一种基于频率响应计算的低轨卫星信噪比估计方法与流程

本发明涉及通信领域，提出一种基于频率响应计算的低轨卫星信噪比估计方法，适合于地面无线通信、星地无线通信等场景，尤其适合于5g星地通信系统场景。

背景技术：

1、信噪比估计在无线通信中起着至关重要的作用，因为准确的信噪比估计方法可以提高各种通信应用的性能，包括信道分配、自适应编码和调节以及软编码过程。然而，在多径衰落信道中，特别是在超高噪声环境和严重的多普勒残留频偏影响下，准确估计工作频带内的平均信噪比变得越来越棘手。

2、当前已经报道的信噪比估计算法通常可分为两类：非数据辅助算法和数据辅助算法。二阶四阶矩(m2m4)算法是常用的非数据辅助算法，利用信号的高阶矩统计量来进行信噪比估计的信道矩估计技术。最大似然(ml)信噪比方法是基于最大似然估计理论，用于信噪比估计的典型数据辅助算法。上述的传统算法都是依据awgn信道推导出来的，所以在时频二维衰落信道中，特别是快衰落信道，传统的信噪比估计方法表现出显著的偏差，无法满足5g星地通信信道的精度要求。

技术实现思路

1、本发明为了解决5g星地通信链路中极低信噪比场景下信噪比估计精度低的问题，提出了一种基于频率响应计算的低轨卫星信噪比估计方法。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种基于频率响应计算的低轨卫星信噪比估计方法，包括以下步骤：

4、s1：终端调节本振频率接收射频信号，进行下变频及采样得到基带信号，并提取基带信号各ofdm符号上的导频数据；

5、s2：利用提取出的导频数据，通过ls信道估计算法对信道系数向量进行初步估计，得到信道估计值；

6、s3：利用dft算法对信道估计值进行平滑滤波，得到降噪后的信道频率响应；

7、s4：计算ls信道估计算法得到的信道估计值与dft算法得到的信道频率响应的方差，得到噪声方差估计值；

8、s5：根据ls信道估计算法得到的信道估计值计算接收信号的总功率；

9、s6：根据接收信号的总功率和噪声方差估计值计算计算平均信号功率，平均信号功率与噪声方差估计值的比值即为平均信噪比。

10、进一步的，步骤s1中基带信号的导频格式为每个ofdm符号上的导频等间隔分布，第k个导频子载波上的导频数据yp(k)为：

11、yp(k)＝xp(k)hp(k)+w(k)

12、其中k＝0,1,2…,np-1，np是导频子载波的数量，xp(k)是第k个导频子载波的输入射频信号，hp(k)是第k个导频子载波的真实信道值，w(k)是第k个导频子载波的噪声。

13、进一步的，所述s2包括：

14、s2.1：通过ls信道估计算法对信道系数向量进行初步估计，得到信道估计值

15、

16、式中，δhls(k)是第k个导频子载波的ls信道估计误差；

17、s2.2：对得到的导频处的信道估计值进行np点快速傅立叶逆变换，得到ls信道估计的时域序列计算公式如下：

18、

19、式中，n为时域序列索引。

20、进一步的，所述s3包括：

21、s3.1：对信道估计值保留长度为l的信道脉冲响应，并将其余部分设置为0，获得np点时域序列

22、

23、其中，l为设定值；

24、s3.2：对进行np点fft，得到降噪处理后dft的信道频域响应计算公式为：

25、

26、进一步的，所述s4中噪声方差估计值的计算公式如下：

27、

28、进一步的，所述s5中接收信号的总功率计算公式如下：

29、

30、进一步的，所述s6包括：

31、s6.1：根据接收信号的信号总功率和噪声方差估计值，计算平均信号功率计算公式为：

32、

33、s6.2：计算平均信噪比

34、

35、本发明的有益效果如下：

36、本发明所提出的方法是基于多径场景推导的，从理论上而言适合于所有的多径场景。并且该方法能够在超低信噪比、多径效应导致的深度衰落及大多普勒频偏的环境中有效提高对信道信噪比的估计准确度。

技术特征：

1.一种基于频率响应计算的低轨卫星信噪比估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于频率响应计算的低轨卫星信噪比估计方法，其特征在于，步骤s1中基带信号的导频格式为每个ofdm符号上的导频等间隔分布，第k个导频子载波上的导频数据yp(k)为：

3.根据权利要求2所述的一种基于频率响应计算的低轨卫星信噪比估计方法，其特征在于，所述s2包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于频率响应计算的低轨卫星信噪比估计方法，其特征在于，所述s3包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于频率响应计算的低轨卫星信噪比估计方法，其特征在于，所述s4中噪声方差估计值的计算公式如下：

6.根据权利要求5所述的一种基于频率响应计算的低轨卫星信噪比估计方法，其特征在于，所述s5中接收信号的总功率计算公式如下：

7.根据权利要求6所述的一种基于频率响应计算的低轨卫星信噪比估计方法，其特征在于，所述s6包括：

技术总结
本发明提出了一种基于频率响应计算的低轨卫星信噪比估计方法，解决5G星地通信链路中极低信噪比场景下信噪比估计精度低的问题。基于最小二乘‑离散傅立叶变换(LS‑DFT)拟合前后的信道频率响应差值的方差获得噪声功率，通过信道频率响应的功率和噪声方差的差值计算信号功率，信号功率和噪声功率的比值即为待测信号的信噪比。所提方法是基于多径场景推导的，从理论上而言适合于所有的多径场景。并且该方法能够在超低信噪比、多径致深度衰落及大多普勒频偏的环境中有效提高对信道信噪比的估计准确度。

技术研发人员：王冬冬,鞠诚,孙晨华,刘丽哲,王斌,张子健,梁洪洲
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16