CN114205196B - 一种存在相偏的环境下对mpsk信号snr盲估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种存在相偏的环境下对MPSK信号SNR盲估计方法。包括：S1.信号经接收端进行模数转换、匹配滤波、定时恢复处理后得到含有相偏θ的接收信号Rn；S2.对接收信号Rn的相位进行整体旋转，其旋转角度步长及次数视情况而定，Rn经过旋转的信号得到Rn(i)；S3.对旋转信号Rn(i)进行硬判决得到xn(i)；S4.然后计算xn(i)与Rn(i)的相关值corr(i)；S5.对corr(i)寻找最大值，得到与之对应的Rn(i)及yn(i)；S6.将对应于corr(i)最大值的Rn(i)及yn(i)进行SNR估计。本发明通过寻找将接收信号的相位旋转、判决后求得相关值的最大值，以确定进行信噪比估计的序列，有效的提高了信噪比估计的精确度，且其运算复杂度不高，为现有技术存在的问题提供了一种高效且可靠的解决方案。

Description

一种存在相偏的环境下对MPSK信号SNR盲估计方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种存在相偏的环境下对MPSK信号SNR盲估计方法。
背景技术
在无线通信中，信号和噪声功率是影响系统性能的两个关键因素，信噪比信息可以反映链路质量情况，在功率控制、越区切换和调度分配等通信技术的应用中是不可或缺的。
目前信噪比的估算方式主要有两种，一是通过辅助数据进行估算；二是非辅助数据估算。
对于第一种方式，假设数据辅助的前导信息已知，那么在一定的信噪比范围内，可以较容易地估计接近理想值的信噪比。但是，额外的辅助数据需要占用频谱资源，降低了信息传输的有效性。因而，在很多系统中，还采用非辅助数据的方法来对信噪比进行估计。
由于通信中所用到的频率源、电波传播的时延、多普勒频移、多径效应等诸多因素的影响，使得接收到的信号不可避免地存在频偏和相偏。接收信号的频偏对时间的积累也就是相偏，频偏纠正不完全而产生的剩余频偏也将产生相偏。对载波相位携带信息的系统(例如发射端信号进行了MPSK调制)进行相干接收，系统相偏将影响相位调制信息的解调，甚至导致相位信息的丢失。
目前经典的非辅助数据信噪比估计算法有最大似然估计、二阶四阶矩信噪比估计、高阶累积量估计、最小均方误差估计。其中二阶四阶矩信噪比估计和高阶累积量估计的计算量相较于其他两种较大，需要计算开方值。最大似然估计和最小均方误差估计计算量不大，但是因为需要对接收信号进行判决，因此当信号存在相偏时，判决结果将会受到严重影响，从而影响其估计性能。
发明内容
本发明提供了一种存在相偏的环境下对MPSK信号SNR盲估计方法，其目的在于当信号存在相偏时，如何对MPSK信号进行非数据辅助的信噪比估计，以降低相偏的影响，提高最终估计的精确度。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
本发明提供了一种存在相偏的环境下对MPSK信号SNR盲估计方法，包括以下步骤：
S1.发射端发送MPSK信号，MPSK信号经传输并由接收端进行模数转换、匹配滤波、定时恢复处理后得到含有相偏θ的接收信号Rn,n＝1,2,…,N，N为接收信号的样值总数；
S2.对接收信号Rn的相位进行整体旋转得到旋转信号：
Rn(i)＝Rn*ejiΔf,i＝1,2,…,L (1)
其中，i为旋转次数，j为虚数单位，Δf为旋转角度步长，L为旋转总次数；
S3.对旋转信号Rn(i)进行判决，其判决依据旋转信号的相位，得到判决信号xn(i)；
S4.计算xn(i)与Rn(i)的相关值：
S5.对corr(i)寻找最大值，设当i＝k,0≤k≤L时，corr(k)取得最大值；则认为最终进行SNR估计的接收信号yn＝Rn(k)，其对应判决值为xn＝xn(k)；
S6.对yn和xn继续进行SNR估计。
进一步，所述旋转角度步长Δf与所述旋转总次数L满足下述关系：Δf*L＜2π/M。
进一步，对旋转信号Rn(i)进行判决的具体规则由MPSK调制信号星座图确定，判决时将Rn(i)的值判决为星座图上距离最近星座点的坐标。
本发明所达到的有益效果为：
本发明通过寻找将接收信号的相位旋转与判决后求得相关值的最大值，以确定进行信噪比估计的序列，大幅度降低了相偏的影响，有效的提高了信噪比估计的精确度，且其运算复杂度不高，为现有技术存在的问题提供了一种高效且可靠的解决方案。
附图说明
图1是本发明方法流程图。
图2是QPSK判决示意图。
图3是采用本发明所述方法和不使用此方法直接进行信噪比估计的效果对比图。
具体实施方式
为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
本发明提供了一种存在相偏的环境下对MPSK信号SNR盲估计方法，其原理是先对MPSK信号进行处理，确定进行信噪比估计的序列，然后再进行SNR估计，以此降低相偏影响，提高信噪比估计的精确度。
