CN103944605A

CN103944605A - 一种针对直扩系统的信噪比估计方法

Info

Publication number: CN103944605A
Application number: CN201410166392.9A
Authority: CN
Inventors: 欧静兰; 吴皓威; 刘晓明; 宋宁帅; 熊东; 赵俊波; 邹玉涛; 胡亚文; 郭金超; 童玄
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-04-24
Also published as: CN103944605B

Abstract

本发明公开了一种针对直扩系统的信噪比估计方法。该方法包括：直扩系统接收端在本地伪码与接收基带信号伪码同步后，对接收基带信号进行解扩，获得基带解扩信号；根据本地伪码的时钟确定基带解扩信号每个伪码码片的中间时刻采样值，取该值作为最佳采样值；利用该最佳采样值，求其均方值和四阶原点矩，并进一步计算中间系数；结合扩频信号的调制方式，利用信噪比估计值与中间系数的函数关系，得到信噪比估计值与中间系数的对应表；通过查表获得信噪比估计值。本发明的特点在于：不受扩频信号所使用的成型滤波的影响，适用于各种成型滤波后的扩频信号,信噪比估计的精度较高；运算复杂度低，易于在FPGA等可编程逻辑器件上实现。

Description

一种针对直扩系统的信噪比估计方法

技术领域

本发明涉及直接序列扩频(简称“直扩”)通信中的时域信噪比估计方法。

背景技术

直扩通信由于其良好的保密性和抗干扰性而在军事通信中得到广泛的应用，检测直扩信号的存在以及其信号特征对扩频通信的同步过程十分重要。和其他的调制方式相比，直扩信号可以在很低的信噪比条件下工作，以至于信号可能淹没在噪声中，所以对直扩信号的检测相对困难。

信噪比即为信号功率与噪声功率的比值，通常以分贝(dB)为单位。工程应用中，扩频系统准确估计信噪比具有重要的意义。特别是，在伪码同步后所估计的信噪比值较为准确，不仅可以作为跟踪环路设计的重要依据，而且可以衡量扩频系统性能。信噪比估计是通过运算来求解信号和噪声的功率值，信噪比估计算法要求估计器输入数据为最佳时刻的采样点才能达到最好的性能，对于扩频系统，则为伪码码字的最佳采样点，因此伪码同步后可以更准确估计信号的信噪比。

目前信噪比估计算法主要包括数据辅助型估计和非数据辅助的信噪比估计。数据辅助型估计，即接收端的信噪比估计器已知发送端的数据，根据接收数据和已知数据的关系，求解信噪比。这类算法的优点是估计精度高，实现结构相对简单，但是由于前导数据的加入，使得有效数据速率变慢，造成一定频谱资源的浪费。而非数据辅助的信噪比估计算法不需要发送已知数据，它克服了前一种方法的缺陷，不影响数据传输速率，但实际设计中相对比较复杂，难度较大。二阶四阶原点矩(M2M4)估计算法是一种经典的非数据辅助的信噪比估计算法，该方法结构较简单，仅需要计算信号的均方值和四阶原点矩。但M2M4方法在扩频系统中应用时，存在如下问题：(1)扩频系统一般采用成型滤波器和过采样方式，即一个码片上会有多个样本点，逐个样本点送入M2M4信噪比估计器，在伪码码片切换的区域，样本幅值受到伪码码片成型滤波器的影响严重，从而造成估计结果误差较大。(2)在复信道下信噪比估计表达式包含开方运算，这对于FPGA等可编程逻辑器件实现来说，耗费逻辑资源较多，在实际工程应用中，需要对其进行改进，降低其运算复杂度。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明根据直扩信号的特点，提供一种针对直扩系统的简易信噪比估计方法，特点在于：(1)不受扩频信号所使用的成型滤波的影响，适用于各种成型滤波后的扩频信号,信噪比估计的精度较高；(2)运算复杂度低，易于在FPGA等可编程逻辑器件上实现。

本发明的目的通过以下技术方案实现的：

一种针对直扩系统的信噪比估计方法，其特征在于，包括：

A、直扩系统接收端在本地伪码与接收基带信号伪码同步后，对接收基带信号进行解扩，获得基带解扩信号，再进行信噪比的估计；

B、确定基带解扩信号每个伪码码片的最佳采样点，获得基带解扩信号最佳采样值；

C、利用基带解扩信号最佳采样值，求其均方值和四阶原点矩；

D、根据所述基带解扩信号最佳采样值的均方值和四阶原点矩，计算中间系数；

E、结合扩频信号的调制方式，利用信噪比估计值与中间系数的函数关系，得到信噪比估计值与中间系数的对应表；

F、通过查表，可以获得信噪比的估计值，并将其输出。

所述步骤B进一步包括：

B1、设置每次进行信噪比估计所需的伪码码片个数N_sym；

B2、搜索基带解扩信号每个伪码码片的最佳采样点，即伪码同步后，根据本地伪码的时钟确定伪码码片的中间时刻采样值，取该值作为最佳采样值x_k。

所述步骤C进一步包括：

C1、利用基带解扩信号最佳采样值x_k，求连续N_sym个|x_k|²的均值，其结果作为基带解扩信号的均方值M₂；

C2、利用|x_k|²的平方，求得|x_k|⁴；

C3、利用基带解扩信号最佳采样值x_k，求连续N_sym个|x_k|⁴的均值，其结果作为基带解扩信号的四阶原点矩M₄。

所述步骤D根据四阶原点矩M₄与均方值M₂的平方之比，作为中间系数η。

所述步骤E进一步包括：

E1、设置与调制方式相关的系数K_s和K_w；

E2、根据信噪比估计值与中间系数η的函数关系，获得不同的η所对应的并形成对应表。

所述步骤F进一步包括：

F1、根据中间系数η值，通过查表，获得信噪比估计值

F2、输出信噪比估计值

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明原理简单，计算量小，有利于FPGA硬件实现，同时不受扩频信号所使用的成型滤波的影响，信噪比估计的精度较高，适用于扩频系统的应用环境。

