一種基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法與裝置制造方法
【專利摘要】一種基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，將通信信號(hào)進(jìn)行小波變換，再通過(guò)頻譜搬移將載頻從高頻搬移到低頻，然后進(jìn)行隨機(jī)共振處理，根據(jù)隨機(jī)共振處理后所得信號(hào)的頻譜估計(jì)得到載波頻率，根據(jù)隨機(jī)共振處理后所得信號(hào)載頻恢復(fù)得到本地載波，將通信信號(hào)與本地載波相乘后進(jìn)行低通濾波轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，再將基帶信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)共振處理，根據(jù)隨機(jī)共振處理后所得信號(hào)的包絡(luò)譜估計(jì)得到波特率，本發(fā)明同時(shí)提供了一種基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)裝置，包括小波變換模塊、頻譜搬移模塊、隨機(jī)共振系統(tǒng)模塊一、載頻估計(jì)模塊、本地載波恢復(fù)模塊、乘法器、低通濾波器、隨機(jī)共振系統(tǒng)模塊二以及波特率估計(jì)模塊，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了更低信噪比下信號(hào)參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)。
【專利說(shuō)明】一種基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非協(xié)作通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]非協(xié)作通信是指在未經(jīng)授權(quán)且不影響正常通信前提下，接入到他方通信系統(tǒng)并接收相關(guān)信息的一種通信方式。在非協(xié)作通信中，接收端所截獲的均為信道中的調(diào)制信號(hào)。由于接收方與通信發(fā)射方是非協(xié)作的，就造成所截獲的信號(hào)對(duì)于接收方來(lái)說(shuō)可能是全盲信號(hào)。此時(shí)，為了獲取截獲信號(hào)的信息、對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，信號(hào)的載波盲估計(jì)就不可避免，對(duì)這些參數(shù)的正確估計(jì)是保證成功接收的首要環(huán)節(jié)。
[0003]傳統(tǒng)的信號(hào)的參數(shù)估計(jì)方法通常求信號(hào)的平方譜來(lái)確定載波頻率。對(duì)于中心抑制載波的單載波信號(hào)而言，平方運(yùn)算消除了相位跳變的影響，使得原本展寬的頻譜重新聚集，從而重現(xiàn)了抑制的載波頻率；B.S.Koh提出的包絡(luò)譜估計(jì)波特率，它通過(guò)信號(hào)的包絡(luò)譜中除近直流點(diǎn)外的譜線來(lái)確定波特率的大小，參見(jiàn)B.S.Koh, H.S.Lee, Detection of Symbolrate of Unknown Digital Communication Signals, Electronic Letters, Vol.29, N0.3, pp.278-279，F(xiàn)eb，1993。
[0004]但是，由于非協(xié)作通信中接收信號(hào)的信噪比往往比較低，在面對(duì)這些信號(hào)時(shí)，上述的傳統(tǒng)的盲參數(shù)估計(jì)算法無(wú)法正常工作或準(zhǔn)確估計(jì)信號(hào)參數(shù)。同時(shí)，一些應(yīng)用于低信噪比條件下的參數(shù)估計(jì)算法，如循環(huán)累積量等方法，需要對(duì)信號(hào)的高階矩進(jìn)行累積，其復(fù)雜度往往較高、計(jì)算量較大，并不適用于實(shí)時(shí)估計(jì)。
[0005]隨機(jī)共振是由Benzi在研究全球氣候時(shí)提出來(lái)的。當(dāng)時(shí)，Benzi在研究地球古氣候時(shí)發(fā)現(xiàn)地球的冷期和暖期交替出現(xiàn)的周期約為10萬(wàn)年，這與地球繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的偏心率的變化周期相同。Benzi等人因此提出了一個(gè)被勢(shì)壘分開(kāi)的雙穩(wěn)共振系統(tǒng)模型來(lái)解釋這個(gè)現(xiàn)象，地球處于一種非線性的條件下，使得地球去冷態(tài)和暖態(tài)兩種狀態(tài)，地球偏心率的變化是這個(gè)非線性雙穩(wěn)系統(tǒng)的一個(gè)周期驅(qū)動(dòng)力，而地球受到的噪聲(比如太陽(yáng)常數(shù)的無(wú)規(guī)律變化等等)會(huì)增強(qiáng)系統(tǒng)在冷態(tài)和暖態(tài)這兩種狀態(tài)的躍遷率并使地球按偏心率變化的周期周期性地在這兩種狀態(tài)之間切換。以上是最早提出的隨機(jī)共振系統(tǒng)，它是一種雙穩(wěn)系統(tǒng)。實(shí)際上，隨機(jī)共振系統(tǒng)還有單穩(wěn)、多穩(wěn)和閾值等系統(tǒng)模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法與裝置，通過(guò)傳統(tǒng)通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)方案與隨機(jī)共振系統(tǒng)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)更低信噪比下信號(hào)參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)，在相同參數(shù)估計(jì)性能條件下，相比于傳統(tǒng)的參數(shù)估計(jì)方案，信噪比門限更低。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，將通信信號(hào)首先進(jìn)行小波變換以定位載頻，再通過(guò)頻譜搬移將載頻從高頻搬移到低頻，然后進(jìn)行隨機(jī)共振處理提高信噪比，最后根據(jù)隨機(jī)共振處理后所得信號(hào)的頻譜的次大峰值點(diǎn)估計(jì)得到載波頻率。