其中，MPSK(multiplephaseshiftkeying)是指利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。MPSK信号sm(t)的一般表达式为；
其中，E表示信号能量；T表示信号持续时间；ω0表示载波角频率。M表示数字相位调制阶数，一般M为正整数，且是2的倍数。常见的有M＝4、8、16或32，分别称为4PSK或8PSK等。在M进制数字相位调制中，四进制绝对移相键控(4PSK，又称QPSK)用的最为广泛，下面以四进制绝对移相键控(4PSK，又称QPSK)为例阐述。
如图1所示，本发明具体包括以下步骤：
S1.发射端发射QPSK信号sm(t)，公式表达如下：
其初始相位为π/2，QPSK信号经传输并由接收端进行模数转换、匹配滤波、定时恢复处理后得到含有相偏θ的接收信号Rn,n＝1,2,…,N，N为接收信号的样值总数；
S2.对接收信号Rn的相位进行整体旋转，Rn经过旋转得到旋转信号：
Rn(i)＝Rn*ejiΔf,i＝1,2,…,L (2)
其中，i为旋转次数；j为虚数单位。
进一步，MPSK信号的最大旋转角度小于等于2π/M，既代表着所述旋转角度步长Δf与所述旋转总次数L满足下述关系：Δf*L＜2π/M。
对于QPSK信号而言M＝4，因此其最大旋转角度小于等于π/2，所述旋转角度步长Δf与所述旋转总次数L满足下述关系：Δf*L＜π/2。
具体来说，步长Δf较小时，次数L可以变大，此时精度较高，但计算量也相应变大，适用于SNR较低的环境；反之，Δf较大时，次数L较小，精度相对不高，计算复杂度也相应降低，适用于SNR较高的环境，此时星座图较为集中，处在判决边缘的信号点数不多。
S3.对旋转信号Rn(i)进行判决，如图2所示，其判决依据旋转信号的相位，得到判决信号xn(i)，对于不同的M，其判决结果不同。其中，对于QPSK调制，由(1)式可知初始相位为π/2，判决结果为xn(i)＝±1或者xn(i)＝±1j，其中j为虚数单位。
具体来说，对旋转信号Rn(i)进行判决的具体规则由MPSK调制信号星座图确定。对于QPSK信号而言，QPSK调制信号星座图由表达式(1)确定，判决时将Rn(i)的值判决为星座图上距离最近星座点的坐标。
S4.计算xn(i)与Rn(i)的相关值：
S5.对corr(i)寻找最大值，设当i＝k,0≤k≤L时，corr(k)取得最大值；则认为最终进行SNR估计的接收信号yn＝Rn(k)，其对应判决值为xn＝xn(k)；
S6.对yn和xn继续进行SNR估计，采用最小均方误差法估计时，其计算公式如下：
其中
图3给出了采用本发明所述方法和不使用此方法直接进行信噪比估计的效果对比图。从仿真图可以清楚地看出，本发明的方法相对于直接估计所得到的结果要精确许多。但是其运算复杂度却没有过多增加。
综上所述，本发明提出了一种存在相偏的环境下对MPSK信号SNR盲估计方法，通过寻找将接收信号的相位旋转、判决后求得相关值的最大值，以确定进行信噪比估计的序列，有效的提高了信噪比估计的精确度，且其运算复杂度不高，为现有技术存在的问题提供了一种高效且可靠的解决方案。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种存在相偏的环境下对MPSK信号SNR盲估计方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.发射端发送MPSK信号，MPSK信号经传输并由接收端进行模数转换、匹配滤波、定时恢复处理后得到含有相偏θ的接收信号Rn,n＝1,2,…,N，N为接收信号的样值总数；
S2.对接收信号Rn的相位进行整体旋转得到旋转信号：
Rn(i)＝Rn*ejiΔf,i＝1,2,…,L (1)
其中，i为旋转次数，j为虚数单位，Δf为旋转角度步长，L为旋转总次数；
S3.对旋转信号Rn(i)进行判决，其判决依据旋转信号的星座图，判决值为星座图上距离最近星座点的坐标，得到判决信号xn(i)；
S4.计算xn(i)与Rn(i)的相关值：
S5.对corr(i)寻找最大值，设当i＝k,0≤k≤L时，corr(k)取得最大值；则认为最终进行SNR估计的接收信号yn＝Rn(k)，其对应判决值为xn＝xn(k)；
S6.对yn和xn使用MMSE算法继续进行SNR估计。
2.根据权利要求1所述的一种存在相偏的环境下对MPSK信号SNR盲估计方法，其特征在于：所述旋转角度步长Δf与所述旋转总次数L满足下述关系：Δf*L＜2π/M。
3.根据权利要求1所述的一种存在相偏的环境下对MPSK信号SNR盲估计方法，其特征在于：对旋转信号Rn(i)进行判决的具体规则由MPSK调制信号星座图确定，判决时将Rn(i)的值判决为星座图上距离最近星座点的坐标。
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