本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種頻譜共享方式下時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)信噪比估計(jì)方法。

背景技術(shù)：

Underlay頻譜共享技術(shù)以主用戶和次用戶共享頻譜資源的方式來(lái)提高頻譜利用率，逐漸成為認(rèn)知無(wú)線電研究的熱點(diǎn)。正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)技術(shù)以其高效的頻譜利用率和抗衰落性能被廣泛應(yīng)用于認(rèn)知無(wú)線電中。在underlay認(rèn)知OFDM中，當(dāng)次用戶不超過(guò)主用戶干擾溫度的情況下，可以與主用戶同時(shí)共享頻譜資源，則頻帶內(nèi)的信號(hào)為時(shí)頻重疊的OFDM信號(hào)，其中，干擾溫度測(cè)量是underlay認(rèn)知OFDM中的關(guān)鍵技術(shù)之一。在干擾溫度測(cè)量時(shí)，需要以非數(shù)據(jù)輔助方式估計(jì)出共享頻譜的用戶信號(hào)的信噪比參數(shù)，因此，研究underlay認(rèn)知無(wú)線電中時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比盲估計(jì)有一定的意義和價(jià)值。目前，一些學(xué)者針對(duì)單個(gè)OFDM信號(hào)的信噪比進(jìn)行了盲估計(jì)方法的研究，如基于最大似然的方法(BAUMGARTNER S,HIRTZ G,BAUMGARTNER A.A modified maximum likelihood method for SNR estimation in OFDM based systems[J].2014:155-158.)，基于自相關(guān)函數(shù)(TANG N J,Li B B,Liu M Q.A modified blind OFDM systems parameters estimation method.2010IEEE 12th International Conference on Communication Technology[C].Nan Jing:IEEE,2010:1279-1282.)，基于循環(huán)自相關(guān)函數(shù)的方法(SOCHELEAU F X,-EL-BEY A,HOUCKE S.Non data-aided SNR estimation of OFDM signals[J].IEEE Communications Letters,2008,12(11):813-815.)和基于子空間分解的方法(XU X,JING Y,YU X.Subspace-based noise variance and SNR estimation for OFDM systems[mobile radio applications].2005IEEE Wireless Communications andNetworking Conference[C].ErnestN.Morial:IEEE,2005,1:23-26.)等，這些方法僅僅適用于單個(gè)OFDM信號(hào)，而對(duì)于時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)將失效，無(wú)法適用于underlay認(rèn)知無(wú)線電中主用戶和多個(gè)次用戶共存時(shí)的情況。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是：由于主用戶和多個(gè)次用戶共存，在時(shí)域和頻域上重疊，無(wú)法僅從時(shí)域、頻域或者空間域直接處理信號(hào)進(jìn)行信噪比估計(jì)，因此現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法進(jìn)行underlay認(rèn)知無(wú)線電中時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比估計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種頻譜共享方式下時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)信噪比估計(jì)方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種頻譜共享方式下時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)信噪比估計(jì)方法，所述頻譜共享方式下時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)信噪比估計(jì)方法包括：

首先計(jì)算接收的時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)，并分別在分量信號(hào)的過(guò)采樣率相等和不等時(shí)截取時(shí)延小于碼片時(shí)間的截面；

然后通過(guò)提取該截面中離散譜線估計(jì)出分量OFDM信號(hào)的總功率；

最后通過(guò)循環(huán)自相關(guān)函數(shù)在時(shí)延和循環(huán)頻率均為零時(shí)的值估計(jì)出所接收信號(hào)的總功率，從而估計(jì)出時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比；

進(jìn)一步，所述頻譜共享方式下時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)信噪比估計(jì)方法包括以下步驟：

步驟一，根據(jù)估計(jì)接收的時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)，其中r(i)是接收時(shí)頻重疊信號(hào)，L是接收信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)，j是虛數(shù)單位，α是循環(huán)頻率，τ是時(shí)延；

步驟二，截取所得時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)時(shí)延為T_s的循環(huán)截面，并利用這些離散譜線所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)的值，估計(jì)分量信號(hào)的循環(huán)頻率，最后由α＝1/T_c和q＝T_c/T_s可估計(jì)各個(gè)分量信號(hào)的碼片時(shí)間和過(guò)采樣率，其中T_s為采樣時(shí)間，T_c為碼片時(shí)間，q為過(guò)采樣率；

步驟三，取時(shí)延小于碼片時(shí)間，循環(huán)頻率等于分兩量信號(hào)的循環(huán)頻率處時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)的值，估計(jì)出分量重疊OFDM信號(hào)的總功率E；

步驟四，根據(jù)時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)時(shí)延和循環(huán)頻率均為零時(shí)的值估計(jì)時(shí)頻重疊信號(hào)的總功率根據(jù)估計(jì)出時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比。

