[發明專利]一種基于隨機共振的通信信號參數估計方法與裝置

有效

• 申請號: 201310389045.8
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103441964A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 詹亞鋒;段超偉;何國龍;裴玉奎
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L27/22
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明屬于非協作通信技術領域，特別涉及一種基于隨機共振的通信信號參數估計方法與裝置。

背景技術

非協作通信是指在未經授權且不影響正常通信前提下，接入到他方通信系統并接收相關信息的一種通信方式。在非協作通信中，接收端所截獲的均為信道中的調制信號。由于接收方與通信發射方是非協作的，就造成所截獲的信號對于接收方來說可能是全盲信號。此時，為了獲取截獲信號的信息、對調制信號進行解調，信號的載波盲估計就不可避免，對這些參數的正確估計是保證成功接收的首要環節。

傳統的信號的參數估計方法通常求信號的平方譜來確定載波頻率。對于中心抑制載波的單載波信號而言，平方運算消除了相位跳變的影響，使得原本展寬的頻譜重新聚集，從而重現了抑制的載波頻率；B.S.Koh提出的包絡譜估計波特率，它通過信號的包絡譜中除近直流點外的譜線來確定波特率的大小，參見B.S.Koh,H.S.Lee,Detection?of?Symbol?rate?of?Unknown?Digital?Communication?Signals,Electronic?Letters,Vol.29,No.3,pp.278-279,Feb,1993。

但是，由于非協作通信中接收信號的信噪比往往比較低，在面對這些信號時，上述的傳統的盲參數估計算法無法正常工作或準確估計信號參數。同時，一些應用于低信噪比條件下的參數估計算法，如循環累積量等方法，需要對信號的高階矩進行累積，其復雜度往往較高、計算量較大，并不適用于實時估計。

隨機共振是由Benzi在研究全球氣候時提出來的。當時，Benzi在研究地球古氣候時發現地球的冷期和暖期交替出現的周期約為10萬年，這與地球繞太陽轉動的偏心率的變化周期相同。Benzi等人因此提出了一個被勢壘分開的雙穩共振系統模型來解釋這個現象，地球處于一種非線性的條件下，使得地球去冷態和暖態兩種狀態，地球偏心率的變化是這個非線性雙穩系統的一個周期驅動力，而地球受到的噪聲（比如太陽常數的無規律變化等等）會增強系統在冷態和暖態這兩種狀態的躍遷率并使地球按偏心率變化的周期周期性地在這兩種狀態之間切換。以上是最早提出的隨機共振系統，它是一種雙穩系統。實際上，隨機共振系統還有單穩、多穩和閾值等系統模型。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于隨機共振的通信信號參數估計方法與裝置，通過傳統通信信號參數估計方案與隨機共振系統相結合的方式，實現更低信噪比下信號參數的準確估計，在相同參數估計性能條件下，相比于傳統的參數估計方案，信噪比門限更低。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于隨機共振的通信信號參數估計方法，將通信信號首先進行小波變換以定位載頻，再通過頻譜搬移將載頻從高頻搬移到低頻，然后進行隨機共振處理提高信噪比，最后根據隨機共振處理后所得信號的頻譜的次大峰值點估計得到載波頻率。

優選地，所述隨機共振處理過程中，先對頻譜搬移后的數據進行頻率壓縮，然后再進行隨機共振。

優選地，所述根據隨機共振處理后所得信號的頻譜的次大峰值點估計得到載波頻率的方法是：將隨機共振處理后輸出的信號進行FFT變換求頻譜，頻譜上對應的次高峰即是二倍載頻位置。

優選地，根據隨機共振處理后所得信號載頻恢復得到本地載波，將通信信號與本地載波相乘后進行低通濾波轉換成基帶信號，再將基帶信號通過隨機共振處理提高信噪比，最后通過基帶信號包絡譜的峰值點估計得到波特率。

優選地，所述隨機共振處理過程中，先對基帶信號進行頻率壓縮，然后再進行隨機共振。

優選地，所述通過基帶信號包絡譜的峰值點估計得到波特率的方法是：將隨機共振處理后輸出的信號的包絡進行FFT變換求包絡譜，其中除近直流點外的峰值位置對應相應的波特率。

本發明同時提供了一種基于隨機共振的通信信號參數估計裝置，包括：

小波變換模塊，用于將接收到的信號進行小波變換，以定位載頻位置；

頻譜搬移模塊，用于將小波變換后的信號的頻譜從高頻搬移到低頻；

隨機共振系統模塊一，用于將對搬移至低頻的信號進行隨機共振處理，以提高輸出信號的信噪比；

載頻估計模塊，用于根據隨機共振處理所得輸出信號的頻譜估計得到載波頻率。

優選地，該估計裝置還包括：

本地載波恢復模塊，用于將隨機共振系統模塊輸出的信號恢復得到本地載波；

乘法器，用于將通信信號與所得本地載波相乘；

低通濾波器，用于將所得相乘結果濾波得到基帶信號；