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
【专利摘要】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。
【专利说明】
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
[0001] 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。
【背景技术】
[0002] 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Μ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。
[0003] CPFSK调制的发送信号可表示
幅，f。为载频，Φο为载波的初始相位
表示为载波的时变相位， {Ιη}取值范围是±1，±3，. ..，±(Μ-1)，Μ为CPFSK信号调制进制，g(t)是一个幅度为1/2Τ且 持续时间为T的矩形脉冲t
其中，
，CPFSK的瞬时相位是连续 的。当表示为复数形式时，CPFSK信号可
[0004]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】
[0005] 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。
[0006] 本发明的技术方案为：
[0007] 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。
[0008] 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/No 表示信噪比，单位为dB，E s表示信号每个符号的能量，No表示功率谱密度。
[0009] 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：
[00?0] 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11￡[0.2，1.5]，11(11)为加性高斯白噪声小是采样点总个数，11 = 1，2，...，1
[0011] S2、对S1所述r (η)进行数字下变频处理，将r (η)从f。处搬移到零中频 厂("）=/十小'^\对，（11)做？?1'得到1?(〇，然后以1为中心点，找到左右两边第一个比1? (f。）小E点R(m)和R(n)，以这两点间隔作为粗估计的信号带宽U卩：J = ?-W，再使用 1^1861'窗设计低通滤波器11(11)滤除接收信号带外噪声得到新的信号:1'1(11)=11(11)*1''（11)， 其中，E为经验值，n>fc>m;
[0012] 33、求32所述打(1〇的瞬时频率)'(;小
[0013] S4、以滑窗的方式得到新的瞬时频率
，其中，D 为窗长；
[0014] 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f L(n)长度L<Ns，
[0015] 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
[0016] S7、S6所述部分相关函数P(n)去掉直流分量后
对所述p 0 j做FFT得到'其中，FFT点数为NF;
[0017] S8、搜索S7所述&</>最大值所在的频点即为码速率估计值&。
[0018] 进一步地，S2 所述 E>10dB。
[0019] 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％ = 1.2 J//、，归一化阻带截止频率c〇s = 1.3cop，其中，fs为采样率，孟粗估计的信号 带宽。
[0020] 进一步地，S3所述求取瞬时频率h η ；)的步骤具体为：
[0021] S31、提取S2所述η(η)的Q路信号与I路信号分别为rQ(n)，ri(n);
[0023] S33、为了得到连续变化的瞬时相位值，进行解缠绕处理，得到
[0024] 334、瞬时相位解缠绕以后求其差分即可得到瞬时频率)'(/7) = !^? + 1卜?^ = 1.2.....,V-l.
[0025] 进一步地，S8所述得到码速率估计值處具体步骤为：
[0026]
的长度为Nf
>是正负频域对称的
值所在的位置为第η个，则码速率的估计值
>
[0027] 本发明的有益效果是：
[0028] 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】
[0029]图1是本发明流程图。
[0030]图2是RB=150ksps时，码速率估计的均方误差随着Es/No变化曲线图。
【具体实施方式】
[0031 ]下面结合附图，对本发明作进一步地详细描述。
[0032] 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。
[0033] 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E s/N〇变化的曲线图。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/No从-3dB到15dB，步长为ldB，采 样率f s = 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。
[0034]步骤1、对接受信号进行采样，得到r(n)，n = l，2,. . .，30000。
[0035] 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： η(η)=1ι(η)*Γ'（η)，η = 1 ….30000,对η(η)做FFT得到R(f)，FFT点数为 16384,找到左右两 边第一个比R(〇)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f，即： -w，:其中，n>fc>m，厂=
[0036] 对于2 CPF SK信号滤波器阶数为Nf = 2 5 6，否=3(Mf/z，归一化通带截止频率 = 1.2/)/./: = 0.08，归一化阻带截至频率 ω s= 1 · 3 ω ρ = 〇 · 104，
[0037] 对于4CPFSK信号滤波器阶数为Nf = 128，i = 600紐ζ归一化通带截止频率 = 1.2 6/./: = 0.16，归一化阻带截至频率 ω3=1·3ωρ = 〇· 208，
[0038] 对于8 C P F S Κ信号滤波器阶数为N f = 6 4，及=:1200々//ζ ,归一化通带截止频率 = 1.2/}/'./: = 0J2归一化阻带截至频率 ω s= 1 ·3 ω ρ = 〇·416。
[0039] 步骤3、求接收信号的瞬时频率/'(>).π =丨、2、….?》99()"提取=(11)，11 = 1，2，...，30000的 Q路信号与I路信号分别为rQ(n)，η(η)，求出η(η)的瞬时
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：
[0040] 瞬时相位解缠绕以后求其差分即可得到瞬时频率+ = 1.2,....29991
[0041 ] 步骤4、取窗长D = 10
[0042] 步骤5、提取一段长为L=15的f(n)值作为模板fL(n)。
[0043] 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
[0044] 步骤7、部分相关函数P(n)去掉直流分量后 对Μ ")做FFT得到)，FFT点数为16384。
[0045] 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，P；；(/)是正负频域对称的，因此找到P//)中前8192个点最大值所在的位置为第547个 P P 点，则码速率的估计值
【主权项】
1. 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，其特征在于，包括如 下步骤： 51、 对接收信号进行采样，得到r (n) = s(n)+n(n)，其中，S (η)为发送信号，调制指数h e [0.2，1.5]，11(11)为加性高斯白噪声小是采样点总个数，11 = 1，2，...，1 52、 对Sl所述r(n)进行数字下变频处理，将r(n)从f。处搬移到零中频r(?)二；? 对r'（n)做FFT得到R(f)，然后以匕为中心点，找到左右两边第一个比R(fc)小E点R(m)和R (η)，以这两点间隔作为粗估计的信号带宽彦，那：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:ri(n)=h(n)*r'（η)，其中，E为经验值，n>f c >m； 53、 求S2所述η(η)的瞬时频率; 54、 以滑窗的方式得到新的瞬时频I_中，D为窗长； 55、 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<N S，其中，56、 S4所述f(n)逐段与模板Mn)求相关系数，得到部分相关函数57、 S6所述部分相关函数P (η)去掉直流分量后得到对所述/>(?；)做FFT得到'其中，FFT点数为N f; 58、 搜索S7所述P, C/ >最大值所在的频点即为码速率估计值毛。2. 根据权利要求1所述的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，其特征在于:S2所述E> 10dB。3. 根据权利要求1所述的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，其特征在于：S2所述滤波器h(n)参数设置如下:滤波器阶数为N f，信号归一化通带截止 频率％ = 1 2/}/〇归一化阻带截止频率Cos=I.3 ωρ，其中，匕为采样率，為粗估计的信号带 宽。4. 根据权利要求1所述的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，其特征在于:S3所述求取瞬时频率/(?；)的步骤具体为： 531、 提取S2所述n(n)的Q路信号与I路信号分别为rQ(n)，ri(n); 532、 根据公求出ri(n)的瞬时相位； 533、 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= + = 1，2,...,Ai-U5.根据权利要求1所述的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，其特征在于:S8所述得到码速率估计值具体步骤为： 设^(乃的长度为nf，P//)是正负频域对称的，因此找到P//)中前^个点最大值所在 的位置为第η个，则码速率的估计4
【文档编号】H04L27/156GK106027432SQ201610341612
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】杜继萍, 尹久, 廖红舒, 甘露
【申请人】电子科技大学