技术有益的效果为：在非数据辅助情况下，仅靠单通道数据，利用多路携带同一信息，统计独立且衰落不相关的信号，利用分段频域匹配相关取众数的方法，可以有利对抗短波信道的不良传输特性，完成对多径时延和相对时延的估计。仿真结果表明:在较低信噪比，估计精度仅为10-4s量级时，对多径时延和信号相对时延的估计仍能保持较高的准确率。附图说明图1为时延估计的流程图图2为短波电离层通道模型方框图图3为本专利技术方案相对时延估计的性能仿真图图4为本专利技术方案多径时延估计的性能仿真图具体实施方式下面结合附图和实施例，详述本专利技术的技术方案。但不应将此理解为本专利技术上述主体的范围仅限于以下实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。仿真参数设置如下：以2FSK调制信号为例，设符号速率Symr＝200sps和采样频率Fs＝9600Hz，一个符号内的采样点数Nsamp＝48。选择的仿真信道是中纬度有干扰的频率选择性衰落信道，信道模型如图2所示。假设输入信号：s(t)＝cos(2πft)或s(t)＝ej2πft。τ为多径时延，fd为最大多普勒频移，描述了短波信道的衰落特性，为服从均值为零复高斯分布的时变衰落系数，两方差相等，则输出信号：利用多路分集信号估计多径时延的步骤如下：步骤1、对两路接收信号rm(t),m＝1,2以采样频率9600Hz采样后得{rm(n),m＝1,2；n＝1,2,...N}，m表示分集信号的路数，N表示每一路的数据长度。步骤2、分别对两路信号进行分帧；由已知的符号速率200sps和采样频率9600Hz求出一个符号内的采样点数48，以帧长240采样点对信号不重叠地进行分帧，如果最后一帧数据不够帧长，那么舍弃最后一帧，所以总帧数最后长度为N的第m路接收序列rm(n)分帧后变为其中各元素表示分帧后的一帧数据。步骤3、对两路信号逐帧做频域匹配相关，记录峰值位置；分别对两路信号每一帧数据做快速傅里叶变换,得到其频谱Ym(k),m＝1,2；k＝1,2,...,fn，共轭相乘之后进行反傅里叶变换，取模值后得到相关值集合Ck(fr),k＝1,2,...,fn；fr＝1,2,...,fl，最后记录相关值峰值位置P(k)＝max(Ck(fr)),k＝1,2,...fn；fr＝1,2,...fl。步骤4、取P(k),k＝1,2,...fn的众数Pm，得到两路信号相对时延Rdelay'＝Pm-1；如果相对时延Rdelay'大于120采样点，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种短波信道下基于多路分集信号的多径时延估计方法，以两路分集信号为例，其算法流程如附图1所示，包括以下步骤：步骤1、对两路接收信号rm(t),m＝1,2以采样频率Fs采样后得{rm(n),m＝1,2；n＝1,2,...N}，m表示分集信号的路数，N表示每一路的数据长度；步骤2、分别对两路信号进行分帧；由已知的符号速率Symr和采样频率Fs求出一个符号内的采样点数Nsamp，以帧长fl＝5*Nsamp对信号不重叠地进行分帧，如果最后一帧数据不够帧长，那么舍弃最后一帧，所以总帧数

【技术特征摘要】
1.一种短波信道下基于多路分集信号的多径时延估计方法，以两路分集信号为例，其算法流程如附图1所示，包括以下步骤：步骤1、对两路接收信号rm(t),m＝1,2以采样频率Fs采样后得{rm(n),m＝1,2；n＝1,2,...N}，m表示分集信号的路数，N表示每一路的数据长度；步骤2、分别对两路信号进行分帧；由已知的符号速率Symr和采样频率Fs求出一个符号内的采样点数Nsamp，以帧长fl＝5*Nsamp对信号不重叠地进行分帧，如果最后一帧数据不够帧长，那么舍弃最后一帧，所以总帧数最后长度为N的第m路接收序列rm(n)分帧后变为其中各元素表示分帧后的一帧数据；步骤3、对两路信号逐帧做频域匹配相关，记录峰值位置；分别对两路信号每一帧数据做快速傅里叶变换,得到其频谱Ym(k),m＝1,2；k＝1,2,...,fn，共轭相乘之后进行反傅里叶变换，取模值后得到相关值集合Ck(fr),k＝1,2,...,fn；fr＝1,2,...,fl，最...

【专利技术属性】
技术研发人员：张存林，董彬虹，曹蕾，蔡沅沅，李昊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51