CN108449291A - 一种成对载波系统中参数的联合估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于利用无线通信与信号处理技术领域，公开了一种成对载波系统中参数的联合估计方法，根据接收到的时频重叠信号，构造出似然函数，再对构造出的似然函数两边同时取对数得到所需函数。由于PCMA系统中各个信号之间具有独立且不相关的性质，因此利用PCMA系统中各个信号之间的性质结合上述函数，对所需要的参数进行求导并建立联合方程组，根据创建的联合方程组，计算出PCMA系统中各个信号的参数，可以估计出PCMA系统中本地信号的参数。本发明在低信噪比条件下，对PCMA系统中信号的参数具有良好的估计性能；在不同信噪比条件下性能更加稳定，同时比传统方法更接近理论界。

Description

一种成对载波系统中参数的联合估计方法

技术领域

本发明属于利用无线通信与信号处理技术领域，尤其涉及一种成对载波系统中参数的联合估计方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：在现代无线通信领域，随着卫星通信技术的迅猛发展和通信业务量的不断增加，同一频带内接收到多个信号分量的可能性大大增加。这些信号分量在时域和频域均发生混叠，使频谱资源变得越来越紧张。成对载波多址复用，即成对载波多址技术(PCMA)，是一种用于提高卫星通信容量的崭新技术，是解决频谱资源短缺问题的有效技术。在该技术下，地面通信站终端双方使用完全相同的上下行链路，提高了频带利用率，节省了带宽资源，在卫星通信领域有着广阔的发展前景与良好的经济效益。在PCMA系统中，每个地面站终端发送一个上行信号，经卫星透明转发器转发后，同时接收到由本地信号(干扰信号)与另一个地面站终端信号(有用信号)混叠而成的下行信号。针对接收的时频混叠混合信号，通过提取平方谱/四次方谱的离散谱线完成了对混合信号的载频估计；2009年，涂世龙等人，针对时频重叠信号，根据各信号分量能量之间和频偏之间的关系，提出了M次方法估计幅度方法。针对时频重叠信号，首先去除待估信号分量的频偏，进而通过求高阶矩的相位来实现对各信号分量初相的估计。

综上所述，现有技术存在的问题是：由于PCMA系统中，信号属于时频重叠信号，现有文献中，只针对PCMA系统中信号的单个参数进行估计，因此很难同时估计出PCMA系统中的几个参数，针对此问题，本发明提出了PCMA系统中一种成对载波系统中参数的联合估计方法，以此来解决上述问题。

解决上述技术问题的难度和意义：在合作通信中，由于本地存有干扰信号上行信号序列的样本，可以采用基于信号重构的干扰抵消算法，在一定程度上消除干扰信号，实现正常通信。因此，对干扰信号的参数估计进行研究，具有重要的实际意义和应用价值。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种成对载波系统中参数的联合估计方法。

本发明是这样实现的，一种成对载波系统中参数的联合估计方法，所述成对载波系统中参数的联合估计方法根据接收到的时频重叠信号，构造出似然函数，再对构造出的似然函数两边同时取对数得到所需函数；利用成对载波多址系统中各个信号之间的性质结合函数，对所需要的参数进行求导并建立联合方程组，根据创建的联合方程组，计算出成对载波多址系统中各个信号的参数，估计出成对载波多址系统中本地信号的参数。

进一步，所述成对载波系统中参数的联合估计方法包括以下步骤：

(1)对接受到的时频重叠信号进行采样，把经采样后的信号进行函数构造，构造出似然函数：其中F为常数；

(2)对构造的似然函数两边同时取对数，整理后得到新的函数为：

将条件分布式函数两边同时取对数，整理后得到的函数为：

(3)将新的函数展开，并对所需参数进行求导，得到联合方程组：

(4)根据联合方程组计算出信号参数。由于两路信号具有独立且不相关的特性，且利用导函数的性质，得到参数的估计值为：

进一步，所述(1)中成对载波多址系统中接收机接收到的信号模型表示为：

y(t)＝s₁(t)+s₂(t)+n(t)；

上式中s_i(t)(i＝1,2)为：

其中s_i(t)(i＝1,2)是时频重叠的用户信号分量，n(t)为加性高斯白噪声；A_i为用户信号分量s_i(t)的幅度；x_i(t)为：a_i,n为第i路发送的第n个符号；g(t)为升余弦成形滤波函数，T为符号周期；f_i为载波频率；j为虚数的表示形式，且满足j²＝-1；用户信号分量之间以及用户信号分量和噪声之间相互独立。将接收到的信号经过采样后得到：

y_k＝s_1,k+s_2,k+n_k；

然后构造似然函数，得到的条件分布式为：

其中：其中F为常数。

进一步，所述(3)中接收到的信号为MPSK信号，实信号形式表示为：

s(t)＝Ax(t)cos(ωt+θ)；

采样后，得为一常数：

将上式的结论带入新的函数中，整理后可得函数为：

对上式所需参数进行求导，建立联合方程组，求得所需参数。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述成对载波系统中参数的联合估计方法的成对载波多址系统。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：信噪比在-5dB时，比传统经典估计算法性能好提高了近4dB的性能；信噪比在-5dB～2dB时，提高了2到3个dB的性能；当信噪比大于5dB时，性能较稳定且更接近理论界。由此可见，本发明在PCMA系统条件下，对信号参数的估计具有良好的性能；结合上述方案，利用本发明可以有效的估计出PCMA系统中信号的多个参数，比传统方法要经过不同的算法或经过多次估计才能估计出多个参数带来的误差小很多，从而提高系统性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的成对载波系统中参数的联合估计方法流程图。

