CN101552752B - 一种基带通信信号的信噪比估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基带通信信号的信噪比估计方法。该方法首先对匹配滤波后输出的信号按符号率进行抽样，提取抽样后基带通信信号的同相分量(信号实部)和正交分量(信号虚部)；其次，根据统计学中相关理论分别计算基带通信信号同相分量和正交分量的二、四阶统计量；第三，根据同相分量和正交分量各自的二、四阶统计量计算相应的信号功率因子和噪声功率因子，并推导出各自的信噪比；最后由同向分量和正交分量的信噪比推导出整个基带通信信号的平均信噪比。本发明没有直接利用基带通信信号来估计其信噪比，而是通过其同相分量和正交分量间接地估计基带通信信号的信噪比，避免了复数运算，能达到降低运算复杂度的目的。

Description

一种基带通信信号的信噪比估计方法

技术领域

本发明涉及到一种基带通信信号的信噪比估计方法，该方法通过提取基带通信信号的同相分量和正交分量，利用统计学里的相关理论计算同相分量和正交分量的二、四阶统计量，根据其各自统计量和信号功率因子、噪声功率因子之间的关系估计基带通信信号的信噪比。

背景技术

随着无线通信系统智能化、高效化、精确化的发展，通信信号的信噪比估计技术在很多方面得到了广泛的应用。通信信号的信噪比不仅可以衡量通信信道的传输质量，而且可以为Turbo码中的迭代译码、时变信道自适应调制识别、自适应调制切换、自适应越区切换等技术提供信道质量信息，同时，它还是系统优化、功率控制、码分多址系统中的功率分配以及系统最大数据率选择的主要依据。信噪比估计的准确度直接影响通信系统的性能，因而信噪比估计是无线通信中的一个重要研究课题。目前，对高斯白噪声信道下的信噪比估计大多数针对的是基带通信信号，从目前情况看，大多数基带通信信号的信噪比估计方法存在两点问题：第一，运算量大，实时性差。由于现存的信噪比估计方法大多数是对匹配滤波后的基带通信信号直接处理，在估计其信噪比过程中可能引入复数运算，进而增加了估计方法的复杂度；第二，估计范围窄。目前，大多数信噪比估计方法的估计下限最多达到-10dB，对于更低情况下的信噪比就显得无能为力。本发明没有直接利用基带通信信号来估计其信噪比，而是通过其同相分量和正交分量的高阶统计量间接的估计基带通信信号的信噪比，避免了复数运算，具有低运算复杂度、高实时性的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基带通信信号的信噪比估计方法，通过提取基带通信信号的同相分量和正交分量，利用统计学里的相关理论计算同相分量和正交分量的二、四阶统计量，根据其各自统计量和信号功率因子、噪声功率因子之间的关系估计基带通信信号的信噪比。为了达到上述的目的，本发明采用下述技术步骤：

一种基带通信信号的信噪比估计方法，其特征在于通过提取基带通信信号的同相分量和正交分量，利用同相分量和正交分量的各自统计量估计出基带通信信号的信噪比。其步骤如下：

(1)考虑一个离散基带带限加性高斯白噪声等效基带信道模型，系统已经取得了载波恢复和定时同步，信号源产生调制信号an，满足

其中

为调制信号a_n在两个不同时刻的相关程度，下标n为时间标记，下标n₁、n₂为调制信号a_n任意两个不同时刻，

为调制信号a_n的方差，δ为冲击函数；

(2)对调制信号a_n进行N_SS次过采样，产生信息序列b_n；

(3)脉冲成形滤波器选择滚降系数为α、抽头系数为L的均方根升余弦滤波器，信息序列b_n经过脉冲成形后输出序列m_k：

其中h_k是均方根升余弦滤波器的冲击响应，k为任一采样时刻，k∈{-(L-1)/2，…，-1，0，1，…，(L-1)/2}；

(4)将接收到的高频信号通过变频技术转化为基带通信信号x_k：

其中S为信号的功率因子，N为噪声的功率因子，w_k为加性高斯白噪声采样序列，均值为零，方差为1；

(5)匹配滤波器具有同均方根升余弦滤波器相同的冲击响应h_k，经过匹配滤波后输出的信号r_k：

假设均方根升余弦滤波器的脉冲响应的实部和虚部对称，即：

其中“*”表示取复共轭，l为任一采样时刻；

(6)由步骤(1)可知，系统已取得定时同步，这样可以忽略码间干扰，按符号率抽样后输出相应的基带通信信号r_n：

其中g₀为均方根升余弦滤波器冲击响应的峰值，它的样本值可以表示为

表示离散卷积，通过归一化均方根升余弦滤波器系数：g_k＝∑‖h_k‖²＝1，定义基带通信信号的信噪比为ρ＝S/N；

(7)提取抽样输出后基带通信信号的同相分量r_I和正交分量r_Q，分别计算同相分量和正交分量的二阶、四阶统计量：

利用同相分量和正交分量各自的二、四阶统计量推导出基带通信信号实部和虚部的信噪比，最后由实部和虚部的信噪比平均出整个基带通信信号的信噪比。

上述步骤(2)中采样率N_SS的选取，在实际使用中根据需要自行调整。

上述步骤(3)中脉冲成形滤波器的选取：选取滚降系数为0.5、抽头系数为127的均方根升余弦滤波器。

本发明与现有的基带通信信号信噪比估计方法相比，其特点在于本发明没有直接利用基带通信信号来估计其信噪比，而是利用其同相分量和正交分量的高阶统计量间接地估计基带通信信号的信噪比，避免了复数运算，具有低运算复杂度、高实时性的优点。

