CN1859045B - 一种信号检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于信号处理领域，提供了一种信号处理器以及采用该信号变换处理器实现的信号检测系统。所述信号变换处理器包括至少一个差分处理单元，对输入信号分为相同的两路进行差分处理；所述差分处理单元包括第一信号处理模块，对输入信号的一路进行运算处理，输出第一信号；第二信号处理模块，对输入信号的另一路进行运算处理，输出第二信号；减法模块，用所述第一信号减去第二信号或用第二信号减去第一信号，输出差值信号。本发明提供的信号检测器可以在输入的复数信号存在缓慢相位旋转的情况下，也能提供很高的处理增益，并可获得对信号的平均幅度或功率的无偏估计。

Description

一种信号检测系统

技术领域

本发明属于信号处理领域，尤其涉及一种对信号进行变换处理的信号变换处理器以及采用该信号变换处理器实现的信号检测系统。

背景技术

在信号处理中，经常需要对含有会重复出现或者按一定规律重复出现的复数信号进行检测。由于传输或者存储等方面的原因，该复数信号往往和其他随机信号，如噪声等叠加在一起，检测的目的一是为了证实该复数信号是否真实存在，二是需要知道或者估计该复数信号的各种参数量，如平均幅度或者功率等。

如图1所示，信号检测系统10的信号变换处理器12对该复数信号进行各种变换处理，将变换处理后的结果输出给判决单元16或者参数量计算单元18，判决单元16将变换处理结果与一个门限值进行比较，如果结果大于门限，输出该复数信号存在的指示信号，必要时参数量计算单元18输出该复数信号的各种参数量。在有些情况下，进行判决和参数量计算前需要一个平滑滤波单元14对处理变换后的信号做平滑滤波，但在有些情况下因为考虑到滤波延时可以不做滤波处理。当信号检测系统10作为纯检测指示器用时，如使用在多径搜索中，不需要输出参数量计算的结果，而在信号检测系统10作为测量器用时，如使用在导频功率测量中，则不需要输出对信号进行判决指示的结果，只需要输出参数量计算的结果，当信号检测系统10作为检测器用时，如使用在WCMDA中小区搜索中，则既需要输出对信号进行判决指示的结果，又需要输出信号的参数量。

衡量一个检测器的性能指标有很多种，最重要的检测概率和虚警概率，一个好的检测器应该具有较高的检测概率和较低的虚警概率。实际中，复数信号的模(幅度)往往在较长的时间内不发生显著变化，而该复数信号的相位则有可能发生缓慢的旋转。

由于实际系统中存在不可避免的噪声，为了提高检测概率，如图2所示，相干累加器122对输入到信号检测系统10的复数信号进行M次的相干累加，即对每M个复数符号的实部和虚部分别进行求和运算，然后输出M次的相干累加的结果，包括实部和虚部。相干累加结果输入到非线性运算单元124对复数信号的实部和虚部求模方，将得到的实数信号送入给非相干累加器126。非相干累加器126对输入的每N个实数符号进行累加，每N个符号输出一个值进行判决或者参数量计算。

在上述方案中，对于输入信号检测系统10中携带随机噪声的信号进行处理变换时，需要较大的M来保证获得较高的处理增益(即能提高信噪比为M²倍)。其后的N次的非相干累加器126只能对噪声和输入信号的波动进行平滑，不能提高信噪比。同时，在输入的复数信号的相位发生缓慢的旋转时，该方案会出现处理增益由于复数信号的相位旋转对消而使处理增益降低的情况。如果在M次内的相位旋转比较大，此时的处理增益将远小于M²。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中信号检测处理增益比较低的问题。

为了实现发明目的，本发明首先提供了一种信号变换处理器，用于对检测信号进行变换处理，所述信号变换处理器包括至少一个差分处理单元，对输入信号分为相同的两路进行差分处理；所述差分处理单元包括：

