CN101917358A - 一种盲信号带宽估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盲信号带宽估计方法及装置，包括：将接收到的信号按照预设的离散傅里叶变换DFT点数进行变换；按照预先设定的平滑窗长平滑处理所述DFT变换后的数据；对所述变换后数据进行归一化处理；计算得到所述处理后数据的特定值，所述特定值包括均值，依据所述特定值得到门限值；根据所述门限值截取所述变换后的数据，获得与所述门限值截取后结果对应的信号带宽估计值。本发明实施例公开的盲信号带宽估计方法，通过根据输入信号确定截取门限值的方式，使得门限值可以根据不同的信号进行变化，满足多种信号的需求，扩大了信号带宽估计方法的适用范围，进一步的，提高了结果的精确度。

Description

一种盲信号带宽估计方法及装置

技术领域

本发明涉及认知无线电领域，尤其涉及一种盲信号带宽估计方法及装置。

背景技术

在认知无线电系统中估计信号带宽时，现有技术中通常采用在频域对信号进行平滑，然后设置某一固定门限截取并估计信号的带宽的方法。为了能得到一个较好的带宽估计值，理想的截取门限应该尽量的接近底部噪声。

但是，随着信噪比的降低，在频域上信号幅度和噪声幅度会变得越来越接近，难以将信号和噪声区分开来，因此现有技术的方法可适用的信噪比范围较小，适应性低

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种盲信号带宽估计方法及装置，以解决现有技术中盲信号带宽估计方法适用范围小的问题。其具体方案如下：

一种盲信号带宽估计方法，包括：

将接收到的信号按照预设的离散傅里叶变换DFT点数进行变换；

按照预先设定的平滑窗长平滑处理所述DFT变换后的数据；

对所述变换后数据进行归一化处理；

计算得到所述处理后数据的特定值，所述特定值包括均值，依据所述特定值得到门限值；

根据所述门限值截取所述处理后的数据，获得与所述门限值截取后结果对应的信号带宽估计值。

优选的，所述获得与所述门限值截取后结果对应的信号带宽估计值的过程包括：

依据门限值处理后的结果，获得信号带宽对应的DFT点数的估计值；

根据所述信号带宽对应的DFT点数的估计值获得所述信号带宽估计值。

优选的，所述特定值还包括：最大值或最小值。

优选的，当所述计算所述处理后数据的特定值，所述特定值包括均值和最小值时，依据所述特定值得到门限值的过程包括：

根据所述处理后的数据计算得到数据的算术平均值；

获取所述均值与最小值的绝对差值；

将所述绝对差值与所述最小值相加；

确定所述相加结果为门限值。

一种盲信号带宽估计装置，包括：

DFT变换单元，用于将接收到的信号按照预设的离散傅里叶变换DFT点数进行变换；

平滑处理单元，用于按照预先设定的平滑窗长平滑处理所述DFT变换后的数据；

归一化单元，用于对所述变换后数据进行归一化处理；

门限值确定单元，用于计算得到所述处理后数据的特定值，所述特定值包括均值，依据所述特定值得到门限值；

信号带宽估计值获得单元，用于根据所述门限值截取所述处理后的数据，获得与所述门限值截取后结果对应的信号带宽估计值。

优选的，所述信号带宽估计值获得单元包括：

DFT点数的估计值获取单元，用于依据门限值处理后的结果，获得带宽DFT点数的估计值；

带宽估计值计算单元，用于获取与所述带宽DFT点数的估计值对应的带宽估计值。

优选的，所述特定值包括均值和最小值时，所述门限值确定单元包括：

均值计算单元，用于根据所述处理后的数据计算得到数据的算术平均值；

差值计算单元，用于获取所述均值与最小值的绝对差值；

相加单元，用于将所述绝对差值与所述最小值相加；

确定单元，用于确定所述相加结果为门限值。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例公开的一种盲信号带宽估计方法，通过根据输入信号确定截取门限值的方式，使得门限值可以根据不同的信号进行变化，满足多种信号的需求，扩大了信号带宽估计方法的适用范围，进一步的，提高了结果的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的盲信号带宽估计方法的流程图；

图2为本发明实施例公开的又一盲信号带宽估计方法的流程图；

图3为本发明实施例公开带宽DFT点数的估计值获取方法的流程图；

图4为本发明实施例公开的盲信号带宽估计装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种盲信号带宽估计方法，通过根据输入信号确定截取门限值的方式，使得门限值可以根据不同的信号进行变化，满足多种信号的需求，扩大了信号带宽估计方法的适用范围。其具体实施方式如下所述：