附图说明

图1为加性高斯白噪声等效基带通信信号模型结构图；

图2为利用基带通信信号同相分量和正交分量估计信号信噪比的程序框图；

具体实施方式

本发明的一个优选实施例结合附图详细说明如下：

(1)考虑一个离散基带带限加性高斯白噪声等效基带信道模型，系统已经取得了载波恢复和定时同步，信号源产生调制信号a_n，满足

其中

为调制信号a_n在两个不同时刻的相关程度，下标n为时间标记，下标n₁、n₂为调制信号a_n任意两个不同时刻，

为调制信号a_n的方差，δ为冲击函数；

(2)对调制信号a_n进行N_SS次过采样，产生信息序列b_n；

(3)脉冲成形滤波器选择滚降系数为α、抽头系数为L的均方根升余弦滤波器，信息序列b_n经过脉冲成形后输出序列m_k：

其中h_k是均方根升余弦滤波器的冲击响应，k为任一采样时刻，k∈{-(L-1)/2，…，-1，0，1，…，(L-1)/2}；

(4)将接收到的高频信号通过变频技术转化为基带通信信号x_k：

其中S为信号的功率因子，N为噪声的功率因子，w_k为加性高斯白噪声采样序列，均值为零，方差为1；

(5)匹配滤波器具有同均方根升余弦滤波器相同的冲击响应h_k，经过匹配滤波后输出的信号r_k：

假设均方根升余弦滤波器的脉冲响应的实部和虚部对称，即：

其中“*”表示取复共轭，l为任一采样时刻；

(6)由步骤(1)可知，系统已取得定时同步，这样可以忽略码间干扰，按符号率抽样后输出相应的基带通信信号r_n：

其中g₀为均方根升余弦滤波器冲击响应的峰值，它的样本值可以表示为

表示离散卷积，通过归一化均方根升余弦滤波器系数：g_k＝∑‖h_k‖²＝1，定义基带通信信号的信噪比为ρ＝S/N；(7)提取抽样输出后基带通信信号的同相分量r_I和正交分量r_Q，分别计算同相分量和正交分量的二阶、四阶统计量：

利用同相分量和正交分量各自的二、四阶统计量推导出基带通信信号实部和虚部的信噪比，最后由实部和虚部的信噪比平均出整个基带通信信号的信噪比。

图1为使用本发明方法的一个等效基带通信信号模型示意图，如图1所示，在发射端，信号源产生调制信号a_n，经过N_SS次过采样，产生信息序列b_n，经过脉冲成形滤波器后输出信息序列m_k。在接收端，信号通过下变频技术转化到基带通信信号x_k，经过匹配滤波器匹配滤波后输出基带通信信号r_k，抽样后形成信息序列r_n。

图2为利用基带通信信号同相分量和正交分量估计信号信噪比示意图。通过相应的信号处理技术提取抽样判决后信息序列r_n的同相分量r_I和正交分量r_Q，通过统计学中的相关理论计算出r_I和r_Q的二、四阶统计量

根据

和基带通信信号功率因子、噪声功率因子之间的关系估计出基带通信信号同相分量的信噪比1和正交分量的信噪比2，最后由信噪比1和信噪比2平均出基带通信信号的信噪比。

综上所述，本发明没有直接利用基带通信信号来估计其信噪比，而是通过其同相分量和正交分量间接的估计基带通信信号的信噪比，避免了复数运算，能达到降低运算复杂度的目的。

Claims (2)

1.一种基带通信信号的信噪比估计方法，其特征在于通过提取基带通信信号的同相分量和正交分量，利用同相分量和正交分量的各自统计量估计出基带通信信号的信噪比；其步骤如下：

(1)考虑一个离散基带带限加性高斯白噪声等效基带信道模型，系统已经取得了载波恢复和定时同步，信号源产生调制信号a_n，满足

其中

为调制信号a_n在两个不同时刻的相关程度，下标n为时间标记，下标n₁、n₂为调制信号a_n任意两个不同时刻，

为调制信号a_n的方差，δ为冲击函数；

(2)对调制信号a_n进行N_SS次过采样，产生信息序列b_n；

(3)脉冲成形滤波器选择滚降系数为α、抽头系数为L的均方根升余弦滤波器，信息序列b_n经过脉冲成形后输出序列m_k：

其中h_k是均方根升余弦滤波器的冲击响应，k为任一采样时刻，k∈{-(L-1)/2，…，-1，0，1，…，(L-1)/2}；(4)将接收到的高频信号通过变频技术转化为基带通信信号x_k：其中

S为信号的功率因子，N为噪声的功率因子，w_k为加性高斯白噪声采样序列，均值为零，方差为1；

(5)匹配滤波器具有同均方根升余弦滤波器相同的冲击响应h_k，经过匹配滤波后输出的信号r_k：

假设均方根升余弦滤波器的脉冲响应的实部和虚部对称，即：其中“*”表示取复共轭，l为任一采样时刻；

(6)由步骤(1)可知，系统已取得定时同步，这样可以忽略码间干扰，按符号率抽样后输出相应的基带通信信号r_n：

其中g₀为均方根升余弦滤波器冲击响应的峰值，它的样本值可以表示为

表示离散卷积，通过归一化均方根升余弦滤波器系数：g_k＝∑‖h_k‖²＝1，定义基带通信信号的信噪比为ρ＝S/N；

(7)提取抽样输出后基带通信信号的同相分量r_I和正交分量r_Q，分别计算同相分量和正交分量的二阶、四阶统计量：

利用同相分量和正交分量各自的二、四阶统计量推导出基带通信信号实部和虚部的信噪比，最后由实部和虚部的信噪比平均出整个基带通信信号的信噪比。

2.如权利要求1所述的基带通信信号的信噪比估计方法，其特征在于：所述步骤(3)中脉冲成形滤波器的选取：选取滚降系数为0.5、抽头系数为127的均方根升余弦滤波器。