专利名称：一种基带通信信号的信噪比估计方法
技术领域：
本发明涉及到一种基带通信信号的信噪比估计方法，该方法通过提取基带通信信号的同 相分量和正交分量，利用统计学里的相关理论计算同相分量和正交分量的二、四阶统计量， 根据其各自统计量和信号功率因子、噪声功率因子之间的关系估计基带通信信号的信噪比。
背景技术：
随着无线通信系统智能化、高效化、精确化的发展，通信信号的信噪比估计技术在很多 方面得到了广泛的应用。通信信号的信噪比不仅可以衡量通信信道的传输质量，而且可以为 Turbo码中的迭代译码、时变信道自适应调制识别、自适应调制切换、自适应越区切换等技 术提供信道质量信息，同时，它还是系统优化、功率控制、码分多址系统中的功率分配以及 系统最大数据率选择的主要依据。信噪比估计的准确度直接影响通信系统的性能，因而信噪 比估计是无线通信中的一个重要研究课题。目前，对高斯白噪声信道下的信噪比估计大多数 针对的是基带通信信号，从目前情况看，大多数基带通信信号的信噪比估计方法存在两点问 题第一，运算量大，实时性差。由于现存的信噪比估计方法大多数是对匹配滤波后的基带 通信信号直接处理，在估计其信噪比过程中可能引入复数运算，进而增加了估计方法的复杂
度；第二，估计范围窄。目前，大多数信噪比估计方法的估计下限最多达到-10dB，对于更低
情况下的信噪比就显得无能为力。本发明没有直接利用基带通信信号来估计其信噪比，而是 通过其同相分量和正交分量的高阶统计量间接的估计基带通信信号的信噪比，避免了复数运 算，具有低运算复杂度、高实时性的优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基带通信信号的信噪比估计方法，通过提取基带通信信号的 同相分量和正交分量，利用统计学里的相关理论计算同相分量和正交分量的二、四阶统计量， 根据其各自统计量和信号功率因子、噪声功率因子之间的关系估计基带通信信号的信噪比。
为了达到上述的目的，本发明采用下述技术步骤
一种基带通信信号的信噪比估计方法，其特征在于通过提取基带通信信号的同相分量和 正交分量，利用同相分量和正交分量的各自统计量估计出基带通信信号的信噪比。其步骤如 下
(1)考虑一个离散基带带限加性高斯白噪声等效基带信道模型，系统已经取得了载波恢复和 定时同步，信号源产生调制信号""，满足五["", ]巧^化—"2)，其中五[ ""2]为调制信号""在两个不同时刻的相关程度，下标"1、 "2为调制信号""任意两个不同时刻，""为调制信号""
的方差，^为冲击函数；
(2) 对调制信号""进行^^次过采样，产生信息序列6";
(3) 脉冲成形滤波器选择滚降系数为"、抽头系数为Z的均方根升余弦滤波器，信息序列6"经
过脉冲成形后输出序列^ : " ，其中^是均方根升余弦滤波器的冲击响应，*为
任一采样时刻，(Z —1)/2，'"，—1，0，1，"'，(Z —1)/2};
(4) 将接收到的高频信号通过适当的变频技术转化为基带通信信号^: A=^/^^+^/^wt，
其中S为信号的功率因子，^为噪声的功率因子，^为复加性高斯白噪声采样序列，均值为 零，方差为l;
(5) 匹配滤波器具有同发送滤波器相同的冲击响应^，经过匹配滤波后输出的信号^:
z ' ，假设均方根升余弦滤波器的脉冲响应的实部和虚部对称，艮P:
~=/^，其中"*"表示取复共轭，/为任一采样时刻；
(6) 由步骤(l)可知，系统已取得定时同步，这样可以忽略码间干扰，按符号率抽样后输出相
应的信息序列""""=^=《=^a"g。+^W"，其中&为均方根升余弦滤波器冲击响应的峰
= & A二 =》A一,
值，它的样本值可以表示为 ' ，" "表示离散巻积，通过归一化均方
根升余弦滤波器系数^-Xlhl"，定义基带通信信号的信噪比为P-S/^;
(7) 提取抽样输出后基带通信信号的同相分量^和正交分量"2，分别计算同相分量和正交分
量的二阶、四阶统计量￡[~2]、 ￡[^]、 ￡[《]、￡[《]，利用同相分量和正交分量各自的二、 四阶统计量推导出基带通信信号实部和虚部的信噪比，最后由实部和虚部的信噪比平均出整 个基带通信信号的信噪比。
上述步骤(2)中采样率^ss的选取，在实际使用中根据需要自行调整。
上述步骤(3)中脉冲成形滤波器的选取选取滚降系数为0.5、抽头系数为127的均方根 升余弦滤波器。
本发明与现有的基带通信信号信噪比估计方法相比，其特点在于本发明没有直接利用基带通信信号来估计其信噪比，而是利用其同相分量和正交分量的高阶统计量间接地估计基带
通信信号的信噪比，避免了复数运算，具有低运算复杂度、高实时性的优点。
图1为加性高斯白噪声等效基带通信信号模型结构图2为利用基带通信信号同相分量和正交分量估计信号信噪比的程序框图；
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例结合附图详细说明如下-(1)考虑一个离散基带带限加性高斯白噪声等效基带信道模型，系统已经取得了载波恢复和
定时同步，信号源产生调制信号""，满足￡[ ]=￡7^"—"2)，其中￡[ ]为调制信号""
在两个不同时刻的相关程度，下标"1、 "2为调制信号""任意两个不同时刻，^为调制信号""
的方差，^为冲击函数；
(2) 对调制信号""进行^ss次过采样，产生信息序列6";