本发明公开的一种盲信号带宽估计方法的流程如图1所示，包括：

步骤S11、将接收到的信号按照预设的离散傅里叶变换DFT点数进行变换；

DFT变换的点数可以根据以下所述的原则选取。通常认知无线电系统需求的信号带宽范围为[B_min，B_max]，系统估计精度需求给定为d_n，采样频率为f_s，采样频率f_s由系统所设计的处理带宽给定，满足奈奎斯特采样定理，计算信号x(n)离散傅立叶变换点数为N，离散傅立叶变换频率分辨率为

为使离散傅立叶变换频率分辨率满足系统需求，需使离散傅立叶变换频率分辨率小于等于系统估计精度需求d_i≤d_n，故N可由采样频率f_s和离散傅立叶变换频率分辨率d_i来确定

当f_s选定以及系统估计精度需求d_n给定时，可由

即

计算出最小的N值

当N大于N_min时，可任意选择N的大小，变换处理后的信号为X(n)。

步骤S12、按照预先设定的平滑窗长平滑处理所述DFT变换后的数据；

对信号N点DFT变换后的数据X(n)做窗长为M的滑动平滑，X₁(k)为平滑后的数据，长度为N-M+1。现有技术中进行平滑窗长的选取时，通常遵守小带宽信号使用短窗长平滑，大带宽信号使用长窗长平滑的原则。在已知信号带宽的条件下，通过大量仿真发现，平滑窗的长度为信号带宽DFT点数N的1/4至1/8时，在频域上以此窗长对信号平滑能取得较好的平滑效果。

步骤S13、对所述变换后数据进行归一化处理；

将平滑后数据X₁(k)除与其最大值max(X₁(k))，得到归一化后的数据X₂(k)

步骤S14、计算得到所述处理后数据的特定值，所述特定值包括均值，依据所述特定值得到门限值；

计算处理后的全部数据的平均值。

步骤S15、根据所述门限值截取所述处理后的数据，获得与所述门限值截取后结果对应的信号带宽估计值。

本发明公开的盲信号带宽估计方法，利用输入信号归一化后的数据计算得到门限值，门限值可以根据不同的输入信号进行调整，进而适应不同的应用场景，不同的信噪比，扩大了本方法的适用范围。

本发明公开的又一盲信号带宽估计方法的流程如图2所示，包括：

步骤S21、将接收到的信号按照预设的离散傅里叶变换DFT点数进行变换；

步骤S22、按照预先设定的平滑窗长平滑处理所述DFT变换后的数据；

步骤S23、对所述变换后数据进行归一化处理；

步骤S24、查找归一化后数据中的最小值，计算处理后的数据的算术平均值；

本实施例中的特定值包括处理后数据中的最小值和数据的算术平均值。

步骤S25、获取所述均值与最小值的绝对差值；

步骤S26、将所述绝对差值与所述最小值相加；

上述步骤也可以描述为两倍的均值减去最小值。

步骤S27、确定相加结果为门限值；

步骤S28、依据门限值处理后的结果，获得带宽DFT点数的估计值；

即在处理后的结果范围内，遍历查找信号值大于门限值的点，计算点的个数。其具体查找过程可以为如图3所示流程，包括：

步骤S31、搜索X₂(k)最大值位置P_max；

步骤S32、在X₂(k)中以P_max为起点向上搜索，找到第一个小于门限Thr的值的位置P₁；

步骤S33、在X₂(k)中以P_max为起点向下搜索，找到第一个小于门限Thr的值的位置P₂；

步骤S34、位置P₁减去位置P₂即为信号带宽估计值的DFT点数值N_b。

除上述查找过程外，还可以采用直接遍历X₂(k)中所有的点，并统计X₂(k)中大于门限Thr的点数的个数得到N_b，只是该步骤较图3所示流程计算量较大。

步骤S29、获取与所述带宽DFT点数的估计值对应的带宽估计值。

本实施例并不限定获得门限值的方法为最小值与均值之和，同样可以为最大值与均值之差，只是当门限值选取较高(接近1)时，截取后的带宽值较小；当门限值选取较低时(接近0)时，门限将有可能低于平滑后噪声的最小值。实际门限的选取范围为尽量靠近信号的底部的区域。同样也可以选取均值作为门限值，只是由于均值靠近底部噪声，其截取后的结果易受噪声影响，误差较大。通过仿真，接收到的信号经过平滑后，其最小值min和均值mean之间的范围包含了平滑后噪声幅度的一半，而均值上下各取均值与最小值之差的范围基本上将平滑后的噪声全部包含在内。本发明以均值加上均值与最小值之差为门限截取，将噪声的影响降低，且能尽量的靠近信号的底部。