第一信号处理模块，对输入信号的一路进行运算处理，输出第一信号；

第二信号处理模块，对输入信号的另一路进行运算处理，输出第二信号；

减法模块，用所述第一信号减去第二信号或用第二信号减去第一信号，输出差值信号。

所述信号变换处理器进一步包括：

一个非相干累加器，与所述差分处理装置级联，对所述差分处理装置的输出进行非相干累加，输出非相干累加结果。

所述第一信号处理模块进一步包括：

一个相干累加器，对所述输入信号的一路进行M次相干累加；

一个非线性运算单元，与所述相干累加器级联，对所述相干累加器的输出进行非线性运算；

所述第二信号处理模块进一步包括：

一个非线性运算单元，对所述检测信号的另一路进行非线性运算；

一个非相干累加器，与所述非线性运算单元级联，对所述非线性运算单元的输出进行N次非相干累加；

其中，M、N为自然数，M≥2。

所述非线性运算进一步包括对输入信号进行求模平方运算。

所述非线性运算进一步包括对输入信号进行求模运算，或者当输入信号为实数信号时，对所述输入信号进行取绝对值运算。

为了更好地实现发明目的，本发明进一步提供了一种信号检测系统，包括一个信号变换处理器，用于对检测信号进行变换处理，以及一个判决单元，与所述信号变换处理器级联，用于在判断所述信号变换处理器的输出信号满足门限值时，输出所述输入信号存在的指示，所述信号变换处理器包括至少一个差分处理单元，对输入信号分为相同的两路进行差分处理；所述差分处理单元包括：

第一信号处理模块，对输入信号的一路进行运算处理，输出第一信号；

第二信号处理模块，对输入信号的另一路进行运算处理，输出第二信号；

减法模块，用所述第一信号减去第二信号或用第二信号减去第一信号，输出差值信号。

所述信号变换处理器进一步包括：

一个非相干累加器，与所述差分处理装置级联，对所述差分处理装置的输出进行非相干累加，输出非相干累加结果。

所述第一信号处理模块进一步包括：

一个相干累加器，对所述输入信号的一路进行M次相干累加；

一个非线性运算单元，与所述相干累加器级联，对所述相干累加器的输出进行非线性运算；

所述第二信号处理模块进一步包括：

一个非线性运算单元，对所述检测信号的另一路进行非线性运算；

一个非相干累加器，与所述非线性运算单元级联，对所述非线性运算单元的输出进行N次非相干累加；

其中，M、N为自然数，M≥2。

所述非线性运算进一步包括对输入信号进行求模平方运算。

所述非线性运算进一步包括对输入信号进行求模运算，或者当输入信号为实数信号时，对所述输入信号进行取绝对值运算。

所述信号检测系统进一步包括：

一个参数量计算单元，与所述信号变换处理器级联，用于输出所述输入信号的参数量。

所述信号检测系统进一步包括：

一个平滑滤波单元，与所述信号变换处理器级联，对所述信号变换处理器的输出进行平滑滤波处理。

为了更好地实现发明目的，本发明还提供了一种信号检测系统，包括一个信号变换处理器，用于对检测信号进行变换处理，以及一个参数量计算单元，与所述信号变换处理器级联，用于输出所述输入信号的参数量，所述信号变换处理器包括至少一个差分处理单元，对输入信号分为相同的两路进行差分处理；所述差分处理单元包括：

