專利名稱：消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及突發(fā)通信領(lǐng)域的一種信號檢測方法，具體地講，是一種消除頻偏干擾 的自適應(yīng)信號檢測方法。
背景技術(shù)：
在無線通信的突發(fā)模式下，接收機(jī)必須有可靠的信號檢測才能保證準(zhǔn)確地恢復(fù)傳 送的數(shù)據(jù)。但是在實(shí)際的無線通信環(huán)境中，由于收發(fā)機(jī)的晶振本身的誤差帶來的載波頻率 偏移或者在高速移動環(huán)境中產(chǎn)生的多普勒頻移，將會干擾偽隨機(jī)序列的相關(guān)性能，影響信 號檢測。頻率偏移越大，相關(guān)峰值越小，在頻率偏移較大的情況下，偽隨機(jī)序列的自相關(guān)峰 值就會被淹沒，不會出現(xiàn)明顯的峰值，影響檢測性能。為了保證檢測性能，必須采取抗頻偏 措施的檢測方案。目前，采用的對抗頻偏干擾的信號檢測方法有PMF-FFT (Partial Matched Filtering-Fast Fourier Transform，基于部分匹配濾波的快速傅立葉變換法)，頻率補(bǔ)償 法和分段匹配濾波法。其中，基于部分匹配濾波的FFT變換法和頻率補(bǔ)償法都是基于FFT 變換進(jìn)行的，F(xiàn)FT變換性能上的固有局限使得上述兩種方法都存在頻偏補(bǔ)償不完全和計算 量大的問題。而分段匹配濾波法以損失信噪比為代價來對抗頻偏，且其峰值信噪比損失隨 頻偏容忍范圍的增大而加重。因此，消除頻偏干擾的信號檢測方法的性能亟待提高。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種計算量小的消除頻偏干擾的自適 應(yīng)信號檢測方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法，包 括以下步驟Si.發(fā)送端在原始數(shù)據(jù)幀Sd(m)的幀頭加入偽隨機(jī)碼PN(m)作為前導(dǎo)碼，使根據(jù)本發(fā)明的一個方面，步驟S3中利用匹配相關(guān)計算統(tǒng)計判決量u(m)為
其中，R(mD)為消除頻偏干擾后的接收信號，N為PN(m)的數(shù)據(jù) N m=\
總長度，D為一個數(shù)據(jù)周期中的采樣個數(shù)，本地偽隨機(jī)碼d(m)為d(m) =PN(m)PN(m+l)。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，步驟S3中自適應(yīng)門限設(shè)定為Vt = CP，其中，信號功率
P = T7ZNmjD)|，R(mD)為消除頻偏干擾后的接收信號，N為PN(m)的總長度；常數(shù)C =
恒虛警概率。設(shè)定合理的自適應(yīng)門限能夠有效提高信號檢測的準(zhǔn)確性。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，該消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法還包括在步驟 S4中采用滑動判決窗來比較統(tǒng)計判決量u(m)和自適應(yīng)門限Vt的大小，如果位于滑動判決 窗中的統(tǒng)計判決量u(m)滿足u(m) >VT且u(m) >u(i) (i ^ m)時，則輸出表示檢測到有 效信號的標(biāo)志信號。利用滑動判決窗來進(jìn)行大小判決，只需要對窗口內(nèi)部的信號進(jìn)行檢測， 減小了計算量，提高了判決的準(zhǔn)確度。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，該消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法還包括在步驟 S3中對自適應(yīng)門限\添加偏移量AV以構(gòu)成新的自適應(yīng)門限< + 。適當(dāng)調(diào)整自適 應(yīng)門限的數(shù)值能夠適應(yīng)各種信道環(huán)境的變化，減少虛警毛刺的產(chǎn)生。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是該消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法 利用共軛相乘來消除信號傳輸過程中產(chǎn)生的頻偏，減少了運(yùn)算量，提高了運(yùn)算速度，采用滑 動判決窗來進(jìn)行比較判決，提高了信號檢測的精確度，并且該方法不隨頻偏大小的變化而 增加性能損失，能夠?qū)谷我獯笮〉念l偏，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。


