基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计方法，方法包括：将输入的通信信号数据截断为一个拍长；对得到的一个拍长的截断数据s(t)进行小波变换得到信号时频图；对信号时频图进行同步挤压运算以细化局部特征；判断是否达到通信信号数据的终点，若尚未达到终点，则将同步挤压运算后的信号时频图进行累加，然后跳转将输入的通信信号数据截断为一个拍长的步骤；否则，针对累加后的信号时频图根据拍数求平均；提取求平均后的信号时频图中突变频率点的二维截面，得到二维截面图；搜索二维截面图中的相邻脉冲间距最小值作为码元宽度，根据码元宽度估计得到码元速率。本发明专利技术具有精度高、计算快的特点。计算快的特点。计算快的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计方法


[0001]本专利技术涉及通信领域，尤其涉及一种基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计方法。

技术介绍

[0002]通信信号参数盲估计技术是在不具备截获信号的先验信息的条件下使用现代信号处理的方法估计出通信信号相关的参数，以用于后续解调器的信号解调。
[0003]对非合作通信信号码元速率参数的估计的研究历程如下：
[0004]1990年，Kuehls J F等人利用DSSS信号的周期性，利用延迟相乘的方法对DSSS信号进行信号检测以及码元速率估计，该方法运算简单、计算量小，但对噪声敏感。
[0005]1992年，Mammone等人发现信号在码元变化时相位跳变的特点，通过计算信号的相位差分结果，成功得到PSK信号的码元速率，但是这种方法仅对BPSK信号的码元速率估计有效果，对QPSK及更高阶次的PSK调制方式估计精度不高。
[0006]2008年，董占奇基于DSSS信号经过延迟相乘处理后的周期性，提出了一种基于延迟相乘相关及谱分析的DSSS信号检测法。该方法同样可以适应DSSS信号检测的低信噪比要求，同时也能方便地实现伪码周期和码元速率估计。
[0007]2013年，年吴金沂在Kuehls J F等人的基础上提出了一种改进算法，通过对延迟相乘信号的相关结果进行分析，提高了算法的抗噪声性能，但此方法需要对算法中的延迟量等参数进行适当调整，参数选取不当易带来不良影响。
[0008]2015年，康健等人为解决在低信噪比条件下的BPSK信号码元速率估计，提出了基于小波能谱熵和小波时间熵的两种码元速率估计算法。通过一维多尺度小波变换重构高频部分，分别计算重构信号的小波能谱熵和小波时间熵来得到码元速率。但是，基于小波能谱熵的算法计算量稍大，而基于小波时间熵的方法精度不高。
[0009]2020年，谭晓衡和张雪静提出了一种基于小波变换的码元速率估计优化算法，通过Hilbert变换提取瞬时相位基带序列,经多尺度小波变换,对每个尺度下的小波系数的模值的平方进行叠加,然后对叠加后的结果进行功率谱运算,功率谱中会存在携带码元速率信息的谱线，通过这些谱线进行码元速率的估计。算法较为精确，但是需要进行多种运算，复杂度高。
[0010]2021年，张昌文将循环谱方法用于估计信号的载频及码元速率估计，利用仿真信号进行验证，并进行实测试验，验证了方法适用性。
[0011]2022年，李留章将参数估计与深度学习结合起来，针对不同调制信号参数的分布特点，设计了不同的代价函数、标签以及网络结构，在码元速率估计、频率偏移估计上取得了较好的效果。
[0012]近年来，对常用通信信号的码元速率估计研究已经取得了许多成果。但这些成果大多利用传统时频分析方法进行估计，估计精度不高且计算量较大，计算时间长。