第一信号处理模块，对输入信号的一路进行运算处理，输出第一信号；

第二信号处理模块，对输入信号的另一路进行运算处理，输出第二信号；

减法模块，用所述第一信号减去第二信号或用第二信号减去第一信号，输出差值信号。

所述信号变换处理器进一步包括：

一个非相干累加器，与所述差分处理装置级联，对所述差分处理装置的输出进行非相干累加，输出非相干累加结果。

所述第一信号处理模块进一步包括：

一个相干累加器，对所述输入信号的一路进行M次相干累加；

一个非线性运算单元，与所述相干累加器级联，对所述相干累加器的输出进行非线性运算；

所述第二信号处理模块进一步包括：

一个非线性运算单元，对所述检测信号的另一路进行非线性运算；

一个非相干累加器，与所述非线性运算单元级联，对所述非线性运算单元的输出进行N次非相干累加；

其中，M、N为自然数，M≥2。

所述非线性运算进一步包括对输入信号进行求模平方运算。

所述非线性运算进一步包括对输入信号进行求模运算，或者当输入信号为实数信号时，对所述输入信号进行取绝对值运算。

所述信号检测系统进一步包括：

一个判决单元，与所述信号变换处理器级联，用于在判断所述信号变换处理器的输出信号满足门限值时，输出所述输入信号存在的指示。

所述信号检测系统进一步包括：

一个平滑滤波单元，与所述信号变换处理器级联，对所述信号变换处理器的输出进行平滑滤波处理。

本发明提供的信号变换器对检测信号进行差分处理，减去所述检测信号经非线性运算后的非零均值的噪声直流分量。

本发明提供的信号检测系统可以在输入的复数信号存在缓慢相位旋转的情况下，也能提供很高的处理增益，并可获得对信号的平均幅度或功率的无偏估计。

附图说明

图1是信号检测系统的构成原理图；

图2是现有技术中信号变换处理器的结构图；

图3是本发明提供的一个实施例中信号变换处理器的结构图；

图4是本发明提供的另一个实施例中信号变换处理器的结构图；

图5是累加器的典型结构图。

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，以下结合附图及实施例，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。

现有技术在对信号进行转换处理的过程中，由于对输入的复数信号的非线性运算处理过程改变了噪声分布的特性，使原来零均值的随机噪声变成含有非零均值的直流分量噪声与复数信号相混而无法区分。本发明将非线性运算后的非零均值的噪声直流分量减掉，从而使后续的非相干累加在平滑信号和噪声波动的同时也具有了使信噪比提高的能力。

如图3所示，信号变换处理器200包括差分处理单元210，以及与差分处理单元210级联的非相干累加器220。差分处理单元210对信号进行差分处理，减掉输入信号中非线性运算后的非零均值的噪声直流分量。非相干累加器220对差分处理单元210差分处理的信号进行N次非相干累加处理后输出，供平滑滤波单元14、判决单元16或者参数量计算单元18进行平滑滤波、判决或者参数量计算等处理。

作为本发明的一个实施例，如果输入信号检测系统10的信号幅度波动小而且其他随机信号的方差不大时，可以不需要非相干累加器220对信号做后续的非相干累加，也就是N＝1时的特殊情形。此时，经差分处理单元210差分处理后的信号可以直接输出进行平滑滤波、判决或者参数量计算等处理。此外，平滑滤波单元14、判决单元16以及参数量计算单元18均可以根据实际检测需要来选用。

差分处理单元210包括信号处理模块201A、201B以及对信号处理模块201A、201B的输出进行相减处理的减法模块。信号处理模块201A包括相干累加器211，以及与相干累加器211级联的非线性运算单元212；信号处理模块201B包括非线性运算单元213，以及与非线性运算单元213级联的非相干累加器214。减法模块包括减法器215，在实际运用中不限于减法器，一切能实现对信号处理模块201A、201B的输出进行相减处理的装置均可。

输入到信号变换处理器200的信号分成相同的两路。其中一路经过相干累加器211进行M次的相干累加，对每M个复数符号的实部和虚部分别进行求和运算，然后输出M次的相干累加结果，包括实部和虚部。

非线性运算单元212对相干累加器211输出的复数信号的实部和虚部求模方，得到实数信号，并将实数信号输出给减法器215。

另一路先输入到非线性运算单元213求模平方后输入到非相干累加器214；非相干累加器214对非线性运算单元213输入的实数信号进行N次非相干累加，对输入的每N个实数符号进行累加后输出一个值。

在减法器215中，将非线性运算单元212输出的信号减去非相干累加器214输出的信号，即减掉输入信号中非线性运算后的非零均值的噪声直流分量。减法器215的输出给非相干累加器220进行N次非相干累加处理。

在本发明中，非线性单元212、213也可以因检测的需要对信号进行其他非线性运算，如在测量信号的幅度时仅求模而不做平方运算，或者当输入为实数信号(虚部为0的特殊复数信号)时取绝对值。

