专利名称：一种用于认知无线电系统中获取信噪比的方法
技术领域：
本发明涉及认知无线电技术的自适应，尤其涉及认知无线电领域的信道估计技术
与方法。
背景技术：
认知无线电系统是一种允许系统获得它的操作环境和地理环境相关的知识，确定政策与其内部状态的无线电系统；为了实现预先定义的目标，它可以根据获取的知识动态、自主的调整其操作参数和协议，并且从获得的结果中学习。认知无线电提出的目的是为了更加有效的利用频谱等资源，以有限的资源实现更加有效和可靠的通信。
信噪比(SNR)是信号强度和背景噪声的比值，是表征信道特性的重要参数。在通信系统的实际应用中，调制信号的识别、Turbo Code的迭代译码、功率控制、自适应调制切换、自适应越区切换等功能都需要准确的信噪比估计。估计信噪比一般通过对接收信号的数据分析处理后获得。该数据对于接收机来说可能为已知，或者未知。通过未知数据或对接收信号进行分析得出信噪比估计，称之为盲估计，一般不占用信道的吞吐量。此类估计器为非数据辅助的，当信噪比估计依赖于传输数据的先验知识时，称之为数据辅助估计器。基于数据辅助的估计器的性能更优越。在此系统中，其应用背景为使系统通过对周围环境的感知并预知自身的通信能力；能够根据环境的变化和/或自身通信目标自主的调整传输参数与协议。节点首先主动进行信道认知，通过专门的信道认知波形对这5条备选信道进行认知(每个终端都认知一遍)，通过自适应策略选择出一条最佳的信道作为通信信道，并确定各终端与节点之间的通信速率来达到自适应传输的目的。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种用于认知无线电系统中获取信噪比的方法。该方法针对线性调频信号设计，但是同样可以用于其它调制方式的宽带无线通信系统。该方法通过对信号最佳采样点的进行信噪比估计，并进行平均后上传给节点来使节点根据自适应传输和选择策略达到有效传输的目的。本发明是这样实现的，其工作流程如下(I)节点发送信道估计信令，轮询已经接入的终端并对终端进行信道估计；(2)终端对接收到的线性调频信号进行解调解扩，并通过位定时获得最佳采样占.(3)通过最佳采样点分别获得线性调频信号的二阶距和四阶距，并由接收序列的时间平均计算得到线性调频信号二阶距和四阶距的平均值；(4)根据线性调频信号的二阶距和四阶距的平均值计算获得此段时间接收序列的信噪比估计值；(5)重复步骤(3)到(4)，获得N个信噪比估计值，并将N个信噪比估计值进行平均得到信噪比估计平均值，即为当前频点的信道信噪比；其中，N为大于I的正整数；(6)节点对终端的多个频点分别进行上述的信噪比估计，得到各频点信噪比估计值；(7)终端将多个频点的信噪比估计值上传给节点，通过附带信息节点同样完成多个频点的信噪比估计，节点通过频率和速率选择策略对本地估计和终端的估计结果选择出一个最佳频点，并通知所有的终端，各终端轮询注册，注册结束后开始根据最佳的频点和速率开始通信。其中步骤(4)中根据获得的信号的二阶距和四阶距的平均值获得信号的信噪比估计值，是采用以下公式计算的
.JlM22-M4SNRm2m4 = -1- ~
其中M2, M4分别为信号的二阶距平均值和四阶距平均值。工程实现中为了在传输过程用有限的位宽更好的表示信噪比值，一般将其转化为dBm的形式，并根据通信速率和模式加入一定的修正值来作为最终的信噪比传输数值。= IOlog10 SNRm2m4 + Amody5,其中Anwdify是根据信道情况来进行修正的，对于不同的通信速率和模式需要修正的值可以有改动。其中，步骤(I)中的信道估计信令的波形为80kbps。本发明与现有技术相比有如下有益效果I、本发明利用的信道估计不需要发送训练序列，不占用任何信道的吞吐量，利用信道的传输信息进行信道估计，在一定程度上提高了带宽利用率。相对于依赖于数据的先验信息的信道估计时，性能上略有下降，但是需要发送训练序列必然导致整个系统容量下降，而无需发送训练提高了带宽利用率。2、本发明的信噪比估计运算中，在计算过程中无需将信号功率和噪声功率分离后才能进行计算，而是利用信噪比计算的公式，通过取接收信号的二阶距和四阶距的方式将噪声能量消除，直接计算出信噪比，这样的运算方式简单并且对随机噪声有一定的平均作用，更能准确的计算出信噪比。3、本发明所述的获取信噪比的方法，其进一步特征在于可以用于突发信号，无需同步信息，在获取信号的最佳采样点之后随时可以进行信噪比估计。4、本发明针对认知无线电系统中的应用将终端估计完毕后反馈给节点，在这个传输过程中节点又利用终端的传输信息进行了信道估计，在进行自适应速率和频率选择时设计的是根据终端和节点双向的估计结果进行选择，从而来改变速率和频率，更好的利用了信道信息。
