CN113810162B - 一种含前导随机突发信号的存在性检测方法 - Google Patents

一种含前导随机突发信号的存在性检测方法 Download PDF

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Abstract

一种含前导随机突发信号的存在性检测方法，包括步骤：计算前导符号序列s的共轭差分符号序列
Figure DDA0003268096410000011
计算信号样本序列y的共轭差分样本序列
Figure DDA0003268096410000012
分别以共轭差分信号样本yd[M],yd[M+1],…,yd[2M‑1]为起点，以M为采样周期，从共轭差分样本序列yd中抽取样本，将yd分成样本数量相等的M组子样本序列
Figure DDA0003268096410000013
针对每一组子样本序列
Figure DDA0003268096410000014
m＝0,1,2,…,M‑1，分别计算两个子检测统计量
Figure DDA0003268096410000015
和
Figure DDA0003268096410000016
的估计值；检测随机突发信号的存在性和进行随机突发信号的帧头位置估计。本方法能够同时实现随机突发信号的存在性检测功能和帧头定位功能，且具有较强的抗频偏能力。

Description

一种含前导随机突发信号的存在性检测方法
技术领域
本发明属于数字通信技术领域，涉及突发信号检测技术，尤其涉及一种含前导随机突发信号的存在性检测方法。
背景技术
数字通信接收机的主要任务是从接收的有损信号中尽可能完整地恢复出发送方发送的信息。为了实现这个目标，接收机需要在噪声中捕获到期望信号，并对期望信号进行解调和译码，最终提取出无差错的信息。因此，信号捕获是数字通信接收机的首要功能。信号捕获功能包含两个部分：信号的存在性检测和信号的帧头定位。
在随机突发通信中，由于突发信号的发送时间是不可预测的，且突发信号帧之间没有连续性，因此，为了提高随机突发信号的捕获成功率，通常会在每个随机突发信号帧的头部加入一个固定的前导序列。如果能够利用这个前导序列同时实现随机突发信号的存在性检测和帧头定位，则能够显著缩短整个突发信号的捕获时延。
发明内容
为了解决上述相关现有技术问题，本发明提供一种含前导随机突发信号的存在性检测方法，能够同时实现随机突发信号的存在性检测功能和帧头定位功能，且具有较强的抗频偏能力。
为了实现本发明的目的，本发明拟通过以下技术方案实现：
一种含前导随机突发信号的存在性检测方法，其特征在于：用符号
Figure BDA0003268096390000011
表示随机突发信号帧的前导符号序列，其中，s[l]是已知的前导符号，前导符号的数量是L+1；用符号M表示在接收机数字下变频器(DDC)输出的信号样本序列中，数字调制符号的过采样倍数；用符号
Figure BDA0003268096390000021
表示从接收机DDC输出端采集的一个信号样本序列，其中，y[k]是信号样本，信号样本的数量是K＝(L+1)M；
所述存在性检测方法包括步骤：
S1、计算前导符号序列s的共轭差分符号序列
Figure BDA0003268096390000022
其中，差分运算的符号间隔是1，共轭差分前导符号sd[l]的计算方法如下：
sd[l]＝s*[l]s[l-1],l＝1,2,…,L；
其中，*表示共轭，共轭差分符号序列sd的符号总数是L；
S2、计算信号样本序列y的共轭差分样本序列
Figure BDA0003268096390000023
其中，差分运算的样本间隔是M，共轭差分样本yd[k]的计算方法如下：
yd[k]＝y*[k]y[k-M],k＝M,M+1,…,K-1；
共轭差分样本序列yd的样本总数是LM；
S3、分别以共轭差分信号样本yd[M],yd[M+1],…,yd[2M-1]为起点，以M为采样周期，从共轭差分样本序列yd中抽取样本，将yd分成样本数量相等的M组子样本序列
Figure BDA0003268096390000024
其中，
Figure BDA0003268096390000025
表示从共轭差分样本序列yd中抽取出的第m组子样本序列，有
Figure BDA0003268096390000026
子样本序列
Figure BDA0003268096390000027
的样本总数是L；
S4、针对每一组子样本序列
Figure BDA0003268096390000028
m＝0,1,2,…,M-1，分别计算两个子检测统计量
Figure BDA0003268096390000029
和
Figure BDA00032680963900000210
的估计值：
Figure BDA00032680963900000211
其中，γ是检测门限，(·)H表示共轭转置，|·|2表示复数模的平方，||·||2表示平方欧式范数；
S5、检测随机突发信号的存在性，具体方法如下：