本发明提供的信号检测系统10所能提供的处理增益约为M(M-1)*N，而在同样参数情况下，现有技术中只能提供M*M＝M²的处理增益。

同时，在输入端信噪比较低的情况下，本发明提供的检测器能检测比现有技术更微弱的信号，能提供更好的检测鲁棒性。在现有技术中，当输入端信噪比低于3dB时，检测器信号变换处理器的处理增益将急剧下降。在本发明中，在输入端信噪比低于0dB时才开始缓慢下降，而下降部分的增益完全可以通过后续的非相干累加器220的累加次数N的增加来补偿。

另外，本发明在对抗输入复数信号的相位缓慢旋转造成的处理增益的下降方面能提供更强的抵抗能力，当本发明提供的检测器中M＝2时，仍然能由一个更大的N来保证很高的总体处理增益。

附带地，本发明的检测器在对信号进行检测的同时，能方便地输出信号的平均幅度(功率)的无偏估计值。

在上述实施例的基础上，为了使得输出的信号中噪声部分的方差进一步减小，可以对经过差分处理后的信号再进行一次或者多次差分处理，进一步提高信号检测器的检测性能，当然硬件实现时所需要的代价会加大。

作为本发明的一个实施例，如图4所示，转换处理单元300可以包括两个级联的差分处理单元310、320。差分处理单元320对差分处理单元310输出的差值信号中噪声部分的方差进一步进行差分处理。

差分处理单元310包括信号处理模块310A、310B，以及对信号处理模块310A、310B的输出进行相减处理的减法器315；差分处理单元320包括信号处理模块320A、320B，以及对信号处理模块320A、320B的输出进行相减处理的减法器3125。

信号处理模块310A包括相干累加器311，以及与相干累加器311级联的非线性运算单元312；信号处理模块310B包括非线性运算单元313，以及与非线性运算单元313级联的非相干累加器314。信号处理模块320A包括相干累加器321，以及与相干累加器321级联的非线性运算单元322；信号处理模块320B包括非线性运算单元323，以及与非线性运算单元323级联的非相干累加器324。

输入到差分处理单元310的信号分成两路，一路经过相干累加器311进行M次的相干累加，然后输入到非线性运算单元312求模平方；另一路先输入到非线性运算单元313求模平方后，再输入到非相干累加器314中经过M次的非相干累加，两路信号经减法器215做减处理后获得输入信号的两路差值。

该差值信号进一步分成相同的两路输入到差分处理单元320，一路经过相干累加器321进行M次的相干累加，然后输入到非线性运算单元322求模平方；另一路先输入到非线性运算单元323求模平方后，再输入到非相干累加器324中经过M次的非相干累加，两路信号经减法器325做减处理后输入到非相干累加器330进行N次非相干累加，将累加结果送给后续的平滑滤波单元14、判决单元16或者参数量计算单元18处理。

本实施例适用于为了去除噪声而不必考虑硬件实现代价的情况，很显然因为复制了一部分硬件，硬件实现时所需要的代价会更大。当然，在不计硬件代价的情况下，可以进一步配置更多的差分处理单元，对信号进行多次差分处理，可以更好地提高信号检测器的检测性能。

图5示出了本发明中累加器的典型结构，加法器501对输入的外界信号和延迟单元502输入的信号进行累加处理，延迟单元502每延迟1个符号，将信号输入到加法器501进行累加，加法器501每加N次输出一个值，同时将延迟单元501清零。

需要说明的是，在本发明中，M、N均为自然数，其中M≥2。

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 (11)

1.一种信号变换处理器，用于对检测信号进行变换处理，其特征在于，所述信号变换处理器包括至少一个差分处理单元，对输入信号分为相同的两路进行差分处理；所述差分处理单元包括：

第一信号处理模块，对输入信号的一路进行运算处理，输出第一信号；

第二信号处理模块，对输入信号的另一路进行运算处理，输出第二信号；

减法模块，用所述第一信号减去第二信号或用第二信号减去第一信号，输出差值信号；

其中，所述第一信号处理模块进一步包括：一个相干累加器，对所述输入信号的一路进行M次相干累加；和一个非线性运算单元，与所述相干累加器级联，对所述相干累加器的输出进行非线性运算；M为自然数，M≥20；