(3) 脉冲成形滤波器选择滚降系数为"、抽头系数为Z的均方根升余弦滤波器，信息序列6"经 过脉冲成形后输出序列^: " ,其中^是均方根升余弦滤波器的冲击响应，^为
任一采样时刻，"(-(Z-l)/2，…，-1,0,1，…,(Z-l)/2);
(4) 将接收到的高频信号通过适当的变频技术转化为基带通信信号^: &=*^+#^，
其中S为信号的功率因子，W为噪声的功率因子，^为复加性高斯白噪声采样序列，均值为 零，方差为l;
(5) 匹配滤波器具有同发送滤波器相同的冲击响应^，经过匹配滤波后输出的信号&:
' ' ，假设均方根升余弦滤波器的脉冲响应的实部和虚部对称，艮P:
~=/^，其中"*"表示取复共轭，Z为任一采样时刻；
(6) 由步骤(l)可知，系统已取得定时同步，这样可以忽略码间干扰，按符号率抽样后输出相 应的信息序列""""=^="w =^^""g。+^W"，其中g。为均方根升余弦滤波器冲击响应的峰
值，它的样本值可以表示为 '，" "表示离散巻积，通过归一化均方根升余弦滤波器系数&=2J^II =1，定义基带通信信号的信噪比为^ = 5/^;
(7)提取抽样输出后基带通信信号的同相分量^和正交分量"e，分别计算同相分量和正交分
量的二阶、四阶统计量￡[^]、 ￡[。4]、可《]、￡[^]，利用同相分量和正交分量各自的二、 四阶统计量推导出基带通信信号实部和虚部的信噪比，最后由实部和虚部的信噪比平均出整 个基带通信信号的信噪比。
图l为使用本发明方法的一个等效基带通信信号模型示意图，如图1所示，在发射端，信号 源产生调制信号""，经过^ss次过采样，产生信息序列6"，经过脉冲成形滤波器后输出信息
序列^。在接收端，信号通过下变频技术转化到基带通信信号^，经过匹配滤波器匹配滤波
后输出基带通信信号^，抽样后形成信息序列""。
图2为利用基带通信信号同相分量和正交分量估计信号信噪比示意图。通过相应的信号处理 技术提取抽样判决后信息序列""的同相分量。和正交分量"2，通过统计学中的相关理论计算
出。和&的二、四阶统计量五[^2]、 ￡[r/]、 ￡[《]、￡[《]，根据可汗]、^"/]、五[《]、
和基带通信信号功率因子、噪声功率因子之间的关系估计出基带通信信号同相分量的信噪比
1和正交分量的信噪比2，最后由信噪比1和信噪比2平均出基带通信信号的信噪比。 综上所述，本发明没有直接利用基带通信信号来估计其信噪比，而是通过其同相分量和正交 分量间接的估计基带通信信号的信噪比，避免了复数运算，能达到降低运算复杂度的目的。
权利要求
1、一种基带通信信号的信噪比估计方法，其特征在于通过提取基带通信信号的同相分量和正交分量，利用同相分量和正交分量的各自统计量估计出基带通信信号的信噪比。其步骤如下(1)考虑一个离散基带带限加性高斯白噪声等效基带信道模型，系统已经取得了载波恢复和定时同步，信号源产生调制信号an，满足<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>E</mi><mo>[</mo><msub> <mi>a</mi> <msub><mi>n</mi><mn>1</mn> </msub></msub><msub> <mi>a</mi> <msub><mi>n</mi><mn>2</mn> </msub></msub><mo>]</mo><mo>=</mo><msubsup> <mi>σ</mi> <mi>a</mi> <mn>2</mn></msubsup><mi>δ</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>n</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>n</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009100503210002C1.tif" wi="41" he="6" top= "63" left = "117" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中 id="icf0002" file="A2009100503210002C2.tif" wi="14" he="4" top= "63" left = "170" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>为调制信号an在两个不同时刻的相关程度，下标n1、n2为调制信号an任意两个不同时刻，σa2为调制信号an的方差，δ为冲击函数；(2)对调制信号an进行NSS次过采样，产生信息序列bn；(3)脉冲成形滤波器选择滚降系数为α、抽头系数为L的均方根升余弦滤波器，信息序列bn经过脉冲成形后输出序列mk<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>m</mi> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><munder> <mi>Σ</mi> <mi>n</mi></munder><msub> <mi>a</mi> <mi>n</mi></msub><msub> <mi>h</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>-</mo><mi>n</mi><msub> <mi>N</mi> <mi>ss</mi></msub> </mrow></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2009100503210002C3.tif" wi="29" he="9" top= "116" left = "97" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中hk是均方根升余弦滤波器的冲击响应，k为任一采样时刻，k∈{-(L-1)/2，…，-1，0，1，…，(L-1)/2}；(4)将接收到的高频信号通过适当的变频技术转化为基带通信信号xk<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>x</mi> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><msqrt> <mi>S</mi></msqrt><msub> <mi>m</mi> <mi>k</mi></msub><mo>+</mo><msqrt> <mi>N</mi></msqrt><msub> <mi>w</mi> <mi>k</mi></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0004" file="A2009100503210002C4.tif" wi="34" he="6" top= "150" left = "36" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中S为信号的功率因子，N为噪声的功率因子，wk为复加性高斯白噪声采样序列，均值为零，方差为1；(5)匹配滤波器具有同发送滤波器相同的冲击响应hk，经过匹配滤波后输出的信号rk<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>r</mi> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><msqrt> <mi>S</mi></msqrt><munder> <mi>Σ</mi> <mi>l</mi></munder><msub> <mi>h</mi> <mi>l</mi></msub><msub> <mi>m</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>-</mo><mi>l</mi> </mrow></msub><mo>+</mo><munder> <mi>Σ</mi> <mi>l</mi></munder><msub> <mi>h</mi> <mi>l</mi></msub><msub> <mi>w</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>-</mo><mi>l</mi> </mrow></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0005" file="A2009100503210002C5.tif" wi="48" he="9" top= "182" left = "37" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>假设均方根升余弦滤波器的脉冲响应的实部和虚部对称，即<maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>h</mi> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><msubsup> <mi>h</mi> <mrow><mo>-</mo><mi>k</mi> </mrow> <mo>*</mo></msubsup><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0006" file="A2009100503210002C6.tif" wi="14" he="5" top= "198" left = "45" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中“*”表示取复共轭，l为任一采样时刻；(6)由步骤(1)可知，系统已取得定时同步，这样可以忽略码间干扰，按符号率抽样后输出相应的信息序列rn<maths id="math0006" num="0006" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>r</mi> <mi>n</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>r</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>|</mo><mi>k</mi><mo>=</mo><mi>n</mi><msub> <mi>N</mi> <mi>ss</mi></msub> </mrow></msub><mo>=</mo><msqrt> <mi>S</mi></msqrt><msub> <mi>a</mi> <mi>n</mi></msub><msub> <mi>g</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><msqrt> <mi>N</mi></msqrt><msub> <mi>w</mi> <mi>n</mi></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0007" file="A2009100503210002C7.tif" wi="52" he="7" top= "217" left = "79" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中g0为均方根升余弦滤波器冲击响应的峰值，它的样本值可以表示为<maths id="math0007" num="0007" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>g</mi> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>h</mi> <mi>k</mi></msub><mo>⊗</mo><msubsup> <mi>h</mi> <mrow><mo>-</mo><mi>k</mi> </mrow> <mo>*</mo></msubsup><mo>=</mo><munder> <mi>Σ</mi> <mi>l</mi></munder><msub> <mi>h</mi> <mi>l</mi></msub><msub> <mi>h</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>-</mo><mi>l</mi> </mrow></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0008" file="A2009100503210002C8.tif" wi="42" he="9" top= "227" left = "115" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>“ id="icf0009" file="A2009100503210002C9.tif" wi="3" he="3" top= "231" left = "165" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>”表示离散卷积，通过归一化均方根升余弦滤波器系数<maths id="math0008" num="0008" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>g</mi> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><mi>Σ</mi><msup> <mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><msub> <mi>h</mi> <mi>k</mi></msub><mo>|</mo><mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0010" file="A2009100503210002C10.tif" wi="29" he="7" top= "239" left = "121" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>定义基带通信信号的信噪比为ρ＝S/N；(7)提取抽样输出后基带通信信号的同相分量rI和正交分量rQ，分别计算同相分量和正交分量的二阶、四阶统计量E[rI2]、E[rI4]、E[rQ2]、E[rQ4]，利用同相分量和正交分量各自的二、四阶统计量推导出基带通信信号实部和虚部的信噪比，最后由实部和虚部的信噪比平均出整个基带通信信号的信噪比。
2、 如权利要求1所述的基带通信信号的信噪比估计方法，其特征在于所述步骤(2)中采样率^^的选取，在实际使用中根据需要自行调整。
3、 如权利要求1所述的基带通信信号的信噪比估计方法，其特征在于所述步骤(3)中脉冲 成形滤波器的选取选取滚降系数为0.5、抽头系数为127的均方根升余弦滤波器。
全文摘要
本发明提供了一种基带通信信号的信噪比估计方法。该方法首先对匹配滤波后输出的信号按符号率进行抽样，提取抽样后基带通信信号的同相分量(信号实部)和正交分量(信号虚部)；其次，根据统计学中相关理论分别计算基带通信信号同相分量和正交分量的二、四阶统计量；第三，根据同相分量和正交分量各自的二、四阶统计量计算相应的信号功率因子和噪声功率因子，并推导出各自的信噪比；最后由同向分量和正交分量的信噪比推导出整个基带通信信号的平均信噪比。本发明没有直接利用基带通信信号来估计其信噪比，而是通过其同相分量和正交分量间接地估计基带通信信号的信噪比，避免了复数运算，能达到降低运算复杂度的目的。
文档编号H04L25/02GK101552752SQ20091005032
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者凯 刘, 左珍勇 申请人:上海大学