[0009]優(yōu)選地，所述隨機(jī)共振處理過(guò)程中，先對(duì)頻譜搬移后的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率壓縮，然后再進(jìn)行隨機(jī)共振。
[0010]優(yōu)選地，所述根據(jù)隨機(jī)共振處理后所得信號(hào)的頻譜的次大峰值點(diǎn)估計(jì)得到載波頻率的方法是:將隨機(jī)共振處理后輸出的信號(hào)進(jìn)行FFT變換求頻譜，頻譜上對(duì)應(yīng)的次高峰即是二倍載頻位置。
[0011]優(yōu)選地，根據(jù)隨機(jī)共振處理后所得信號(hào)載頻恢復(fù)得到本地載波，將通信信號(hào)與本地載波相乘后進(jìn)行低通濾波轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，再將基帶信號(hào)通過(guò)隨機(jī)共振處理提高信噪t匕，最后通過(guò)基帶信號(hào)包絡(luò)譜的峰值點(diǎn)估計(jì)得到波特率。
[0012]優(yōu)選地，所述隨機(jī)共振處理過(guò)程中，先對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行頻率壓縮，然后再進(jìn)行隨機(jī)共振。
[0013]優(yōu)選地，所述通過(guò)基帶信號(hào)包絡(luò)譜的峰值點(diǎn)估計(jì)得到波特率的方法是:將隨機(jī)共振處理后輸出的信號(hào)的包絡(luò)進(jìn)行FFT變換求包絡(luò)譜，其中除近直流點(diǎn)外的峰值位置對(duì)應(yīng)相應(yīng)的波特率。
[0014]本發(fā)明同時(shí)提供了一種基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)裝置，包括:
[0015]小波變換模塊，用于將接收到的信號(hào)進(jìn)行小波變換，以定位載頻位置；
[0016]頻譜搬移模塊，用于將小波變換后的信號(hào)的頻譜從高頻搬移到低頻；
[0017]隨機(jī)共振系統(tǒng)模塊一，用于將對(duì)搬移至低頻的信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)共振處理，以提高輸出信號(hào)的信噪比；
[0018]載頻估計(jì)模塊，用于根據(jù)隨機(jī)共振處理所得輸出信號(hào)的頻譜估計(jì)得到載波頻率。
[0019]優(yōu)選地，該估計(jì)裝置還包括:
[0020]本地載波恢復(fù)模塊，用于將隨機(jī)共振系統(tǒng)模塊輸出的信號(hào)恢復(fù)得到本地載波；
[0021]乘法器，用于將通信信號(hào)與所得本地載波相乘；
[0022]低通濾波器，用于將所得相乘結(jié)果濾波得到基帶信號(hào)；
[0023]隨機(jī)共振系統(tǒng)模塊二，用于將基帶信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)共振處理，以提高輸出信號(hào)的信噪比；
[0024]波特率估計(jì)模塊，用于根據(jù)隨機(jī)共振處理所得輸出信號(hào)的包絡(luò)譜估計(jì)得到波特率。
[0025]所述隨機(jī)共振系統(tǒng)模塊一和隨機(jī)共振系統(tǒng)模塊二結(jié)構(gòu)相同，均包括:
[0026]合成器，用于將幾路信號(hào)相加合成；
[0027]積分器，用于將合成的信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算；
[0028]算式模塊，用于對(duì)積分運(yùn)算所得信號(hào)按指定的算式進(jìn)行計(jì)算；
[0029]增益模塊，用于對(duì)積分運(yùn)算所得信號(hào)按指定增益擴(kuò)大。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于隨機(jī)共振，實(shí)現(xiàn)了更低信噪比下信號(hào)參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是小波變換模塊框圖。[0032]圖2是隨機(jī)共振系統(tǒng)模塊框圖。
[0033]圖3是本發(fā)明基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)裝置框圖。
[0034]圖4是BPSK信號(hào)載頻估計(jì)性能對(duì)比曲線。