所述第二信号处理模块进一步包括：一个非线性运算单元，对所述检测信号的另一路进行非线性运算；和一个非相干累加器，与所述非线性运算单元级联，对所述非线性运算单元的输出进行N次非相干累加；N为自然数。

2.如权利要求1所述的信号变换处理器，其特征在于，所述信号变换处理器进一步包括：

一个非相干累加器，与所述差分处理单元级联，对所述差分处理单元置的输出进行非相干累加，输出非相干累加结果。

3.如权利要求1或2所述的信号变换处理器，其特征在于，所述非线性运算进一步包括对输入信号进行求模平方运算。

4.如权利要求1或2所述的信号变换处理器，其特征在于，所述非线性运算进一步包括对输入信号进行求模运算，或者当输入信号为实数信号时，对所述输入信号进行取绝对值运算。

5.一种信号检测系统，包括一个信号变换处理器，用于对检测信号进行变换处理，以及一个判决单元，判断所述信号变换处理器的输出信号满足门限值时，输出所述输入信号存在的指示，其特征在于，所述信号变换处理器包括至少一个差分处理单元，对输入信号分为相同的两路进行差分处理；所述差分处理单元包括：

第一信号处理模块，对输入信号的一路进行运算处理，输出第一信号；

第二信号处理模块，对输入信号的另一路进行运算处理，输出第二信号；

减法模块，用所述第一信号减去第二信号或用第二信号减去第一信号，输出差值信号；

其中，所述第一信号处理模块进一步包括：一个相干累加器，对所述输入信号的一路进行M次相干累加；和一个非线性运算单元，与所述相干累加器级联，对所述相干累加器的输出进行非线性运算；

所述第二信号处理模块进一步包括：一个非线性运算单元，对所述检测信号的另一路进行非线性运算；和一个非相干累加器，与所述非线性运算单元级联，对所述非线性运算单元的输出进行N次非相干累加；

M，N为自然数，M≥20。

6.如权利要求5所述的信号检测系统，其特征在于，所述信号变换处理器进一步包括：

一个非相干累加器，与所述差分处理单元级联，对所述差分处理单元的输出进行非相干累加，输出非相干累加结果。

7.如权利要求5或6所述的信号检测系统，其特征在于，所述信号检测系统进一步包括：

一个参数量计算单元，与所述信号变换处理器级联，用于输出所述输入信号的参数量。

8.如权利要求5或6所述的信号检测系统，其特征在于，所述信号检测系统进一步包括：

一个平滑滤波单元，与所述信号变换处理器级联，对所述信号变换处理器的输出进行平滑滤波处理。

9.一种信号检测系统，包括一个信号变换处理器，用于对检测信号进行变换处理，一个参数量计算单元，与所述信号变换处理器级联，用于输出所述输入信号的参数量，其特征在于，所述信号变换处理器包括至少一个差分处理单元，对输入信号分为相同的两路进行差分处理；所述差分处理单元包括：

第一信号处理模块，对输入信号的一路进行运算处理，输出第一信号；

第二信号处理模块，对输入信号的另一路进行运算处理，输出第二信号；

减法模块，用所述第一信号减去第二信号或用第二信号减去第一信号，输出差值信号；

其中，所述第一信号处理模块进一步包括：一个相干累加器，对所述输入信号的一路进行M次相干累加；和一个非线性运算单元，与所述相干累加器级联，对所述相干累加器的输出进行非线性运算；

所述第二信号处理模块进一步包括：一个非线性运算单元，对所述检测信号的另一路进行非线性运算；和一个非相干累加器，与所述非线性运算单元级联，对所述非线性运算单元的输出进行N次非相干累加；

M，N为自然数，M≥20。

10.如权利要求9所述的信号检测系统，其特征在于，所述信号变换处理器进一步包括：

一个非相干累加器，与所述差分处理单元级联，对所述差分处理单元的输出进行非相干累加，输出非相干累加结果。

11.如权利要求9或10所述的信号检测系统，其特征在于，所述信号检测系统进一步包括：

一个平滑滤波单元，与所述信号变换处理器级联，对所述信号变换处理器的输出进行平滑滤波处理。

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