CN102571033B - 一种成形滤波器滚降系数估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及单载波数字调制信号的一种成形滤波器滚降系数估计方法，对于接收端接收到的被噪声污染过的信号，估计步骤如下：在相同的采样率、符号速率及成形滤波器下，改变滚降系数，构成不同的调制信号序列，并计算每个滚降系数取值下调制序列的值，构造得查找表；估计滚降系数时，分别取实际得到的与,,…,差的绝对值，并取最小绝对值所对应所述查找表中的滚降系数值作为真实滚降系数的估计值，则滚降系数的估计值为：，；本发明适用于估计任意类型成形滤波器滚降系数，可在较低信噪比下利用较少符号获得满足工程需要的估计精度，并且复杂度低，易于硬件实现，抗噪性能好，复杂度低；本发明适用于合作通信、非合作信号分析、电磁环境监测等领域。

Description

一种成形滤波器滚降系数估计方法

技术领域

本发明涉及一种成形滤波器滚降系数估计方法，具体是一种单载波数字调制信号成形滤波器滚降系数估计方法。

背景技术

在单载波数字通信系统中，为了限制信号带宽，抑制码间干扰，往往需要对待发送的信号进行成形滤波，所用的滤波器称为成形滤波器。最常用的成形滤波器是方根升余弦滚降成形滤波器，其优点是：接收端可以采用相同的滤波器实现匹配滤波，而无需专门设计匹配滤波器；而且发送方可以根据信道特性采用不同的滚降系数，以兼顾信道利用率和信号质量。

在某些情况下，如非协作通信中，对于接收方来说，发送方成形滤波器的滚降系数是未知的，而为了进行匹配滤波，又必须选取某一滚降系数。目前通用的方法是，根据工程经验选择固定的滚降系数，如0.35在工程中应用最多，那么就可以选择0.35作为接收匹配滤波器的滚降系数，当然也可以选取其他值如0.5等；这样，如果发送方采用了不同的滤波器滚降系数，就会造成接收滤波器与发送滤波器之间的失配，影响匹配滤波的效果，进而影响解调器的性能。但是，根据分析可知，滚降系数失配对于接收机性能影响是有限的，也就是说只要接收方所采用的滚降系数与实际滚降系数差得不是太远，就可以实现有效匹配滤波，因此在工程中，只要能够实现滚降系数的粗略估计就足够了。

目前，公开的成形滤波器滚降系数估计方法比较少，主要有两种：一种方法是根据带宽与滚降系数和符号速率的关系间接估计成形滤波器的滚降系数，由于信号带宽的估计精度很难保证，因此这种方法的估计误差太大，已经影响了匹配滤波的效果；另一种方法是根据基带信号波形与方根升余弦成形滤波器冲击响应函数的关系，提取关键点参数，利用查表的方法进行估计，虽然这种方法的精度可以满足工程要求，但是需要大量的符号，计算复杂度高，实时性差。

发明内容

本发明旨在提出一种成形滤波器滚降系数估计方法，特别适用于单载波数字调制信号，根据单载波数字调制信号自相关函数与成形滤波器滚降系数的关系，在采样率、符号速率及成形滤波器类型已知的前提下，采用查表的方法估计滚降系数，可以在较低的信噪比下利用较少的符号获得满足工程需要的估计精度，并且复杂度低，易于硬件实现。

为实现上述目的，本发明的实施方案如下：

一种成形滤波器滚降系数估计方法，对于接收端接收到的被噪声污染过的信号                                                ，其特征在于估计滚降系数的步骤如下：

（1）的采样率、符号周期及成形滤波器类型已知，在相同的采样率、符号速率及成形滤波器下，改变滚降系数，构成不同的调制信号序列，并计算每个滚降系数取值下调制序列的值，构造查找表；

（2）估计滚降系数时，分别取实际得到的与,,…, 差的绝对值，并取最小绝对值所对应的查找表中的滚降系数值作为真实滚降系数的估计值，则滚降系数的估计值为：，。

所述信号表示为：

                               （1）

是调制信号，是零均值离散复高斯白噪声，与相互独立；

所述调制信号表示为：

                （2）

其中：为调制幅度；为调制相位；为载波频率；为载波相位；为采样周期，，为采样频率；为传输延时；为成形滤波器的冲击响应函数，这里假设成形滤波器的类型是已知的；为符号周期，它是符号速率的倒数，即，为符号速率；为接收到的符号数；，N为数据长度。 

假设估计期间，载波相位为常数，调制信号均值为0，那么当延时为时，可以得到调制信号的自相关函数为：

         （3）

其中“*”表示取共轭运算。

然后，由于噪声与信号不相关，中的交叉项为0，可得

                       （4）

其中：

        （5）

而 ，为复基带符号。计算的数学期望，得

                      （6）

其中，

         （7）

。可见，为实数，因此虽然不一定是实数，但当符号数足够大时，将趋近于，此时可认为。

     令，

         （8）

则，

                       （9）

取的绝对值，则

                    （10）

    观察的表达式可知，只与采样周期（或采样率）、符号周期（或符号速率）、成形滤波器类型、滚降系数及信号功率有关，而与调制样式、载波频率无关。为了进一步消除信号功率的影响，分别取和，得到和，并计算二者的比值，并记作，即