如果对于每一组子样本序列
Figure BDA0003268096390000031
m＝0,1,2,…,M-1，都有
Figure BDA0003268096390000032
则判定接收信号样本序列
Figure BDA0003268096390000033
中没有随机突发信号的前导符号序列，因此，随机突发信号不存在；
如果对于某一组子样本序列
Figure BDA0003268096390000034
0≤m≤M-1，有
Figure BDA0003268096390000035
则判定接收信号样本序列
Figure BDA0003268096390000036
中含有随机突发信号的前导符号序列，因此，随机突发信号已经出现；
S6、随机突发信号的帧头位置估计，具体方法如下：
如果对于某一个0≤m≤M-1，子样本序列
Figure BDA0003268096390000037
满足检测条件
Figure BDA0003268096390000038
那么，随机突发信号帧头位置对应的样本是y[m]。
本发明有益效果在于：能够同时实现随机突发信号的存在性检测功能和帧头定位功能，且具有较强的抗频偏能力。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中的随机突发信号检测器的结构图。
图2是本发明具体实施方式中的共轭差分器的结构图。
图3是本发明具体实施方式中的
Figure BDA0003268096390000039
计算器通过I型FIR滤波器实现的结构图。
图4是本发明具体实施方式中的
Figure BDA00032680963900000310
计算器通过II型FIR滤波器实现的结构图。
图5是本发明具体实施方式中的
Figure BDA00032680963900000311
计算器通过I型FIR滤波器实现的结构图。
图6是本发明具体实施方式中的
Figure BDA00032680963900000312
计算器通过II型FIR滤波器实现的结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和具体实施方法更为清楚，结合附图实例对本申请进行进一步详细说明。
本申请采用的随机突发信号的存在性检测方法是：如果
Figure BDA0003268096390000041
则判定随机突发信号存在；反之，则不存在。其中，
Figure BDA0003268096390000042
是检测统计量，γ是检测门限。
为应用上述方法，本申请设计了如下检测统计量：
Figure BDA0003268096390000043
其中，sd是前导符号序列s的共轭差分符号序列，其长度为L；
Figure BDA0003268096390000044
是从接收信号样本序列y的共轭差分样本序列yd中以过采样倍数M为间隔抽取的长度为L的子样本序列；|·|2表示复数模的平方，||·||2表示平方欧式范数。
检测门限γ的确定方法是：首先确定检测器的虚警率PFA，然后通过(3)式估算出检测门限的近似值
Figure BDA0003268096390000045
最后通过仿真验证并进行适当调整，最终得到符合设计要求的检测门限γ。
Figure BDA0003268096390000046
在(3)式中，F1,L-1表示分子自由度为1、分母自由度为L-1的F分布，
Figure BDA0003268096390000047
表示F分布F1,L-1的右尾概率函数的反函数。
为了方便计算，根据(1)式和(2)式整理得到如两个子检测统计量：
Figure BDA0003268096390000048
因此，随机突发信号的存在性检测方法可以重新表述为：如果
Figure BDA0003268096390000051
则判定随机突发信号存在；反之，则不存在。
本申请实施例提供一种含前导随机突发信号的存在性检测方法。
首先，对本实施例中的相关参数符号进行说明。符号
Figure BDA0003268096390000052
表示随机突发信号帧的前导符号序列，其中，s[l]是已知的前导符号，前导符号的数量是L+1；符号M表示在接收机DDC输出的信号样本序列中，数字调制符号的过采样倍数；符号
Figure BDA0003268096390000053
表示从接收机DDC输出端采集的k时刻之前的一个信号样本序列，包含(L+1)M个样本。
Figure BDA0003268096390000054
表示k时刻之前的一个共轭差分样本序列，包含LM个样本。
Figure BDA0003268096390000055
表示从共轭差分样本序列yd[k]中抽取的一个子序列，包含L个样本。
在随机突发通信中，随机突发信号的发送时间是不可预测的。为了避免漏检，用于随机突发信号存在性检测的随机突发信号检测器是处于连续检测状态的，即每接收一个信号样本，都会检测在已接收的一段信号样本中是否有一个随机突发信号的前导符号序列存在。因此，在本实施例所述的随机突发信号检测器中采用了延时寄存器对最近接收到的一段信号样本进行缓存。