技术实现思路

[0013]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计方法，具有精度高、计算快的特点。
[0014]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0015]一种基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计方法，包括：
[0016]S1，将输入的通信信号数据截断为一个拍长；
[0017]S2，对得到的一个拍长的截断数据s(t)进行小波变换得到信号时频图；
[0018]S3，对信号时频图进行同步挤压运算以细化局部特征；
[0019]S4，判断是否达到通信信号数据的终点，若尚未达到终点，则将同步挤压运算后的信号时频图进行累加，然后跳转步骤S1；否则，跳转步骤S5；
[0020]S5，针对累加后的信号时频图根据拍数求平均；
[0021]S6，提取求平均后的信号时频图中突变频率点的二维截面，得到二维截面图；
[0022]S7，搜索二维截面图中的相邻脉冲间距最小值作为码元宽度，根据码元宽度估计得到码元速率。
[0023]进一步的，步骤S2包括：
[0024]S2.1，对得到的一个拍长的截断数据s(t)进行小波变换得到小波变换系数；
[0025]S2.2，将小波变换系数绘制成三维的信号时频图，所述信号时频图的横坐标为时间，轴坐标包括频率和幅度。
[0026]进一步的，步骤S2.1中进行小波变换的函数表达式为：
[0027][0028]上式中，W
s
(a,b)为小波变换系数，a和b为变换的尺度因子和平移因子，s(t)为输入的一个拍长的截断数据，ψ为小波母函数，
*
表示共轭复数，t为时间；表示经过伸缩和平移变化之后的小波母函数。
[0029]进一步的，步骤S3中对信号时频图进行同步挤压运算时，包括将任一频率w0所在区间内的值都挤压至w0处，其中Δw为频率挤压宽度。
[0030]进一步的，步骤S3中对信号时频图进行同步挤压运算的函数表达式为：
[0031][0032]上式中，T
s
(w0,b)为小波变换系数的同步挤压运算结果，W
s
(a,b)为小波变换系数，w0为离散值，(Δa)
i
＝a
i
‑
a
i
‑1，a
i
和a
i
‑1分别为第i项和第i
‑
1项的尺度因子a的值，Δw为频率挤压宽度。
[0033]进一步的，步骤S4中跳转步骤S1之前还包括等待间隔数据长度d。
[0034]进一步的，步骤S6中提取求平均后的信号时频图中突变频率点的二维截面之前，还包括：搜索求平均后的信号时频图中强度最大和次大的频率点作为载频估计值，选取这两个载频估计值之间的频率点作为突变频率点。
[0035]进一步的，步骤S7中根据码元宽度估计得到码元速率包括：计算码元宽度的倒数，得到码元速率估计值。
[0036]本专利技术还提出一种基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行任意一项所述基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计方法。
[0037]本专利技术还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于被微处理器编程或配置以执行任意一项所述基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计方法。
[0038]和现有技术相比，本专利技术具有下述优点：
[0039]1、引入同步挤压小波变换方法对非合作通信信号进行码元速率盲估计，较现有的通信信号码元速率盲估计方法准确度大大提升。
[0040]2、为满足同步挤压小波变换在通信领域中的实际应用场景，使用多快拍求平均的方法减小算法计算量，实现了在保证准确度的前提下大大提升了计算速度。
附图说明
[0041]图1为本专利技术实施例的流程图。
[0042]图2为进行多快拍求平均原理图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计方法，其特征在于，包括：S1，将输入的通信信号数据截断为一个拍长；S2，对得到的一个拍长的截断数据s(t)进行小波变换得到信号时频图；S3，对信号时频图进行同步挤压运算以细化局部特征；S4，判断是否达到通信信号数据的终点，若尚未达到终点，则将同步挤压运算后的信号时频图进行累加，然后跳转步骤S1；否则，跳转步骤S5；S5，针对累加后的信号时频图根据拍数求平均；S6，提取求平均后的信号时频图中突变频率点的二维截面，得到二维截面图；S7，搜索二维截面图中的相邻脉冲间距最小值作为码元宽度，根据码元宽度估计得到码元速率。2.根据权利要求1所述的基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计方法，其特征在于，步骤S2包括：S2.1，对得到的一个拍长的截断数据s(t)进行小波变换得到小波变换系数；S2.2，将小波变换系数绘制成三维的信号时频图，所述信号时频图的横坐标为时间，轴坐标包括频率和幅度。3.根据权利要求2所述的基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计方法，其特征在于，步骤S2.1中进行小波变换的函数表达式为：上式中，W
s
(a,b)为小波变换系数，a和b为变换的尺度因子和平移因子，s(t)为输入的一个拍长的截断数据，ψ为小波母函数，
*
表示共轭复数，t为时间；表示经过伸缩和平移变化之后的小波母函数。4.根据权利要求1所述的基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计方法，其特征在于，步骤S3中对信号时频图进行同步挤压运算时，包括将任一频率w0所在区间内的值都挤压至w0处，其中Δw为频率挤压宽度。5.根据权利要求4所述的基于同步挤压小波变换的通信信号码元速率盲估计方法，其特征在于，步骤S3...

【专利技术属性】
技术研发人员：金文婧，胡正良，朱敏，朱家华，刘悦，成乐，周翱隆，徐志明，韩婧祺，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：