                         （11）

显然，与信号功率无关，如果采样率、符号速率及成形滤波器类型已知，即采样周期和符号周期已知，那么就只与滚降系数有关。

由于在采样率和符号速率已知的前提下，只与滚降系数有关，而与调制模式、载波频率和信号功率无关，因此可以选择一种较为简单的单载波调制模式（例如二进制相移键控），在相同的采样率和符号速率下，改变滚降系数，构成不同的调制信号序列，并计算每个滚降系数取值下调制序列的值，构造一个查找表。设有种取值，则对应可计算出个值，记为,,…, 。估计滚降系数时，分别计算实际计算的与,,…, 差的绝对值，并取最小绝对值所对应的表中的滚降系数值作为真实滚降系数的估计值，则估计式可写为

，                  （12）

本发明的有益效果如下：

本发明适用于估计任意类型成形滤波器滚降系数，可以在较低的信噪比下利用较少的符号获得满足工程需要的估计精度，并且复杂度低，易于硬件实现，抗噪性能好，复杂度低；本发明适用于合作通信、非合作信号分析、电磁环境监测等技术领域。

附图说明

图1为本发明的估计流程图。

具体实施方式

根据上述滚降系数估计方法，如图1所示，现以8PSK信号为例进行下述说明。

信号参数为：符号速率4kB；载波频率4kHz；采样率 16ksps；滚降系数分别取 0.35、0.52及0.9；符号数 4000；信噪比10dB。估计步骤如下：

（1）       采样频率和符号速率已知，分别为16ksps和4kB，成形滤波器为方根升余弦滚降滤波器；

（2）       利用相同的采样频率和符号速率构造BPSK基带调制序列，符号数取40000，由于在工程应用中，滚降系数精确到十分位就足够了，因此范围取0.1~1，步长取0.1，得到查找表如下：

z	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
												0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
	1.34	1.42	1.43	1.45	1.48	1.51	1.54	1.59	1.64	1.70

（3）       根据（3）式计算得：，；， ；，；

（4）       根据（11）式计算得，，，；

（5）       根据（12）式及表1可以得到滚降系数估计值分别为0.4，0.5和0.9。

本发明提出一种基于自相关的方根升余弦成形滤波器滚降系数估计方法，在采样率、符号速率及成形滤波器类型已知的情况下，可以利用较少的符号，在较低的信噪比下获得满足工程要求的估计进度；而且，复杂度低，易于硬件实现。

Claims (3)

1.一种成形滤波器滚降系数估计方法，对于接收端接收到的被噪声污染过的信号x(n)，其特征在于估计滚降系数的步骤如下：

(1)在相同的采样率、符号速率及成形滤波器下，改变滚降系数α，构成不同的调制信号序列，并计算每个滚降系数α取值下调制序列的J(α)值，构造得查找表；

(2)估计滚降系数时，分别取实际得到的J(α)与J(α₁),J(α₂),…,J(α_Z)差的绝对值，并取最小绝对值所对应所述查找表中的滚降系数值作为真实滚降系数的估计值，则滚降系数的估计值为： $\widehat{\mathrm{\α}}=\underset{{\mathrm{\α}}_z}{\arg }\min |J\left(\mathrm{\α}\right)-J\left({\mathrm{\α}}_z\right)|,z=\mathrm{1,2},...,Z;$

所述信号x(n)表示为：x(n)＝s(n)+w(n)，其中s(n)是调制信号，w(n)是零均值离散复高斯白噪声，w(n)与s(n)相互独立；

所述J(α)值为两个相邻调制信号s(n)的自相关函数的绝对值的比值。

2.根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于：所述调制信号s(n)表示为：其中：A_k为调制幅度；θ_k为调制相位；f_c为载波频率；为载波相位；T_s为采样周期，T_s＝1/f_s，f_s为采样频率；ε为传输延时；g(t)为成形滤波器的冲击响应函数；T为符号周期，T是符号速率的倒数，即T＝1/f_sym，f_sym为符号速率；K为接收到的符号数；n＝0,1,...,N-1，N为数据长度。

3.根据权利要求2所述的估计方法，其特征在于：进行载波估计期间，所述载波相位为常数，所述调制信号s(n)均值为0，当x(n)延时为q>0时，调制信号s(n)的自相关函数R(q)为： $R\left(q\right)=\frac{1}{L-q}\underset{m=1}{\overset{K-q}{\mathrm{\Σ}}}x\left(m\right)x^{*}(m-q)=\frac{1}{L-q}\underset{m=1}{\overset{K-q}{\mathrm{\Σ}}}s\left(m\right)s^{*}(m-q),$ 其中“*”表示取共轭运算。