如图1所示，本实施例所述的随机突发信号检测器包含四个部分：共轭差分器、
Figure BDA0003268096390000056
计算器、
Figure BDA0003268096390000057
计算器和判决器。共轭差分器的作用是对接收信号样本进行共轭差分处理，以消除信号样本中的频偏。如图2所示，共轭差分器含有M个延时寄存器D。
Figure BDA0003268096390000058
计算器用于实时计算子检测统计量
Figure BDA0003268096390000059
的值。如图3和图4所示，
Figure BDA00032680963900000510
计算器可以通过两种方式实现，其中，图3是
Figure BDA00032680963900000511
计算器通过I型FIR滤波器实现的结构图，包含(L-1)M+1个延时寄存器。图4是
Figure BDA0003268096390000061
计算器通过II型FIR滤波器实现的结构图，包含(L-1)M个延时寄存器。
Figure BDA0003268096390000062
计算器用于实时计算子检测统计量
Figure BDA0003268096390000063
的值。如图5和图6所示，
Figure BDA0003268096390000064
计算器也可以通过两种方式实现，其中，图5是
Figure BDA0003268096390000065
计算器通过I型FIR滤波器实现的结构图，包含(L-1)M+1个延时寄存器。图6是
Figure BDA0003268096390000066
计算器通过II型FIR滤波器实现的结构图，包含(L-1)M个延时寄存器。
在本实施例中，
Figure BDA0003268096390000067
计算器和
Figure BDA0003268096390000068
计算器均采用II型FIR滤波器结构。
在本实施例中，检测门限γ通过如下方法确定：
首先，确定检测器的虚警率PFA；然后通过下式
Figure BDA0003268096390000069
估算出检测门限的近似值
Figure BDA00032680963900000610
最后通过仿真验证并进行适当调整，最终得到符合设计要求的检测门限γ。在上式中，F1,L-1表示分子自由度为1、分母自由度为L-1的F分布，
Figure BDA00032680963900000611
表示F分布F1,L-1的右尾概率函数的反函数。
本申请实施例所述的含前导随机突发信号的存在性检测方法，具体实施方式如下：
1、初始化：
1.1、初始化
Figure BDA00032680963900000612
计算器中FIR滤波器的系数。
首先，计算前导符号序列s的共轭差分符号序列
Figure BDA00032680963900000613
其中，差分运算的符号间隔是1，共轭差分前导符号sd[l]的计算方法如下：
sd[l]＝s*[l]s[l-1],l＝1,2,…,L；
其中，*表示共轭。
然后，计算
Figure BDA00032680963900000614
计算器中FIR滤波器的系数
Figure BDA00032680963900000615
最后，按照图4所示的顺序对滤波器的系数进行初始化。
1.2、初始化随机突发信号检测器的延迟寄存器。将所有延迟寄存器的初始值设为0。
2、执行连续检测操作。
2.1当接收机的DDC输出一个信号样本y[k]时，接收机并行地执行如下两步操作：
2.1.1、将信号样本y[k]送入缓存。
2.1.2、将信号样本y[k]送入随机突发信号检测器。
2.2、共轭差分器计算信号样本y[k]的共轭差分样本yd[k]，计算方法如下：
yd[k]＝y*[k]y[k-M]。
2.3、将共轭差分样本yd[k]并行地送入如图4所示的
Figure BDA0003268096390000071
计算器和如图6所示的
Figure BDA0003268096390000072
计算器，两个滤波器分别进行一次滤波运算，并将计算结果
Figure BDA0003268096390000073
和
Figure BDA0003268096390000074
作为k时刻两个子检测统计量的估计值，输出给判决器。
2.4、判断随机突发信号是否存在，具体方法如下：
如果
Figure BDA0003268096390000075
则判定已接收的信号样本序列
Figure BDA0003268096390000076
中含有随机突发信号的前导符号序列，随机突发信号已经出现；否则，则判定已接收的信号样本序列中没有随机突发信号的前导符号序列，随机突发信号不存在。
如果在k时刻检测到随机突发信号存在，则可以估计出随机突发信号帧头位置对应的样本是y[k-D0]，其中，D0是随机突发信号检测器的处理时延。
当完成随机突发信号的存在性检测后，无论结果如何，均返回步骤2.1，接收下一个信号样本，并继续检测。

