CN106027432B - 一种基于信号瞬时频率部分相关函数的cpfsk码速率估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于认知无线电及智能通信中通信信号参数估计技术领域，尤其涉及一种基于信号瞬时频率部分相关函数的连续相位频移键控(Continuous phase Frequency Shift Keying，CPFSK)码速率估计方法。本发明基于信号瞬时频率部分相关函数估计CPFSK码速率，采用一段CPFSK信号的瞬时频率作为模板，并在CPFSK信号瞬时频率上逐段与模板求相关系数，得到部分相关函数，对部分相关函数做FFT，即可搜索到码率线。最后通过搜索谱峰值所对应的频点，即可得到码速率的估计值。通过仿真验证可以看出该算法性能优异，同时拥有较低的运算复杂度。

Description

一种基于信号瞬时频率部分相关函数的CPFSK码速率估计 方法
技术领域
本发明属于认知无线电及智能通信中通信信号参数估计技术领域，尤其涉及一种基于信号瞬时频率部分相关函数的连续相位频移键控(Continuous phase FrequencyShift Keying，CPFSK)码速率估计方法。
背景技术
移频键控(Frequency Shift Keying，FSK)信号，从相位连续的角度可以分为常规FSK信号与CPFSK信号。常规FSK信号是无记忆的，相位不连续，从一个频率到另一个频率的切换是从M个调谐到期望频率的振荡器中选择一个频率，从而实现常规MFSK信号。CPFSK信号表示连续相位频移键控信号，与常规FSK信号不同处在于其相位在码元转换点处是连续的，因此频谱上具有较低的旁瓣与较高的频谱利用率。由此CPFSK信号相比FSK信号在无线通信领域获得了广泛的应用。
CPFSK调制的发送信号可表示为其中，，为振幅，fc为载频，φ0为载波的初始相位，表示为载波的时变相位，{In}取值范围是±1,±3,...,±(M-1)，M为CPFSK信号调制进制，g(t)是一个幅度为1/2T且持续时间为T的矩形脉冲。因此可得出其中，调制指数h＝2fdT，CPFSK的瞬时相位是连续的。当表示为复数形式时，CPFSK信号可表示为
智能通信为了实现能适应多种调制信号的解调，需要对未知信号进行感知，通常是在未知信号参数与调制类型的条件下，对接收信号进行分析，实现调制参数的估计与调制类型的识别。CPFSK信号由于其本质属于频率调制信号，瞬时频率特征明显，可用于智能无线电调制类型识别与参数估计中。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于信号瞬时频率部分相关函数的CPFSK码速率估计方法。
本发明的技术方案为：
基于信号瞬时频率部分相关函数估计CPFSK码速率，采用一段CPFSK信号的瞬时频率作为模板，并在CPFSK信号瞬时频率上逐段与模板求相关系数，得到部分相关函数，对部分相关函数做FFT，即可搜索到码率线。最后通过搜索谱峰值所对应的频点，即可得到码速率的估计值。通过仿真验证可以看出该算法性能优异，同时拥有较低的运算复杂度。
本发明的调制类型为2CPFSK、4CPFSK或8CPFSK中的任意一种，在本发明中用Es/N0表示信噪比，单位为dB,Es表示信号每个符号的能量，N0表示功率谱密度。
一种基于信号瞬时频率部分相关函数的CPFSK码速率估计方法，包括如下步骤：
S1、对接收信号进行采样，得到r(n)＝s(n)+n(n)，其中，s(n)为发送信号，调制指数h∈[0.2,1.5]，n(n)为加性高斯白噪声，N是采样点总个数，n＝1,2,...,N；
S2、对S1所述r(n)进行数字下变频处理，将r(n)从fc处搬移到零中频对r'(n)做FFT得到R(f)，然后以fc为中心点，找到左右两边第一个比R(fc)小E点R(m)和R(n)，以这两点间隔作为粗估计的信号带宽即：再使用Kaiser窗设计低通滤波器h(n)滤除接收信号带外噪声得到新的信号：r1(n)＝h(n)*r'(n)，其中，E为经验值，n＞fc＞m；
S3、求S2所述r1(n)的瞬时频率
S4、以滑窗的方式得到新的瞬时频率其中，D为窗长；
S5、提取一段S4所述f(n)中长为L的值作为模板fL(n)，所述模板fL(n)长度L＜Ns，其中，
S6、S4所述f(n)逐段与模板fL(n)求相关系数，得到部分相关函数
S7、S6所述部分相关函数ρ(n)去掉直流分量后得到对所述做FFT得到其中，FFT点数为NF；
S8、搜索S7所述最大值所在的频点即为码速率估计值
进一步地，S2所述E＞10dB。
进一步地，S2所述滤波器h(n)参数设置如下：滤波器阶数为Nf，信号归一化通带截止频率归一化阻带截止频率ωs＝1.3ωp，其中，fs为采样率，粗估计的信号带宽。
进一步地，S3所述求取瞬时频率的步骤具体为：
S31、提取S2所述r1(n)的Q路信号与I路信号分别为rQ(n),rI(n)；
S32、根据公式求出r1(n)的瞬时相位；
S33、为了得到连续变化的瞬时相位值，进行解缠绕处理，得到
S34、瞬时相位解缠绕以后求其差分即可得到瞬时频率
进一步地，S8所述得到码速率估计值具体步骤为：
设的长度为NF,是正负频域对称的，因此找到中前个点最大值所在的位置为第n个，则码速率的估计值
本发明的有益效果是：
本发明适用于CPFSK信号与常规FSK信号，实现了低信噪比下CPFSK信号的码速率精确估计，复杂度低且计算量小。通过仿真验证可以看出该算法性能优异，同时拥有较低的运算复杂度。
附图说明
图1是本发明流程图。
图2是RB＝150ksps时，码速率估计的均方误差随着Es/N0变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步地详细描述。
图1是本发明基于信号瞬时频率部分相关函数的CPFSK码速率估计方法的具体实施方式流程图。
图2是本发明基于信号瞬时频率部分相关函数的CPFSK码速率估计方法对于以下参数设置的码速率估计值的均方误差随着信噪比Es/N0变化的曲线图。假设接收信号调制样式为2CPFSK、4CPFSK与8CPFSK，参数设置如下：取信噪比Es/N0从-3dB到15dB，步长为1dB，采样率fs＝4.5MHz，符号速率为RB＝150ksps，调制指数为h＝1，载波频率fc＝0Hz，符号个数为1000个符号，在每个信噪比下进行100次蒙特卡洛实验。
步骤1、对接受信号进行采样，得到r(n),n＝1,2,...,30000。
步骤2.使用Kaiser窗设计低通滤波器h(n)滤除接收信号带外噪声得到新的信号：r1(n)＝h(n)*r'(n),n＝1...30000，对r1(n)做FFT得到R(f)，FFT点数为16384，找到左右两边第一个比R(0)小10dB以上的点R(m)和R(n)，以这两点间隔作为粗估计的信号带宽即：其中，n＞fc＞m，
对于2CPFSK信号滤波器阶数为Nf＝256，归一化通带截止频率归一化阻带截至频率ωs＝1.3ωp＝0.104，
对于4CPFSK信号滤波器阶数为Nf＝128，归一化通带截止频率归一化阻带截至频率ωs＝1.3ωp＝0.208，
对于8CPFSK信号滤波器阶数为Nf＝64，归一化通带截止频率归一化阻带截至频率ωs＝1.3ωp＝0.416。
步骤3、求接收信号的瞬时频率提取r1(n),n＝1,2,...,30000的Q路信号与I路信号分别为rQ(n),rI(n),求出r1(n)的瞬时相位为了得到连续变化的瞬时相位值，进行解缠绕处理，结果如下：
瞬时相位解缠绕以后求其差分即可得到瞬时频率
步骤4、取窗长D＝10，得到
步骤5、提取一段长为L＝15的f(n)值作为模板fL(n)。
步骤6、f(n)逐段与模板fL(n)求相关系数，得到部分相关函数
步骤7、部分相关函数ρ(n)去掉直流分量后得到对做FFT得到FFT点数为16384。
步骤8、码速率估计值为的最大值所对应的频点。的长度为NF＝16384,是正负频域对称的，因此找到中前8192个点最大值所在的位置为第547个点，则码速率的估计值