本發(fā)明上述的各方面優(yōu)點(diǎn)，可以從下面附圖和對實(shí)例的描述中將變得明顯和容易 理解，其中圖1為本發(fā)明的消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法的流程圖；圖2為本發(fā)明的消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法在發(fā)送端加入前導(dǎo)碼的原 理示意圖；圖3為本發(fā)明的消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法的接收端電路原理圖；圖4為本發(fā)明的消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法的滑動判決窗的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的器件或具有相同或類似功能的器件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。圖1示出的是本發(fā)明消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法的流程。該方法包括以 下步驟Si.發(fā)送端在原始數(shù)據(jù)幀Sd(m)的幀頭加入一組N位長度的PN(Pseudo Noise，偽 隨機(jī)噪聲)碼作為前導(dǎo)碼，圖2示出的是本發(fā)明的消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法在 發(fā)送端加入前導(dǎo)碼的原理，加入前導(dǎo)碼后的數(shù)據(jù)幀為 其中，N為偽隨機(jī)碼PN(m)的數(shù)據(jù)長度，將數(shù)據(jù)幀S(m)進(jìn)行D倍采樣得到采樣后
數(shù)據(jù)幀為 然后發(fā)送端發(fā)送采樣后數(shù)據(jù)幀S (η)。S2.接收端接收到采樣后數(shù)據(jù)幀S (η)的接收數(shù)據(jù)幀r (η)后，將接收數(shù)據(jù)幀r (η) 與接收數(shù)據(jù)幀r(n)延遲一個數(shù)據(jù)周期后的結(jié)果r(n+D)進(jìn)行共軛相乘得到消除頻偏干擾后 的接收信號R(n)。接收端的電路原理如圖3所示。接收數(shù)據(jù)幀r (η)為r(n) =S (η- θ ) eJ2 π nfT+w (η)(3)其中，f為頻率偏移，包括載波頻率偏移和多普勒頻移，T為采用周期，w(n)為高斯 白噪聲，θ為傳輸延遲。在消除頻偏干擾模塊中，主要利用接收數(shù)據(jù)幀r(n)的前導(dǎo)碼部分 及其延時進(jìn)行共軛相乘來計算接收信號R(η)為R (n) = r(n) Xr*(n+D)(4)= [S (η- θ ) eJ2 π nfT+w (η) ] X [S (η- θ +D) e_J2 π (n+D)fT+w (n+D)]= S (η- θ ) S (η- θ +D) e_J2 π DfT+ff (η)= PN (η- θ ) PN (η— θ +D) e_J2 π DfT+ff (η) η e [ 1，N · D]根據(jù)偽隨機(jī)序列的移位相加特性，其中前導(dǎo)碼部分的計算結(jié)果ΡΝ(η-θ) PN(η- θ +D)仍然為一個與發(fā)送端PN碼具有相同的反饋系數(shù)，初始相位不同的一個偽隨機(jī) 序列。上式接收信號R(n)中，前導(dǎo)碼ΡΝ(η-θ)長度比較短且只往后延遲了一個數(shù)據(jù)周期， 因此可以近似認(rèn)為頻率偏移值f在這個短時間內(nèi)是一個固定值，所以相位2 π DfT也是一個 固定相位，不隨樣點(diǎn)變化，W(n)表示噪聲。因此，R(n)就表示為一個具有固定相位偏移的偽 隨機(jī)序列信號與噪聲信號之和。S3.將消除頻偏干擾后的接收信號R(Ii)分為兩路相同的信號，其中一路利用匹配 相關(guān)計算統(tǒng)計判決量u (m)，另一路計算信號功率并利用恒虛警概率準(zhǔn)則設(shè)定自適應(yīng)門限VT。步驟S3中，一路信號進(jìn)入匹配相關(guān)模塊，利用匹配相關(guān)計算統(tǒng)計判決量u (m)為 其中，R(mD)為消除頻偏干擾后的接收信號，N為PN(m)的數(shù)據(jù)總長度，D為一個數(shù) 據(jù)周期中的采樣個數(shù)，在接收端的本地偽隨機(jī)序列d(m)為d(m) = PN(m)PN(m+1)，即為發(fā)送 端的PN碼循環(huán)移位得到。計算統(tǒng)計判決量u(m)時，只需要從接收信號R(n)的每個采樣周 期中提取一個數(shù)據(jù)與本地偽隨機(jī)碼d(m)相應(yīng)位置上的數(shù)據(jù)進(jìn)行相乘即可，有效地減少了