同样本实施例也并不限定获取处理后均值的方式，所述的均值可以为实施例中所述的处理后数据的算术平均值，也可以为也可以为几何平均值或加权平均值。采用加权平均值，因为平均数的大小不仅取决于数据的大小，而且取决于各个数据出现的次数，所以在一定程度上，其精确度更高，更加合理。但是，利用加权平均值的方法计算量加大，过程较为复杂，所以本实施例选取了算术平均值。

本实施公开的盲信号带宽估计方法中具体公开了利用将输入信号处理后的边界值计算门限值，使得该门限值能够根据不同的输入信号进行改变，并适应不同的场景，扩大了使用范围，而且，每一个门限值都根据当前输入信号确定，所以其估算过程更加准确，提高了估算精度。

本发明公开了一种的盲信号带宽估计装置，其结构如图4所示，包括：DFT变换单元41、平滑处理单元42、归一化单元43、门限值确定单元44和信号带宽估计值获得单元45，其中：

DFT变换单元41用于将接收到的信号按照预设的离散傅里叶变换DFT点数进行变换；平滑处理单元42用于按照预先设定的平滑窗长平滑处理所述DFT变换后的数据；归一化单元43用于对所述变换后数据进行归一化处理；门限值确定单元44用于计算得到所述处理后数据的特定值，所述特定值包括均值，依据所述特定值得到门限值；信号带宽估计值获得单元45，用于根据所述门限值截取所述处理后的数据，获得与所述门限值截取后结果对应的信号带宽估计值。

同时，门限值确定单元44包括：均值计算单元441，用于根据所述处理后的数据计算得到数据的算术平均值；差值计算单元442，用于获取所述均值与边界值的绝对差值；相加单元443，用于将所述绝对差值与所述最小值相加；确定单元444，用于确定所述相加结果为门限值。

进一步的，信号带宽估计值获得单元45包括：DFT点数的估计值获取单元451，用于依据门限值处理后的结果，获得带宽DFT点数的估计值；带宽估计值计算单元452用于获取与所述带宽DFT点数的估计值对应的带宽估计值。

本装置中各个单元执行具体操作的过程如下所述：

DFT变换单元41将系统接收机接收到的信号按照预设的离散傅里叶变换DFT点数进行变换，其结果通过平滑处理单元42，按照预先设定的平滑窗长进行平滑处理，然后利用归一化单元43对所述变换后数据进行归一化处理；门限值确定单元44计算得到处理后数据的特定值，特定值包括均值，然后依据特定值得到门限值，信号带宽估计值获得单元45根据门限值截取归一化单元43处理后的数据，获得与所述门限值截取后结果对应的信号带宽估计值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种盲信号带宽估计方法，其特征在于，包括：

将接收到的信号按照预设的离散傅里叶变换DFT点数进行变换；

按照预先设定的平滑窗长平滑处理所述DFT变换后的数据；

对所述变换后数据进行归一化处理；

计算得到所述处理后数据的特定值，所述特定值包括均值，依据所述特定值得到门限值；

根据所述门限值截取所述处理后的数据，获得与所述门限值截取后结果对应的信号带宽估计值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得与所述门限值截取后结果对应的信号带宽估计值的过程包括：

依据门限值处理后的结果，获得信号带宽对应的DFT点数的估计值；

根据所述信号带宽对应的DFT点数的估计值获得所述信号带宽估计值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特定值还包括：最大值或最小值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述计算所述处理后数据的特定值，所述特定值包括均值和最小值时，依据所述特定值得到门限值的过程包括：

根据所述处理后的数据计算得到数据的算术平均值；

获取所述均值与最小值的绝对差值；

将所述绝对差值与所述最小值相加；

确定所述相加结果为门限值。

5.一种盲信号带宽估计装置，其特征在于，包括：

DFT变换单元，用于将接收到的信号按照预设的离散傅里叶变换DFT点数进行变换；

平滑处理单元，用于按照预先设定的平滑窗长平滑处理所述DFT变换后的数据；

归一化单元，用于对所述变换后数据进行归一化处理；

门限值确定单元，用于计算得到所述处理后数据的特定值，所述特定值包括均值，依据所述特定值得到门限值；

信号带宽估计值获得单元，用于根据所述门限值截取所述处理后的数据，获得与所述门限值截取后结果对应的信号带宽估计值。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号带宽估计值获得单元包括：

DFT点数的估计值获取单元，用于依据门限值处理后的结果，获得带宽DFT点数的估计值；

带宽估计值计算单元，用于获取与所述带宽DFT点数的估计值对应的带宽估计值。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述特定值包括均值和最小值时，所述门限值确定单元包括：

均值计算单元，用于根据所述处理后的数据计算得到数据的算术平均值；

差值计算单元，用于获取所述均值与最小值的绝对差值；

相加单元，用于将所述绝对差值与所述最小值相加；

确定单元，用于确定所述相加结果为门限值。

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