進(jìn)一步，所述步驟二中分量信號(hào)碼片時(shí)間和過(guò)采樣率估計(jì)方法為：

OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)為：

其中T_c是OFDM信號(hào)碼片時(shí)間，T_c＝T_u/N，T_u是其有效符號(hào)時(shí)間，α是循環(huán)頻率，τ是時(shí)延，τ_N＝|τ|-NT_c，m是任意正整數(shù)；時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)：

當(dāng)循環(huán)自相關(guān)函數(shù)時(shí)延滿足|τ|＜min(T_ci)i＝1,2,…,M時(shí)，時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)表示為：

進(jìn)一步，所述步驟三中分量OFDM信號(hào)總功率估計(jì)方法為：

當(dāng)重疊各個(gè)分量OFDM信號(hào)的過(guò)采樣率不等時(shí)，分別取時(shí)延為循環(huán)頻率為處的值，根據(jù)估計(jì)出分量重疊OFDM信號(hào)的總功率E；當(dāng)重疊的各個(gè)分量OFDM信號(hào)的過(guò)采樣率相等時(shí)，分別取時(shí)延為循環(huán)頻率為1/T_c處值，根據(jù)估計(jì)出重疊分量OFDM信號(hào)的總功率E。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述頻譜共享方式下時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)信噪比估計(jì)方法的underlay認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述頻譜共享方式下時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)信噪比估計(jì)方法的時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)信噪比估計(jì)系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述頻譜共享方式下時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)信噪比估計(jì)方法的分量信號(hào)過(guò)采樣率和碼片時(shí)間估計(jì)系統(tǒng)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：當(dāng)過(guò)采樣率相等的兩個(gè)或三個(gè)OFDM信號(hào)重疊時(shí)，在信噪比大于-9dB時(shí)，時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比估計(jì)的均方誤差小于0.1；當(dāng)過(guò)采樣率不相等的兩個(gè)或三個(gè)OFDM信號(hào)重疊時(shí)，在信噪比大于-7dB時(shí)，時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比估計(jì)的均方誤差小于0.1，由此可見，本發(fā)明方法隨著信噪比的增大，估計(jì)性能越好。本發(fā)明不僅可以估計(jì)出時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比，還可以估計(jì)出分量信號(hào)的過(guò)采樣率和碼片時(shí)間等先驗(yàn)參數(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的頻譜共享方式下時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)信噪比估計(jì)方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的對(duì)不同分量個(gè)數(shù)的時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)在不同信噪比下的估計(jì)性能示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的頻譜共享方式下時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)信噪比估計(jì)方法包括以下步驟：

S101：計(jì)算出所接收的時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)，并在分量信號(hào)的過(guò)采樣率相等和不相等時(shí)，分別截取時(shí)延小于碼片時(shí)間的截面；

S102：通過(guò)提取截面中離散譜線估計(jì)出時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的分量信號(hào)總功率；

S103：在時(shí)延和循環(huán)頻率均為零時(shí)，通過(guò)時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)的值估計(jì)出所接收信號(hào)的總功率，從而估計(jì)出時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比。

本發(fā)明實(shí)施例提供的頻譜共享方式下時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)信噪比估計(jì)方法具體包括以下步驟：在underlay頻譜共享方式下，時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比估計(jì)方法：

步驟一，根據(jù)估計(jì)接收的時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)，其中r(i)是接收時(shí)頻重疊信號(hào)，L是接收信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)，j是虛數(shù)單位，α是循環(huán)頻率，τ是時(shí)延；

接收到的時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)表達(dá)式如下：

其中M是信號(hào)的總個(gè)數(shù)，n(t)是高斯白噪聲，s_i(t)是第i個(gè)分量OFDM信號(hào)且其表達(dá)式如下：

其中，f_i為信號(hào)載頻，q(t)是脈寬為T_c的成型脈沖，T_s是總符號(hào)周期，N是OFDM有效子載波數(shù)，D是循環(huán)前綴數(shù)，G是OFDM子載波總數(shù)，且G＝N+D。a_k,n是第k個(gè)OFDM符號(hào)，第n個(gè)子載波上的調(diào)制信號(hào)，相互獨(dú)立并均服從均值為零，方差為

計(jì)算采樣到的含噪聲的時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)的表達(dá)式為：

其中，r(i)是接收時(shí)頻重疊信號(hào)，L是接收信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)，j是虛數(shù)單位，α是循環(huán)頻率，τ是時(shí)延；

步驟二，截取所得時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)時(shí)延為T_s的循環(huán)截面，并利用這些離散譜線所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)的值，估計(jì)分量信號(hào)的循環(huán)頻率，最后由α＝1/T_c和q＝T_c/T_s可估計(jì)各個(gè)分量信號(hào)的碼片時(shí)間和過(guò)采樣率，其中T_s為采樣時(shí)間，T_c為碼片時(shí)間，q為過(guò)采樣率；

OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)為：

其中T_c是OFDM信號(hào)碼片時(shí)間，T_c＝T_u/N，T_u是其有效符號(hào)時(shí)間，α是循環(huán)頻率，τ是時(shí)延，τ_N＝|τ|-NT_c，m是任意正整數(shù)。由循環(huán)自相關(guān)函數(shù)的定義，可得時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)：

當(dāng)循環(huán)自相關(guān)函數(shù)時(shí)延滿足時(shí)，時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)表示為：

設(shè)已知時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的分量個(gè)數(shù)為M，且各分量信號(hào)碼片時(shí)間的最大值小于碼片時(shí)間的最小值的2倍。截取時(shí)延為T_s的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)的截面，若此截面上的出現(xiàn)不等間隔分布的離散譜線，僅保留此截面正循環(huán)頻率軸對(duì)應(yīng)的前M根離散譜線，并搜索這些離散譜線最大值所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)的值，估計(jì)一個(gè)分量信號(hào)的循環(huán)頻率，然后將此循環(huán)頻率處的值置零，繼續(xù)按照上述方法估計(jì)出其他分量信號(hào)的循環(huán)頻率；若此截面上的出現(xiàn)等間隔分布的離散譜線，僅保留此截面正循環(huán)頻率軸對(duì)應(yīng)的第1根離散譜線，并搜索這根離散譜線最大值所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)的值，估計(jì)出所有分量信號(hào)的循環(huán)頻率，最后由α＝1/T_c和q＝T_c/T_s可估計(jì)各個(gè)分量信號(hào)的碼片時(shí)間和過(guò)采樣率。其中T_s為采樣時(shí)間，T_c為碼片時(shí)間，M為時(shí)頻重疊分量信號(hào)總個(gè)數(shù)，α為循環(huán)頻率，q為過(guò)采樣率；

步驟三，取時(shí)延小于碼片時(shí)間，循環(huán)頻率等于分兩量信號(hào)的循環(huán)頻率處時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)的值，估計(jì)出分量重疊OFDM信號(hào)的總功率E；

當(dāng)重疊各個(gè)分量OFDM信號(hào)的過(guò)采樣率不等時(shí)，分別取時(shí)延為循環(huán)頻率為處的值，根據(jù)估計(jì)出分量重疊OFDM信號(hào)的總功率E；當(dāng)重疊的各個(gè)分量OFDM信號(hào)的過(guò)采樣率相等時(shí)，分別取時(shí)延為循環(huán)頻率為1/T_c處值，根據(jù)估計(jì)出重疊分量OFDM信號(hào)的總功率E。

步驟四，根據(jù)時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)時(shí)延和循環(huán)頻率均為零時(shí)的值估計(jì)時(shí)頻重疊信號(hào)的總功率根據(jù)估計(jì)出時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比。

根據(jù)循環(huán)自相關(guān)函數(shù)的時(shí)延和循環(huán)頻率均為零時(shí)的值，估計(jì)接收時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的總功率根據(jù)信噪比的定義，估計(jì)時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比

下面結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用效果作詳細(xì)的描述。

為了評(píng)估方法的性能，OFDM信號(hào)的子載波調(diào)制方式為QPSK，子載波個(gè)數(shù)為1024，符號(hào)長(zhǎng)度為1us,其中保護(hù)間隔為0.2us，接收端的采樣頻率為100MHz，OFDM的符號(hào)個(gè)數(shù)為1000，在每個(gè)信噪比下進(jìn)行2000次蒙特卡羅實(shí)驗(yàn)。檢測(cè)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為均方誤差(MSE)。

為了測(cè)試本發(fā)明的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的性能，參數(shù)設(shè)置如下：分量信號(hào)的載頻為50MHz，功率比為1:1，頻譜重疊率是100％，參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)是100000。過(guò)采樣率相等時(shí)的兩個(gè)信號(hào)和三個(gè)信號(hào)分量的過(guò)采樣率均是5，過(guò)采樣不等時(shí)的兩信號(hào)分量的過(guò)采樣率分別是5和8，過(guò)采樣率不等時(shí)的三信號(hào)的過(guò)采樣率分別是4，5和6，仿真結(jié)果如圖2所示，當(dāng)過(guò)采樣率相等的兩個(gè)或三個(gè)OFDM信號(hào)重疊時(shí)，在信噪比大于-9dB時(shí)，時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比估計(jì)的均方誤差小于0.1；當(dāng)過(guò)采樣率不相等的兩個(gè)或三個(gè)OFDM信號(hào)重疊時(shí)，在信噪比大于-7dB時(shí)，時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比估計(jì)的均方誤差小于0.1。由此可見，本發(fā)明方法隨著信噪比的增大，估計(jì)性能越好。本發(fā)明不僅可以估計(jì)出時(shí)頻重疊OFDM信號(hào)的信噪比，還可以估計(jì)出分量信號(hào)的過(guò)采樣率和碼片時(shí)間等先驗(yàn)參數(shù)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。