計算量。 步驟S3中，另一路信號進(jìn)入到提取信號功率模塊中提取信號功率為 ρ=去，然后根據(jù)信號功率ρ進(jìn)行自適應(yīng)門限的設(shè)定，具體為 其中，R(mD)為消除頻偏干擾后的接收信號，N為偽隨機(jī)碼PN(m)的總長度；常數(shù) C= I-(Pfa) vfrl^Pfa為恒虛警概率。設(shè)定合理的自適應(yīng)門限能夠有效提高信號檢測的準(zhǔn)確 性。S4.比較統(tǒng)計判決量u(m)和自適應(yīng)門限Vt的大小，如果統(tǒng)計判決量u (m)大于自 適應(yīng)門限VT，則輸出表示檢測到有效信號的標(biāo)志信號，否則返回步驟S2繼續(xù)檢測有效信號。在圖3所示的比較判決模塊中進(jìn)行比較統(tǒng)計判決量u(m)和自適應(yīng)門限Vt的大小 時，可以采用將所有統(tǒng)計判決量u(m)直接與自適應(yīng)門限Vt相比較，如果統(tǒng)計判決量u(m)大 于自適應(yīng)門限VT，則表明檢測到匹配峰值，輸出相應(yīng)的標(biāo)志信號。但此種判決方式不可能保 證完全準(zhǔn)確，因?yàn)樵谛盘柡苄r，計算得到的自適應(yīng)門限值Vt也很小，當(dāng)匹配值中出現(xiàn)微小 的峰值時，就可能導(dǎo)致虛警現(xiàn)象。為了保證系統(tǒng)的傳輸效果，通常會采用過采樣，設(shè)過采樣 倍數(shù)為D，則對應(yīng)的接收信號與本地參考序列的相關(guān)值有D個，且它們均超過門限值，如果 根據(jù)其中較小的樣點(diǎn)值進(jìn)行系統(tǒng)的同步，就會影響同步的精確度，從而影響系統(tǒng)的性能。作為一種改進(jìn)，該消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法中可以采用滑動判決窗來 比較統(tǒng)計判決量u(m)和自適應(yīng)門限Vt的大小，滑動判決窗的原理如圖4所示。匹配相關(guān)得 到的統(tǒng)計判決量u(m)隨著時鐘周期依次被推入滑動判決窗的窗口中，每個時鐘周期對窗 口中的值進(jìn)行比較，只有當(dāng)窗口中間值大于其它各值并超過對應(yīng)的自適應(yīng)門限值時，即滿 足條件u(m) > ^且?。、?gt;u(i) (i Φ m)時，則輸出的判決結(jié)果為表示檢測到有效信號的 標(biāo)志信號，表示接收信號與本地偽隨機(jī)序列真正對齊，得到比較準(zhǔn)確的前導(dǎo)碼的起始邊界， 保證了信號檢測的準(zhǔn)確性，以便進(jìn)行精確的系統(tǒng)同步。采用滑動判決窗之后，只需要利用窗 口內(nèi)的一小段統(tǒng)計判決量u (m)參與比較，在提高了判決精確度的同時也可以減小運(yùn)算量， 提高運(yùn)算速度。如果自適應(yīng)門限Vt過小，就有可能出現(xiàn)將噪聲誤判為有效信號，從而產(chǎn)生虛警毛 刺。為了減小虛警毛刺，提高判決的正確性，該消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法還需要 對自適應(yīng)門限Vt進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，具體而言，是在自適應(yīng)門限\上添加一個微小的偏移量Δ V 以構(gòu)成新的自適應(yīng)門限F7.' = AV+ Vr，然后將新的自適應(yīng)門限K/應(yīng)用到比較判決中。微小偏 移量AV的大小選擇與信道環(huán)境參數(shù)，尤其是與信道增益有很大關(guān)系，在仿真實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)信 道增益為1時，將微小偏移量Δ V設(shè)置為0. 1具有良好的檢測概率。因?yàn)榻y(tǒng)計判決量u (m) 必須大于新的自適應(yīng)門限C，才是正確的捕獲點(diǎn)，有效屏蔽了虛警毛刺。對自適應(yīng)門限Vt進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整后，可以采用將所有統(tǒng)計判決量u(m)直接與自適 應(yīng)門限G相比較的方式來檢測有效信號。當(dāng)然如前面所述，如果采用滑動判決窗來比較統(tǒng) 計判決量u(m)和自適應(yīng)門限G的大小將有效地減小計算量并提高判決的精確度。本發(fā)明的消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法采用了簡單易實(shí)現(xiàn)的方式有效對 抗任意大小的頻偏，結(jié)合自適應(yīng)門限檢測技術(shù)，保證在突發(fā)通信的系統(tǒng)中，存在頻偏干擾時，系統(tǒng)仍能夠有效的進(jìn)行信號檢測，保證檢測性能。