一种适用于突发通信的过采样率盲估计方法技术

本发明专利技术提供一种适用于突发通信信号的过采样率盲估计方法，可以在每段突发持续时间很短且接收机的过采样率(OSR)为非整数值时仍能获得精准的过采样率。针对突发通信中的OSR盲估计问题，提出了一种OSR的偏差消除周期图方法，通过深入分析了影响OSR估计精度的因素，使得传统的周期图方法中的OSR峰检测在信号段长度很短的情况下依旧非常准确，进而获得准确的OSR值。本发明专利技术创新性的提出一种OSR盲估计方法，可以显著提高OSR估计的精度，即使每个突发信号仅由几十个符号组成，估计的OSR的均方根误差(RMSE)也可以减小到10

【技术实现步骤摘要】
一种适用于突发通信的过采样率盲估计方法


[0001]本专利技术属于通信领域，具体涉及一种针对短突发信号所采取的过采样高精度盲估计方法。

技术介绍

[0002]突发通信(即源信息在短突发时间内传输)广泛应用于军事通信和公共应急通信。突发通信中的盲符号检测尤其具有挑战性，特别是当突发信号的持续时间很短时，例如在跳频系统中。设计一种针对短突发信号所采取的过采样率高精度盲估计方法的工作有重要意义。
[0003]传统的OSR估计方法大致可分为两类：循环平稳方法和傅立叶变换方法。然而，现有技术普遍存在局限性。现有的OSR估计技术是建立在可估计信号长度足够长的基础上，文献[1] 研究中使用简化的循环平稳方法可以对600个以上的采样点的信号成功实现码率估计。文献 [2]研究中使用傅立叶变换方法可以对256个以上的采样点的信号成功实现码率估计。
[0004]经过传统的信号参数估计方法可以从接收信号的频谱中发现强而尖锐的OSR波峰。在符号长度很短的情况下，OSR估计的研究较少。当通信符号长度只有几十位时，估计出的OSR 不够准确，严重降低接收机的性能。
[0005][1]C.Shen and T.Ye,“Improving Symbol Rate Estimation Accuracy by Bandpass Filter Bank,
”ꢀ
IEEE 19th International Conference on Communication Technology(ICCT),Xi
’r/>an,China, 2019,pp.203
‑
209,doi:10.1109/ICCT46805.2019.8947260.
[0006][2]Y.Hu,S.Wu and H.Geng,“Improvement on Blind Symbol Rate Detection under Unfavorable Conditions,”International Conference on Communications and Intelligence Information Security,Nanning,2010,pp.29
‑
35,doi:10.1109/ICCIIS.2010.65.

