一种基于循环平稳分析的载波频率估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于循环平稳分析的载波频率估计方法，包括以下步骤：S1，获取包括通信信号及信道噪声的截获信号；S2，由高阶累积量的性质和高阶循环矩的关系得到噪声的多阶循环累积量；S3，根据信号的调制方式计算得到截获信号的多阶循环矩的表达式，消除零均值的信道噪声的影响；S4，利用调制信号在载波频率处不为零的特性得到的特定多阶循环矩估计信号的载波频率。本发明专利技术利用循环累积量和循环矩对循环平稳信号进行分析。高阶循环累积量理论上可完全抑制任何平稳高斯或非高斯噪声以及非平稳的高斯噪声。在高阶循环累积量域可以得到更高的信噪比，有利于信号的参数估计和信息提取。因此，适宜推广应用。适宜推广应用。适宜推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于循环平稳分析的载波频率估计方法


[0001]本专利技术涉及数字通信信号调制
，具体地说，是涉及一种基于循环平稳分析的载波频率估计方法。

技术介绍

[0002]无线数字通信信号通常把需传送的信号调制到载波的幅度、相位或频率上。一般地，统计特性随时间变化的通信信号，即为非平稳信号。由于对正弦波进行周期性的脉冲调幅、调相和调频使得数字通信信号的一个突出特点是表现出循环平稳性。
[0003]载波同步是系统正常工作的前提，同时在通信侦查与对抗中，需要对对方信号进行识别以获取有用信息。为了获取对方信号的信息，需要进行大量的参数估计，信号载频作为通信系统中的一个重要参数，如大部分的调制信号都需要正交解调，因此需要对载波频率进行精确的估计，根据载波频率值来进行下变频，将信号搬移到基带，这样才能更好地进行后续数字信号处理，从信号中获取信息。
[0004]而现有的载频估计算法分为时域和频率两大类，时域估计方法往往计算复杂度高。而频域主要是利用傅里叶变化在频域估计，其估计精度与FFT长度有关，需获取较高进度则需要更大长度的傅里叶变化，从而使得计算量增加。且无法满足通信对抗中对无论是多载波还是单载波的低截获、抗干扰信号的侦察要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于循环平稳分析的载波频率估计方法，用于实现通信信号载波频率的全盲精确估计，有利于信号的参数估计和信息提取。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种基于循环平稳分析的载波频率估计方法，包括以下步骤：
[0008]S1，获取包括通信信号及信道噪声的截获信号；
[0009]S2，由高阶累积量的性质和高阶循环矩的关系得到噪声的多阶循环累积量；
[0010]S3，根据信号的调制方式计算得到截获信号的多阶循环矩的表达式，消除零均值的信道噪声的影响；
[0011]S4，利用调制信号在载波频率处不为零的特性得到的特定多阶循环矩估计信号的载波频率。
[0012]进一步地，在本专利技术中，当信号的调制方式为MASK和MFSK时，由高阶累积量的性质和高阶循环矩的关系得到噪声的三阶循环累积量为：
[0013][0014]对于MASK调制，其幅度存在M种可能取值：
[0015]s
MASK
(t)＝Re{a(t)exp[j(2πf
c
t+φ)]}＝a(t)cos(2πf
c
t+φ)，
[0016][0017]式中，g(t)为基带脉冲波形；为初始相位；a
n
为幅度值，有M种可能的取值，即a
n
∈{A1，...AM}；M个幅值的出现概率分别为P1，P2，...，PM，由于数字信息仅调制在MASK信号的幅度上，而无相位变化，故在MASK信号的相平面是一维的，星座图表现为处于同一直线上的M个点；
[0018]令τ1＝τ2＝0，根据MASK信号的表达式有：
[0019][0020]通过计算可知MASK信号的特定三阶循环矩，在载波频率处不为零，而在其它位置处均近似为零，因此可利用特定三阶循环矩估计信号的载波频率；
[0021]同理，对于MFSK调制，在采样率为fs的N个观测样本s(k)，k＝1，...，N，的三阶循环矩的估计式为：
[0022][0023]进一步地，在本专利技术中，当信号调制方式为PSK时，对于N进制的PSK信号，载波相位有N种取值，第n个码元可表示为：
[0024]s
PSKn
(t)＝g(t
‑
nT
s
)
·
exp[j(2πf
c
t+θ
n
+φ)][0025]式中，g(t)为信号脉冲波形，T
s
为一个脉冲的宽度，θ
n
∈{2π(m
‑
1)/N，m＝1，2，...，N}代表传送被发射信息载波的N个可能相位，f
c
为信号载波频率，为初始相位，在N进制的PSK信号里，i个信息比特被映射为N＝2i个可能的相位，故进制N的取值通常为2的i次幂，N＝2，4，8，...；同时，由于数字信息调制在了信号相位上，因此使得MPSK信号的星座点在相平面上表现为处于同一圆环上均匀分布的N个点；
[0026]根据PSK的信号表达式，以2、4PSK为例，利用公式计算信号的特定四阶循环累积量：
[0027][0028]由于2、4PSK信号分别为2、4相制，故exp[j4θ]＝1，其中θ为PSK信号的相位序列；因此，有：