采用共軛相乘得到的接收信號R(n) 具有固定的相位偏移，不會隨著樣點(diǎn)長度增大而增加計算代價，具有檢測精度高且性能穩(wěn) 定的優(yōu)點(diǎn)。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法，其特征在于包括以下步驟S1.發(fā)送端在原始數(shù)據(jù)幀Sd(m)的幀頭加入偽隨機(jī)碼PN(m)作為前導(dǎo)碼，使得數(shù)據(jù)幀為將所述數(shù)據(jù)幀S(m)進(jìn)行D倍采樣得到采樣后數(shù)據(jù)幀為發(fā)送所述采樣后數(shù)據(jù)幀S(n)；S2.接收端接收到所述采樣后數(shù)據(jù)幀S(n)的接收數(shù)據(jù)幀r(n)＝S(n θ)ej2πnfT+w(n)后，其中，f為頻率偏移，包括載波頻率偏移和多普勒頻移，T為采用周期，w(n)為高斯白噪聲，θ為傳輸延遲，將所述接收數(shù)據(jù)幀r(n)與所述接收數(shù)據(jù)幀r(n)延遲一個數(shù)據(jù)周期后的結(jié)果r(n+D)進(jìn)行共軛相乘得到消除頻偏干擾后的接收信號R(n)＝r(n)×r*(n+D)；S3.將所述消除頻偏干擾后的接收信號R(n)分為兩路相同的信號，其中一路利用匹配相關(guān)計算統(tǒng)計判決量u(m)，另一路計算信號功率并利用恒虛警概率準(zhǔn)則設(shè)定自適應(yīng)門限VT；S4.比較所述統(tǒng)計判決量u(m)和所述自適應(yīng)門限VT的大小，如果所述統(tǒng)計判決量u(m)大于所述自適應(yīng)門限VT，則輸出表示檢測到有效信號的標(biāo)志信號，否則返回步驟S2繼續(xù)檢測有效信號。FSA00000182228800011.tif,FSA00000182228800012.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法，其特征在于步驟S3中1 ν2所述利用匹配相關(guān)計算統(tǒng)計判決量u (m)為u{m) = iYRimD) - d(jn)，丄、m=l其中，R(mD)為消除頻偏干擾后的接收信號，N為PN(m)的數(shù)據(jù)總長度，D為一個數(shù)據(jù)周 期中的采樣個數(shù)，本地偽隨機(jī)碼d(m)為d(m) =PN(m)PN(m+l)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法，其特征在于步驟S3中 所述自適應(yīng)門限設(shè)定SVt = CP,其中，信號功率+，R(mD)為消除頻偏干擾后的接收信號，N為PN(m)的1、m=\總長度；常數(shù)C = I-(Pfa)H^Pfa為恒虛警概率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法，其特征在于還包括在 步驟S4中采用滑動判決窗來比較所述統(tǒng)計判決量u(m)和所述自適應(yīng)門限Vt的大小，如果 位于所述滑動判決窗中的統(tǒng)計判決量u(m)滿足u(m) >\且11011) >u(i) (i ^ m)時，則 輸出表示檢測到有效信號的標(biāo)志信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法，其特征在于還包 括在步驟S3中對所述自適應(yīng)門限Vt添加偏移量Δ V以構(gòu)成新的自適應(yīng)門限F,' 二 AV+ Vr ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種消除頻偏干擾的自適應(yīng)信號檢測方法，包括以下步驟S1.發(fā)送端在數(shù)據(jù)幀的幀頭加入偽隨機(jī)碼作為前導(dǎo)碼，發(fā)送采樣后數(shù)據(jù)幀；S2.接收端接收到接收數(shù)據(jù)幀后，將接收數(shù)據(jù)幀與其延遲進(jìn)行共軛相乘得到消除頻偏干擾后的接收信號；S3.將接收信號分為兩路相同的信號，分別計算統(tǒng)計判決量和設(shè)定自適應(yīng)門限；S4.比較統(tǒng)計判決量和自適應(yīng)門限的大小，如果統(tǒng)計判決量大于自適應(yīng)門限，則輸出表示檢測到有效信號的標(biāo)志信號。該方法利用共軛相乘來消除信號傳輸過程中產(chǎn)生的頻偏，減少了運(yùn)算量，提高了運(yùn)算速度，提高了信號檢測的精確度，并且性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號H04L25/03GK101895491SQ201010223200
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者付紅玉, 吳晉成, 吳玉成, 彭樺, 李江雯, 王菊, 胡磊, 鄧慧平 申請人:重慶大學(xué)