附图说明

图1为本发明所述方法的示意图

图2为本发明所述方法的基本流程图

具体实施方式

本发明提供了一种针对直扩系统的信噪比估计方法。

本发明的基本思路是：直扩系统接收端在本地伪码与接收基带信号伪码同步后，对接收基带信号进行解扩，获得基带解扩信号；根据本地伪码的时钟确定基带解扩信号每个伪码码片的中间时刻采样值，取该值作为最佳采样值；利用该最佳采样值，求其均方值和四阶原点矩，并进一步计算中间系数；结合扩频信号的调制方式，利用信噪比估计值与中间系数的函数关系，得到信噪比估计值与中间系数的对应表；通过查表获得信噪比估计值。

本发明的基本原理如下：

伪码同步后，基带解扩信号的最佳采样值为x_k，则有其中，d_k是对应伪码码片的归一化调制符号，满足均方值E[|d_k|²]＝1，E[·]表示求数据序列的均值；n_k是服从标准正态分布的复高斯白噪声；P_s为有效信号的功率，P_n表示噪声功率。

由于调制符号和噪声都是零均值、相互独立的随机过程，可得基带解扩信号最佳采样值的均方值和四阶矩分别为：

M_{2} = E [x_{k} x_{k}^{*}] = P_{s} + P_{n}

和

M_{4} = E [{(x_{k} x_{k}^{*})}^{2}] = K_{s} P_{s}^{2} + 4 P_{s} P_{n} + K_{w} P_{n}^{2},

其中，(·)^*表示取共轭，K_s和K_w分别是与调制方式和噪声相关的系数，对于MPSK信号调制有K_s＝1，复信道噪声下有K_w＝2。于是，由以上两式可得复信道下信噪比为：

\frac{P_{s}}{P_{n}} = \frac{\sqrt{2 M_{2}^{2} - M_{4}}}{M_{2} - \sqrt{2 M_{2}^{2} - M_{2}}} .

实际工程应用中，均方值M₂和四阶原点矩M₄可通过对最佳采样值x_k的多次平均得到，分别记为和其中N_sym为每次进行信噪比估计所需的伪码码片个数；再以此来计算中间系数通过计算可得信噪比的估计值为

\hat{ρ} = 10 \log_{10} (\frac{\sqrt{2 M_{2}^{2} - M_{4}}}{M_{2} - \sqrt{2 M_{2}^{2} - M_{2}}}) dB = 10 \log_{10} (\sqrt{\frac{1}{2 - η}} - 1) dB .

由于取倒数、开方、取对数等运算对于FPGA等可编程逻辑器件来说，复杂度较高，占用较多资源。因此可预先形成信噪比估计值与中间系数η的对应表，通过查表得到信噪比估计值。

本发明所述方法的基本流程图如图2所示，包括如下步骤：

步骤20：直扩系统接收端在本地伪码与接收基带信号伪码同步后，对接收基带信号进行解扩，获得基带解扩信号；

步骤21：设置每次进行信噪比估计所需的伪码码片个数为N_sym；

步骤22：搜索基带解扩信号每个伪码码片的最佳采样点，即伪码同步后，根据本地伪码的时钟确定伪码码片的中间时刻采样值，取该值作为最佳采样值x_k；

步骤23：利用基带解扩信号最佳采样值x_k，求连续N_sym个|x_k|²的均值，其结果作为基带解扩信号的均方值M₂；

步骤24：通过对|x_k|²的平方，求得|x_k|⁴；

步骤25：利用基带解扩信号最佳采样值x_k，求连续N_sym个|x_k|⁴的均值，其结果作为基带解扩信号的四阶原点矩M₄；

步骤26：根据四阶原点矩M₄与均方值M₂的平方之比，求得中间系数η；

步骤27：设置与调制方式相关的系数K_s和K_w；

步骤28：根据中间系数η值，查找信噪比估计值与中间系数η的对应表；

步骤29：获得信噪比估计值并将其输出。

Claims

1.一种针对直扩系统的信噪比估计方法，其特征在于，包括：

F、通过查表，可以获得信噪比的估计值，并将其输出。

2.根据权利要求1所述的一种针对直扩系统的信噪比估计方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括：

B1、设置数据符号的个数N_sym；

3.根据权利要求1所述的一种针对直扩系统的信噪比估计方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括：

C2、利用|x_k|²的平方，求得|x_k|⁴；

4.根据权利要求1所述的一种针对直扩系统的信噪比估计方法，其特征在于，所述步骤E进一步包括：

E1、设置与调制方式相关的系数K_s和K_w；

5.根据权利要求1所述的一种针对直扩系统的信噪比估计方法，其特征在于，所述步骤F进一步包括：

F1、根据中间系数η值，通过查表，获得信噪比估计值

F2、输出信噪比估计值