[0029][0030]即2、4PSK信号的四阶循环累积量仅在载波的位置处不为零，即载波频率为循环频率。
[0031]进一步地，在本专利技术中，当信号调制方式为QAM时，其信号模型可表示为：
[0032]s
QAM
(t)＝A
t
exp[j(2πf
c
t+θ+φ)][0033]式中，θ＝arctan(A
s
/A
c
)，且A
c
＝Σ
n
A
cn
g(t
‑
nT
s
)和A
s
＝Σ
n
A
sn
g(t
‑
nT
s
)分别为QAM信号的p路和q路，即同相分量和正交分量，A
cn
和A
sn
是两个正交载波携带的第n个信息码元的信号幅值，g(t)为信号脉冲波形；f
c
为信号载波；为初始相位；QAM调制的星座图根据调制信号幅度的不同分为星形星座图和矩形星座图，对应的QAM信号分别叫做星形QAM和矩形QAM；当幅值取离散数值集合{(2m
‑1‑
N)d}，其中d为一常数，m＝1，2，...，N时，QAM信号的星座图为矩形；
[0034]根据公式可得信号的四阶循环累积量表示：
[0035][0036]当τ3＝τ2＝τ1＝0时，有：
[0037][0038]假设截获信号为：
[0039]x(t)＝s(t)+n(t)
[0040]由循环累积量性质可知，平稳高斯白噪声大于2阶的循环累积量恒为零，因此上式中的信道噪声n(t)的四阶循环累积量为0，并且根据PSK和QAM信号表达式，以2、4PSK和星形8、16QAM信号为例，利用公式计算信号的特定四阶循环累积量：
[0041][0042]由于星形8、16QAM信号也均为4相制，exp[j4θ]＝1，因此有：
[0043][0044]即星形8、16QAM信号的四阶循环累积量仅在载波的位置处不为零，即载波频率为循环频率。
[0045]进一步地，在本专利技术中，当信号调制方式为MSK时，MSK信号表达式为：
[0046][0047]式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于循环平稳分析的载波频率估计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取包括通信信号及信道噪声的截获信号；S2，由高阶累积量的性质和高阶循环矩的关系得到噪声的多阶循环累积量；S3，根据信号的调制方式计算得到截获信号的多阶循环矩的表达式，消除零均值的信道噪声的影响；S4，利用调制信号在载波频率处不为零的特性得到的特定多阶循环矩估计信号的载波频率。2.根据权利要求1所述的一种基于循环平稳分析的载波频率估计方法，其特征在于，当信号的调制方式为MASK和MFSK时，由高阶累积量的性质和高阶循环矩的关系得到噪声的三阶循环累积量为：对于MASK调制，其幅度存在M种可能取值：s
MASK
(t)＝Re{a(t)exp[j(2πf
c
t+φ)])＝a(t)cos(2πf
c
t+φ)，式中，g(t)为基带脉冲波形；为初始相位；a
n
为幅度值，有M种可能的取值，即a
n
∈{A1，
…
AM}；M个幅值的出现概率分别为P1，P2，
…
，PM，由于数字信息仅调制在MASK信号的幅度上，而无相位变化，故在MASK信号的相平面是一维的，星座图表现为处于同一直线上的M个点；令τ1＝τ2＝0，根据MASK信号的表达式有：通过计算可知MASK信号的特定三阶循环矩，在载波频率处不为零，而在其它位置处均近似为零，因此可利用特定三阶循环矩估计信号的载波频率；同理，对于MFSK调制，在采样率为fs的N个观测样本s(k)，k＝1，
…
，N，的三阶循环矩的估计式为：3.根据权利要求1所述的一种基于循环平稳分析的载波频率估计方法，其特征在于，当信号调制方式为PSK时，对于N进制的PSK信号，载波相位有N种取值，第n个码元可表示为：式中，g(t)为信号脉冲波形，T
s
为一个脉冲的宽度，θ
n
∈{2π(m
‑
1)/N，m＝1,2,
…
,N}代表传送被发射信息载波的N个可能相位，f
c
为信号载波频率，为初始相位，在N进制的PSK信号里，i个信息比特被映射为N＝2i个可能的相位，故进制N的取值通常为2的i次幂，N＝2,4,8,
…
；同时，由于数字信息调制在了信号相位上，因此使得MPSK信号的星座点在相平面上表现为处于同一圆环上均匀分布的N个点；
根据PSK的信号表达式，以2、4PSK为例，利用公式计算信号的特定四阶循环累积量：由于2、4PSK信号分别为2、4相制，故exp[j4θ]＝1，其中θ为PSK信号的相位序列；因此，有：即2、4PSK信号的四阶循环累积量仅在载波的位置处不为零，即载波频率为循环频率。4.根据权利要求1所述的一种基于循环平稳分析的载波频率估计方法，其特征在于，当信号调制方式为QAM时，其信号模型可表示为：s
QAM
(t)＝A
t
exp[j(2πf
c
t+θ+φ)]式中，θ＝arctan(A
s
/A
c
)，且A
c
＝∑
n
A
cn
g(t
‑
nT
s
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨解清，兰显辉，梁艺瀚，谭大军，丛钰霖，
申请(专利权)人：成都老鹰信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：