Claims (1)

1.一种含前导随机突发信号的存在性检测方法，其特征在于，用符号
Figure FDA0003268096380000011
表示随机突发信号帧的前导符号序列，其中，s[l]是已知的前导符号，前导符号的数量是L+1；用符号M表示在接收机数字下变频器输出的信号样本序列中，数字调制符号的过采样倍数；用符号
Figure FDA0003268096380000012
表示从接收机数字下变频器输出端采集的一个信号样本序列，其中，y[k]是信号样本，信号样本的数量是K＝(L+1)M；
所述存在性检测方法包括步骤：
S1、计算前导符号序列s的共轭差分符号序列
Figure FDA0003268096380000013
其中，差分运算的符号间隔是1，共轭差分前导符号sd[l]的计算方法如下：
sd[l]＝s*[l]s[l-1],l＝1,2,…,L；
其中，*表示共轭，共轭差分符号序列sd的符号总数是L；
S2、计算信号样本序列y的共轭差分样本序列
Figure FDA0003268096380000014
其中，差分运算的样本间隔是M，共轭差分样本yd[k]的计算方法如下：
yd[k]＝y*[k]y[k-M],k＝M,M+1,…,K-1；
共轭差分样本序列yd的样本总数是LM；
S3、分别以共轭差分信号样本yd[M],yd[M+1],…,yd[2M-1]为起点，以M为采样周期，从共轭差分样本序列yd中抽取样本，将yd分成样本数量相等的M组子样本序列
Figure FDA0003268096380000015
其中，
Figure FDA0003268096380000016
表示从共轭差分样本序列yd中抽取出的第m组子样本序列，有
Figure FDA0003268096380000017
子样本序列
Figure FDA0003268096380000018
的样本总数是L；
S4、针对每一组子样本序列
Figure FDA0003268096380000019
分别计算两个子检测统计量
Figure FDA00032680963800000110
和
Figure FDA00032680963800000111
的估计值：
Figure FDA0003268096380000021
其中，γ是检测门限，(·)H表示共轭转置，|·|2表示复数模的平方，||·||2表示平方欧式范数；
S5、检测随机突发信号的存在性，具体方法如下：
如果对于每一组子样本序列
Figure FDA0003268096380000022
都有
Figure FDA0003268096380000023
则判定接收信号样本序列
Figure FDA0003268096380000024
中没有随机突发信号的前导符号序列，因此，随机突发信号不存在；
如果对于某一组子样本序列
Figure FDA0003268096380000025
有
Figure FDA0003268096380000026
则判定接收信号样本序列
Figure FDA0003268096380000027
中含有随机突发信号的前导符号序列，因此，随机突发信号已经出现；
S6、随机突发信号的帧头位置估计，具体方法如下：
如果对于某一个0≤m≤M-1，子样本序列
Figure FDA0003268096380000028
满足检测条件
Figure FDA0003268096380000029
那么，随机突发信号帧头位置对应的样本是y[m]。
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