Claims (1)

1.一种基于信号瞬时频率部分相关函数的连续相位频移键控CPFSK码速率估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对接收信号进行采样，得到r(n)＝s(n)+n(n)，其中，s(n)为发送信号，调制指数h∈[0.2,1.5]，n(n)为加性高斯白噪声，N是采样点总个数，n＝1,2,...,N；
S2、对S1所述r(n)进行数字下变频处理，将r(n)从fc处搬移到零中频对r'(n)做FFT得到R(f)，然后以fc为中心点，找到左右两边第一个比R(fc)小E点R(m)和R(n)，以这两点间隔作为粗估计的信号带宽即：再使用Kaiser窗设计低通滤波器h(n)滤除接收信号带外噪声得到新的信号：r1(n)＝h(n)*r'(n)，其中，E为经验值，E＞10dB，n＞fc＞m；滤波器h(n)参数设置如下：滤波器阶数为Nf，信号归一化通带截止频率归一化阻带截止频率ωs＝1.3ωp，其中，fs为采样率，粗估计的信号带宽；
S3、求S2所述r1(n)的瞬时频率步骤具体为：
S31、提取S2所述r1(n)的Q路信号与I路信号分别为rQ(n),rI(n)；
S32、根据公式n＝1,2,...,N,求出r1(n)的瞬时相位；
S33、为了得到连续变化的瞬时相位值，进行解缠绕处理，得到
S34、瞬时相位解缠绕以后求其差分即可得到瞬时频率n＝1,2,...,N-1；
S4、以滑窗的方式得到新的瞬时频率n＝1...N-D，其中，D为窗长；
S5、提取一段S4所述f(n)中长为L的值作为模板fL(n)，所述模板fL(n)长度L<Ns，其中，
S6、S4所述f(n)逐段与模板fL(n)求相关系数，得到部分相关函数n＝1...N-D-L+1；
S7、S6所述部分相关函数ρ(n)去掉直流分量后得到对所述做FFT得到其中，FFT点数为NF；
S8、搜索S7所述最大值所在的频点即为码速率估计值具体步骤为：
设的长度为NF,是正负频域对称的，因此找到中前个点最大值所在的位置为第n个，则码速率的估计值
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