[0035]圖5是BPSK信號(hào)波特率估計(jì)性能對(duì)比曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0037]如圖1所示，本發(fā)明小波變換模塊主要包括:小波變換器，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行小波變換；合成器，用于將輸入的幾路信號(hào)相加，將相加后的信號(hào)輸出。小波變換模塊的作用是對(duì)輸入信號(hào)做小波變換，小波變換是時(shí)間和頻域的局域變換因而能有效地從信號(hào)中提取參數(shù)信息，通過(guò)伸縮和平移等運(yùn)算功能對(duì)信號(hào)進(jìn)行多尺度細(xì)化分析。
[0038]結(jié)合參數(shù)對(duì)小波變換說(shuō)明如下:
[0039]與Fourier變換相比，小波變換是空間(時(shí)間)和頻率的局部變換，因而能更有效地從信號(hào)中提取信息。一個(gè)信號(hào)s(t)的小波變換(CWT)的表達(dá)式為
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于，將通信信號(hào)首先進(jìn)行小波變換以定位載頻，再通過(guò)頻譜搬移將載頻從高頻搬移到低頻，然后進(jìn)行隨機(jī)共振處理提高信噪比，最后根據(jù)隨機(jī)共振處理后所得信號(hào)的頻譜的次大峰值點(diǎn)估計(jì)得到載波頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于，所述隨機(jī)共振處理過(guò)程中，先對(duì)頻譜搬移后的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率壓縮，然后再進(jìn)行隨機(jī)共振。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于，所述根據(jù)隨機(jī)共振處理后所得信號(hào)的頻譜的次大峰值點(diǎn)估計(jì)得到載波頻率的方法是:將隨機(jī)共振處理后輸出的信號(hào)進(jìn)行FFT變換求頻譜，頻譜上對(duì)應(yīng)的次高峰即是二倍載頻位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于，將隨機(jī)共振處理后所得信號(hào)恢復(fù)得到本地載波，將通信信號(hào)與本地載波相乘后進(jìn)行低通濾波轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，再將基帶信號(hào)通過(guò)隨機(jī)共振處理提高信噪比，最后通過(guò)基帶信號(hào)包絡(luò)譜的峰值點(diǎn)估計(jì)得到波特率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于，所述隨機(jī)共振處理過(guò)程中，先對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行頻率壓縮，然后再進(jìn)行隨機(jī)共振。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于，所述通過(guò)基帶信號(hào)包絡(luò)譜的峰值點(diǎn)估計(jì)得到波特率的方法是:將隨機(jī)共振處理后輸出的信號(hào)的包絡(luò)進(jìn)行FFT變換求包絡(luò)譜，其中除近直流點(diǎn)外的峰值位置對(duì)應(yīng)相應(yīng)的波特率。
7.一種基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)裝置，其特征在于，包括: 小波變換模塊，用于將接收到的信號(hào)進(jìn)行小波變換，以定位載頻位置； 頻譜搬移模塊，用于將小波變換后的信號(hào)的頻譜從高頻搬移到低頻； 隨機(jī)共振系統(tǒng)模塊一，用于將對(duì)搬移至低頻的信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)共振處理，以提高輸出信號(hào)的信噪比； 載頻估計(jì)模塊，用于根據(jù)隨機(jī)共振處理所得輸出信號(hào)的頻譜估計(jì)得到載波頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)裝置，其特征在于，還包括: 本地載波恢復(fù)模塊，用于將隨機(jī)共振系統(tǒng)模塊輸出的信號(hào)恢復(fù)得到本地載波； 乘法器，用于將通信信號(hào)與所得本地載波相乘； 低通濾波器，用于將所得相乘結(jié)果濾波得到基帶信號(hào)； 隨機(jī)共振系統(tǒng)模塊二，用于將基帶信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)共振處理，以提高輸出信號(hào)的信噪比； 波特率估計(jì)模塊，用于根據(jù)隨機(jī)共振處理所得輸出信號(hào)的包絡(luò)譜估計(jì)得到波特率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于隨機(jī)共振的通信信號(hào)參數(shù)估計(jì)裝置，其特征在于，所述隨機(jī)共振系統(tǒng)模塊一和隨機(jī)共振系統(tǒng)模塊二結(jié)構(gòu)相同，均包括: 合成器，用于將幾路信號(hào)相加合成； 積分器，用于將合成的信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算； 算式模塊，用于對(duì)積分運(yùn)算所得信號(hào)按指定的算式進(jìn)行計(jì)算； 增益模塊，用于對(duì)積分運(yùn)算所得信號(hào)按指定增益擴(kuò)大。
【文檔編號(hào)】H04L27/22GK103441964SQ201310389045
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】詹亞鋒, 段超偉, 何國(guó)龍, 裴玉奎 申請(qǐng)人:清華大學(xué)