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种适用于突发通信的过采样率盲估计方法，可以在每段突发持续时间很短且接收机的过采样率(OSR)为非整数值时仍能获得精准的过采样率。
[0008]本专利技术针对的是短突发信号，其OSR盲估计过程如图1所示，在进行过采样率估计之前需要进行突发信号检测，然后对短突发信号进行补零处理后计算周期图，最后进行偏移消除的处理后进行OSR估计，整个过程需要控制器来进行与各模块的信息交互。
[0009]本专利技术提出的突发通信的过采样率盲估计方法具体实现步骤包括：突发信号检测、补零处理、平均周期图、偏移消除OSR参数估计过程，接下来对各模块进行详细分析：
[0010](1)突发信号检测
[0011]在实际情况中，我们会收到一个连续的信号序列，接收到的序列在某些持续时间
内包含突发信号，并且在突发信号之间会夹杂着高斯白噪声。因此首先需要对突发信号进行鉴别和切割去除噪声段，并从检测到的突发信号中提取突发信号段。突发信号检测模块包括以下步骤：
[0012]步骤1：计算每一信号采样点的功率。
[0013]p(n)＝x(n)
·
x
*
(n)0≤n≤L
whole
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0014]其中x(n)表示接收到的信号，L
whole
是整个接收序列的长度，x
*
(n)表示x(n)的复共轭值， n为采样序号。
[0015]步骤2：对信号的功率序列应用移动平均窗处理，并在窗口内的样本生成平均功率。假设移动平均窗长为L，平均功率表示为
[0016][0017]步骤3：设置一个功率判决门限阈值p
th
，由平均功率的大小判决出突发信号。
[0018]步骤4：通过使用判决门限阈值来识别出突发信号的开始和结束。n
′
由1开始增大，当 p
av
(n
′
)＞p
th
时，n
′
为突发信号的起始位置。当p
av
(n
′
)＜p
th
时，n
′
为突发信号的结束位置。在识别突发信号之后，信号的功率将由式(3)计算
[0019][0020]其中，表示识别出的第i段突发信号，是突发信号的复共轭函数， L
i
为第i段突发信号的长度。
[0021]步骤5：与控制器的信息交换。需要传递给控制器每个突发信号段的长度。当突发信号的数目足够时，估计控制向突发检测块发送命令以停止数据采集并进行信号参数的估计过程。
[0022](2)补零处理
[0023]时域的零填充等价于频域的插值。在序列末尾进行零填充后，信号频谱的分辨率将得到提高。估计控制块需要知道每个段的L
i
，即使各段突发信号的长度不一样，仍能通过补零处理使各段信号保持一致的长度，这样可以充分利用接收到的突发信号进行盲估计。
[0024]补零后待处理信号的长度从L
i
扩展到N
point
，N
point
为补零后的信号长度。补零后的信号功率为p
′
i
(n)，由式(4)给出
[0025][0026]补零长度讨论：补零处理是为了增加下一步中周期图的离散傅里叶变换DFT的规模，增加DFT的规模可以提高OSR估计的精度，但是其计算复杂度也会随着DFT的大小而增加。
[0027]DFT大小如何影响估计的准确性如图2所示。真实的OSR为ε，DFT的大小为N
point
，周期图中代表OSR的峰值出现在1/ε
′
处，预设的过采样率估计误差为A
threshold
，满足公式(5)
[0028]|ε
′‑
ε|≤A
threshold
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0029]在周期图频谱中，距离真实OSR最近的两个频率位置是1/ε'+1/N
point
和1/ε'
‑
1/
N
point
，这意味着最小的DFT规模N
point
满足不等式：
[0030][0031]综上所述，N
point
的最小值需要满足条件：
[0032][0033]由式(7)可知，N
point
的值与估计误差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于突发通信的过采样率盲估计方法，其特征在于：包括：突发信号检测、补零处理、平均周期图、偏移消除OSR参数估计过程，具体步骤如下：(1)突发信号检测对突发信号进行鉴别和切割去除噪声段，并从检测到的突发信号中提取突发信号段；突发信号检测模块包括以下步骤：步骤1.1：计算每一信号采样点的功率；p(n)＝x(n)
·
x
*
(n) 0≤n≤L
whole
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中x(n)表示接收到的信号，L
whole
是整个接收序列的长度，x
*
(n)表示x(n)的复共轭值，n为采样序号；步骤1.2：对信号的功率序列应用移动平均窗处理，并在窗口内的样本生成平均功率；设移动平均窗长为L，平均功率表示为：步骤1.3：设置一个功率判决门限阈值p
th
，由平均功率的大小判决出突发信号；步骤1.4：通过使用判决门限阈值来识别出突发信号的开始和结束；n
′
由1开始增大，当p
av
(n
′
)＞p
th
时，n
′
为突发信号的起始位置；当p
av
(n
′
)＜p
th
时，n
′
为突发信号的结束位置；在识别突发信号之后，信号的功率将由式(3)计算其中，表示识别出的第i段突发信号，是突发信号的复共轭函数，L
i
为第i段突发信号的长度；步骤1.5：与控制器的信息交换；需要传递给控制器每个突发信号段的长度。(2)补零处理时域的零填充等价于频域的插值；在序列末尾进行零填充后，信号频谱的分辨率将得到提高；控制器需要知道每个段的L
i
，即使各段突发信号的长度不一样，仍能通过补零处理使各段信号保持一致的长度，充分利用接收到的突发信号进行盲估计；补零后待处理信号的长度从L
i
扩展到N
point
，N
point
为补零后的信号长度；补零后的信号功率为p
′
i
(n)，由式(4)给出设OSR为ε，DFT的大小为N
point
，周期图中代表OSR的峰值出现在1/ε
′
处，预设的过采样率估计误差为A
threshold
，满足公式(5)|ε
′‑
ε|≤A
threshold
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)在周期图频谱中，距离OSR最近的两个频率位置是1/ε'+1/N
point
和1/ε'
‑
1/N
point
，最小的DFT规模N
point
满足不等式：
N
point
的最小值需要满足条件：由式(7)可知，N
point
的值与估计误差精度A
threshold
和OSR值有关；(3)平均周期图对补零后的功率信号p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘荣科，杨超三，赵洪博，赵岭，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：