CN109714287A - 多径衰落信道下fbmc信号的符号周期盲估计 - Google Patents
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Abstract
本发明请求保护一种基于循环自相关的多径衰落信道下滤波器组多载波(FBMC)信号符号周期盲估计方法，属于信号处理领域。本发明用循环自相关对FBMC信号符号周期进行盲估计，并对其进行性能分析。本发明在不同信噪比及不同信道条件下，对循环自相关对多径衰落信道下FBMC信号符号周期进行盲估计识别正确率进行分析，得出本文算法在低信噪比条件下，能有效的进行参数盲估计。所以，本发明算法实现多径衰落信道下FBMC信号符号周期盲估计在低信噪比下具有可靠性。在非协作通信中，通信信号参数估计已知是解调信息的基础，所以在无线电管理、军事通信侦察、截获、(相关)干扰等诸多领域具有应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，具体为基于循环自相关的多径衰落信道下滤波器组多载波(FBMC)信号符号周期盲估计方法，并对其进行性能分析。本发明在不同信噪比，对循环自相关对多径衰落信道下FBMC信号符号周期进行盲估计识别正确率进行分析。
背景技术
滤波器组多载波(FBMC)信号是一种极具应用前景的MCM技术，因其采用在频域中具有很少的带外(OOB)辐射的原型滤波器，具有高阻带衰减率、不需要插入循环前缀和频谱效率高等特点，被认为是面向5G的新型多载波传输的候选技术之一。基于FBMC信号的盲处理，指通信双方利用FBMC技术来传输信号，非协作通信方在捕获到信号后，利用FBMC信号的固有特性来分析接收信号，从而获得所需参数，进而解调FBMC信号，从而对信号检测和信号侦查非常有意义。
目前国内外针对FBMC信号在多径衰落信道下的参数估计的文献鲜有涉足，而且主要集中在高斯衰落信道的研究，在瑞利衰落信道下的研究很少且效果不理想。张天骐，杨凯，赵亮等人提出了自相关二阶矩和循环自相关两种算法来估计多径衰落信道下多载波码分多址(MC-CDMA)信号的扩频序列周期；张天骐，王玉娥，包锐等人利用循环自相关算法实现了多径衰落信道下OFDM信号调制识别；Gangcan Sun等人提出了利用OFDM信号的循环平稳特性来估计多径信道下OFDM信号的参数；王辉，王斌针对多径衰落信道中幅相调制信号识别问题，提出了自适应Metropolis的改进算法；基于多径衰落信道模型，范荣在硕士学位论文中研究了针对FBMC技术的同步算法；Wonsuk Chung等人提出了一种以简单的方式利用同步结构的接收器体系结构，在利用最少资源的同时实现了精确的同步；邓思玉研究了OFDM与单载波频域均衡(SC-FDE)信号的调制识别和参数估计。
为了解决多径瑞利衰落信道下FBMC信号参数的估计，本文提出了循环自相关的算法。先计算多径衰落信道下接收信号的循环自相关表达式，再通过检测循环自相关的切面上出现的尖峰脉冲间隔，即可对多径衰落信道下FBMC信号的符号周期进行有效估计。
发明内容
针对多径衰落信道下FBMC信号符号周期盲估计的问题，本发明提出一种基于循环自相关的多径衰落信道下FBMC信号符号周期盲估计方法。本发明所要解决的技术问题是：对多径衰落信道下FBMC信号的循环自相关进行理论推导，并进行实验仿真，对其参数进行盲估计。
本发明所采用的技术方案是：一种基于循环自相关的多径衰落信道下FBMC 信号符号周期盲估计方法。其首先通过对多径衰落信道下FBMC信号的循环自相关的数学推导，验证了FBMC信号的循环自相关在时延τ轴上取值是呈离散分布的。通过检测α＝0切面上离散谱峰的间距即可估计得到多径衰落信道下FBMC 信号的符号周期。在不同信噪比条件下，对多径衰落信道下FBMC信号符号周期盲估计识别正确率进行分析。
本发明基于循环自相关的多径衰落信道下FBMC信号符号周期盲估计方法，并对其进行性能分析。本发明在不同信噪比条件下，对多径衰落信道下FBMC 信号符号周期盲估计识别正确率进行分析，得出本文算法在低信噪比条件下，能有效的进行参数盲估计。所以，本发明算法实现多径衰落信道下FBMC信号符号周期盲估计在低信噪比下具有可靠性。综上所述，本发明在实际应用中具有重大意义。
附图说明
图1本发明的FBMC基带信号发送框图和原型滤波器时域图；
图2本发明FBMC信号的多径信道模型结构图；
图3本发明基于循环自相关的多径下的FBMC参数估计的流程图；
图4本发明的多径下和单径下的FBMC信号的循环自相关三维图以及其对应的α＝0切面图；
图5本发明的不同SNR下的FBMC信号符号周期盲估计的的正确识别率的性能曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实例，对本发明的实施作进一步的描述。