图2是本发明实施例提供的对PCMA系统中频偏在不同信噪比条件下估计的对比示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明旨在解决PCMA系统中信号的参数难以估计的问题；利用PCMA系统中各个信号之间的性质结合上述函数，对所需要的参数进行求导并建立联合方程组，根据创建的联合方程组，计算出PCMA系统中各个信号的参数，从而可以估计出PCMA系统中本地信号的参数。

如图1所示，本发明实施例提供的成对载波系统中参数的联合估计方法包括以下步骤：

S101：对接收到的时频重叠信号经过采样后，得到的信号构造似然函数；

S102：对得到的似然函数两边取对数，得到新的函数；

S103：对新的函数展开，并对所需参数进行求导，并建立联合方程组；

S104：计算出方程组，得到时频重叠信号的参数，估计出信号的参数。

在PCMA系统条件下，本发明实施例提供的成对载波系统中参数的联合估计方法包括以下步骤：

(1)对接受到的时频重叠信号进行采样，把经采样后的信号进行函数构造，构造出似然函数：其中F为常数。

PCMA系统中接收机接收到的信号模型可表示为以下形式：

y(t)＝s₁(t)+s₂(t)+n(t)；

上式中s_i(t)(i＝1,2)为：

其中s_i(t)(i＝1,2)是时频重叠的用户信号分量，n(t)为加性高斯白噪声；A_i为用户信号分量s_i(t)的幅度；x_i(t)为：a_i,n为第i路发送的第n个符号；g(t)为升余弦成形滤波函数，T为符号周期；f_i为载波频率；j为虚数的表示形式，且满足j²＝-1；用户信号分量之间以及用户信号分量和噪声之间相互独立。将接收到的信号经过采样后得到：

y_k＝s_1,k+s_2,k+n_k；

然后构造似然函数，得到的条件分布式为：

其中：其中F为常数。

(2)对构造的似然函数两边同时取对数，整理后得到新的函数为：

将条件分布式函数两边同时取对数，整理后得到的函数为：

(3)将新的函数展开，并对所需参数进行求导，得到联合方程组：

接收到的信号为MPSK信号，它的实信号形式可表示为：

s(t)＝Ax(t)cos(ωt+θ)；

采样后，可得为一常数：

将上式的结论带入新的函数中，整理后可得函数为：

对上式所需参数进行求导，建立联合方程组，进而可求得所需参数。

(4)根据联合方程组计算出信号参数，从而估计出时频重叠信号中所需的信号参数。

根据联合方程组计算出信号参数。由于两路信号具有独立且不相关的特性，且利用导函数的性质，可以得到参数的估计值为：

下面结合仿真实验对本发明的应用效果作详细的描述。

为了评估方法的性能，下面的仿真实验采用信号的类型为BPSK信号和QPSK信号的混合信号，并进行1000次Monte Carlo实验。检测的评估标准为均方误差(MSE)。

为了测试本发明的检验统计量的性能，参数设置如下：升余弦成形滤波函数的滚降系数α＝0.35；采样倍数为8倍过采样；采样点数10000；符号周期T＝1；初始相位在[-π,π]随机选取，仿真结果如图2所示，本发明的参数估计方法是有效可行的。由此说明本发明在PCMA系统条件下，对信号参数的估计具有良好的性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种成对载波系统中参数的联合估计方法，其特征在于，所述成对载波系统中参数的联合估计方法根据接收到的时频重叠信号，构造出似然函数，再对构造出的似然函数两边同时取对数得到所需函数；利用成对载波多址系统中各个信号之间的性质结合函数，对所需要的参数进行求导并建立联合方程组，根据创建的联合方程组，计算出成对载波多址系统中各个信号的参数，估计出成对载波多址系统中本地信号的参数。

2.如权利要求1所述的成对载波系统中参数的联合估计方法，其特征在于，所述成对载波系统中参数的联合估计方法包括以下步骤：

(1)对接受到的时频重叠信号进行采样，把经采样后的信号进行函数构造，构造出似然函数：其中F为常数；

(2)对构造的似然函数两边同时取对数，整理后得到新的函数为：

将条件分布式函数两边同时取对数，整理后得到的函数为：

(3)将新的函数展开，并对所需参数进行求导，得到联合方程组：

(4)根据联合方程组计算出信号参数；由于两路信号具有独立且不相关的特性，且利用导函数的性质，得到参数的估计值为：

3.如权利要求2所述的成对载波系统中参数的联合估计方法，其特征在于，所述(1)中成对载波多址系统中接收机接收到的信号模型表示为：

y(t)＝s₁(t)+s₂(t)+n(t)；

上式中s_i(t)(i＝1,2)为：

其中s_i(t)(i＝1,2)是时频重叠的用户信号分量，n(t)为加性高斯白噪声；A_i为用户信号分量s_i(t)的幅度；x_i(t)为：a_i,n为第i路发送的第n个符号；g(t)为升余弦成形滤波函数，T为符号周期；f_i为载波频率；j为虚数的表示形式，且满足j²＝-1；用户信号分量之间以及用户信号分量和噪声之间相互独立；将接收到的信号经过采样后得到：

y_k＝s_1,k+s_2,k+n_k；

然后构造似然函数，得到的条件分布式为：

其中：其中F为常数。

4.如权利要求2所述的成对载波系统中参数的联合估计方法，其特征在于，所述(3)中接收到的信号为MPSK信号，实信号形式表示为：

s(t)＝Ax(t)cos(ωt+θ)；

采样后，得为一常数：

将上式的结论带入新的函数中，整理后可得函数为：

对上式所需参数进行求导，建立联合方程组，求得所需参数。

5.一种应用权利要求1～4任意一项所述成对载波系统中参数的联合估计方法的成对载波多址系统。