步骤一：FBMC基带信号模型
FBMC信号的产生及通过信道传输过程如图1所示。为了方便描述，发送过程中的IFFT、多相网络以及并/串转换的过程统称为“综合滤波器组”(SFB) 模块。
在具有M个子载波的基带离散时间模型中发射机侧的FBMC-OQAM信号可以写为：
其中D＝KM-1,M表示子载波数，K为重叠因子，pT,k(t)是原型滤波器pT(t)的频移版本，且pT(t)的时域图如图2所示。ck,n表示第l个符号的第k个子载波上调制的复数信号(OQAM符号)，可以表示为：
其中fk,l表示实值符号，附加的相位项是为了在时域和频域中交替增加实部和虚部，以构造OQAM符号。
所以FBMC-OQAM的复基带信号可表示为
步骤二：FBMC信号的多径信道模型
假设信号经过一个R径的衰落信道且受到加性高斯白噪声的影响，则 FBMC基带信号经过多径信道的接收信号为：
上式中，s(t)表示FBMC-OQAM的基带信号，即如式(5)所示；n(t)为均值为零且方差为的随机平稳噪声；δ为多普勒频偏，R为总路径数，λr为在延迟为μr时多径衰落信道响应系数。将式(5)带入(6)式得：
基带FBMC信号经过多径衰落信道的接收信号y(t)如上述2.2节式(7)所示，接着对y(t)求其自相关函数得：
上式中Rn(τ)＝E[n(t)n*(t-τ)]，因为平稳噪声n(t)的循环自相关仅在α＝0处有值，所以后面公式推导不考虑Rn(τ)项。由于fk,l是相互独立同分布，均值为0，方差为且是非周期的齐次马尔科夫链，因此有所以上式可化简得：
令因此可以看出，在延迟τ为0时得到
当τ＝μr′-μr但τ≠0时：
从已有的文献中结论并且结合式(10)和式(11)可以得到， Ry(t,0)＞Ry(t,μr′-μr),μr′-μr≠0，即在延迟τ＝0处取得峰值。同理，在多径衰落信道下，自相关在延迟τ为有用信号长度处仍取得峰值。
接着对Ry(t,τ)对时间t进行傅里叶变换得到经过多径瑞利衰落信道的输出响应y(t)的循环自相关函数：
将式(9)代入式(12)中得：
令上式的积分项用符号替换并进行取模处理得：
分析上式并结合蒋清平的文献OFDM信号循环自相关分析及参数估计可知，其中只有Φ(τ)在τ取0或Ts的整数倍值时，式(14)才具有非零值。因此可由此特征估计FBMC信号的符号周期Ts。
步骤三：图4(a)和图4(c)分别表示在多径信道和单径信道下FBMC信号的循环自相关三维图，从三维图可知，无论是单径还是多径信道环境下，FBMC的循环自相关只有在时延τ为符号周期Ts的整数倍上才有非零值，这与理论推导结果相稳合。相比较单径，FBMC在多径信道下的循环自相关受到多径信道衰落的影响相当显著，但其在时延τ轴上取值的离散特性还是很明显的。此现象是由于 FBMC信号不需要循环前缀，所以不能像CP-OFDM信号一样完全的消除掉多径衰落的影响。
图4(b)和图4(d)表示多径信道和单径信道下FBMC信号的循环自相关α＝0 的切面图，从切面图可知FBMC的循环自相关在时延τ轴上的取值是离散的，而且是等间隔分布的。比较图4(b)和图4(d)可知，多径衰落信道下的切面图在τ＝0附近会出现一些小的谱线，是由于受到了多径衰落的影响。
步骤四：图(5)为在不同信噪比，对循环自相关对多径衰落信道下FBMC信号符号周期进行盲估计识别正确率进行分析，其含义是在不同信噪比条件下，蒙特卡洛次数一定时，能正确估计出FBMC信号的符号周期。
Claims (3)
1.一种基于循环自相关的多径衰落信道条件下FBMC信号符号周期盲估计的方法。其首步骤为先对多径衰落信道下FBMC信号进行循环自相关推导；其次，将单径信道下与多径衰落信道下的FBMC信号循环自相关进行数值实验仿真；然后，分析在不同情况下的FBMC信号的循环自相关特征；最后通过检测α＝0切面上离散谱峰的间距即可估计得到多径衰落信道下FBMC信号的符号周期。在不同信噪比条件下，对多径衰落信道条件下FBMC信号符号周期盲估计识别正确率进行分析。
2.根据权利要求1所述的符号周期盲估计方法，其特征在于，FBMC信号的循环自相关在时延τ轴上取值是呈离散分布的，并且是等间隔的。由于多径衰落信道下FBMC信号的循环自相关的离散特征，可以过检测α＝0切面上离散谱峰的间距即可估计得到多径衰落信道下FBMC信号的符号周期。
3.根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于，在不同信噪比条件下，对多径衰落信道条件下FBMC信号符号周期盲估计识别正确率进行分析，其含义是在不同信噪比条件下，蒙特卡洛次数一定时，能正确估计出FBMC信号的符号周期。
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