图I是本发明的实现流程图。图2是彳目噪比估计算法步骤不意图。图3是信噪比仿真性能曲线。
具体实施例方式参照图I，图I是本发明的系统实现流程图。(I)系统开机后，节点发送信道估计信令，轮询已经接入的终端并对终端进行信道估计；通常为了保证终端可以收到信息，可以在备用信息中对站号进行强纠错编码。(2)终端对接收到的线性调频信号进行解调解扩，并通过位定时获得最佳采样占.终端对接收到的线性调频信号首先进行下变频后分成两路信号，再次经过低通滤波器以及匹配滤波器后得到四倍采样的扩频信号，此时需要做的就是对信号进行解扩以及位定时，并通过飞轮进行位定时获得最佳采样点，这样就完成了位定时，利用最佳样点的信息便可以进行信噪比估计。
(3)通过最佳采样点分别获得线性调频信号的二阶距和四阶距，并由接收序列的时间平均计算得到线性调频信号二阶距和四阶距的平均值；(4)根据线性调频信号的二阶距和四阶距的平均值计算获得此段时间接收序列的信噪比估计值；图2是彳目噪比估计算法步骤不意图。a:信噪比估计模块接收到解调信息之后首先进行二阶距、四阶距运算，将噪声能
量和信号能量的总和做一定的平均值。
I 士_\ 2
L n=0
I L_14M4 =-Χ|λ( )|
L ft=0在实际应用中，二阶和四阶量是由接收序列的时间平均来计算的，其中L为接收序列的长度。b :将信号二阶距、四阶距的进行进一步的运算首先得出其均方值r^^\2M22-M,\c :对于复信道条件下的MPSK信号以及线性调频信号等调制模式，在运算过程中将信号能量和能量的平方通过二阶距和四阶距的平方以及开方运算消除未知的单独的信号能量和噪声能量，这样就可以利用接收的信号的总能量来获得信噪比估计值，称之为盲估计。
.JlM22-M,SNRm2m, = V ^ --.
M1-^lM22-Μ,]d:为了在传输过程中用有限的位宽更好的表示信噪比值，将其转化问dBm的形式，并加入一定的修正值来作为最终的信噪比传输数值。SNRwm = IO Iog10 SNRm2m4 + Δ-办其中Anwdify是根据信道情况来进行修正的，对于不同的通信环境需要修正的值可以有改动。(5)重复步骤(3)到(4)，获得N个信噪比估计值，并将N个信噪比估计值进行平均得到信噪比估计平均值，即为当前频点的信道信噪比；
权利要求
1.一种用于认知无线电系统中获取信噪比的方法，其特征在于该方法基于线性调频信号来实现的，具体包括以下步骤 (1)节点发送信道估计信令，轮询已经接入的终端并对终端进行信道估计； (2)终端对接收到的线性调频信号进行解调解扩，并通过位定时获得最佳采样点； (3)通过最佳采样点分别获得线性调频信号的二阶距和四阶距，并由接收序列的时间平均计算得到线性调频信号二阶距和四阶距的平均值； (4)根据线性调频信号的二阶距和四阶距的平均值计算获得此段时间接收序列的信噪比估计值； (5)重复步骤(3)到(4)，获得N个信噪比估计值，并将N个信噪比估计值进行平均得到信噪比估计平均值，即为当前频点的信道信噪比；其中，N为大于I的正整数； (6)节点对终端的多个频点分别进行上述的信噪比估计，得到各频点信噪比估计值； (7)终端将多个频点的信噪比估计值上传给节点，通过附带信息节点同样完成多个频点的信噪比估计，节点通过频率和速率选择策略对本地估计和终端的估计结果选择出一个最佳频点，并通知所有的终端，各终端轮询注册，注册结束后开始根据最佳的频点和速率开始通信。
2.根据权利要求I所述的一种用于认知无线电系统中获取信噪比的方法，其特征在于，步骤(4)中根据获得的信号的二阶距和四阶距的平均值获得信号的信噪比估计值，是采用以下公式计算的
3.根据权利要求2所述的一种用于认知无线电系统中获取信噪比的方法，其特征在于为了在传输过程中用有限的位宽更好的表示信噪比值，将其转化为dBm的形式，并加入一定的修正值来作为最终的信噪比传输数值
4.根据权利要求I所述的一种用于认知无线电系统中获取信噪比的方法，其特征在于步骤(I)中的信道估计信令的波形为80kbps。
全文摘要
本发明公开了一种用于认知无线电系统中获取信噪比的方法，认知无线电包括三大要素，分别是感知、自适应和学习，该方法中涉及认知无线电系统的自适应控制和自适应选择领域。它提出一种快速盲信噪比估计方法，利用通信过程中的任何信号就可以快速进行信噪比估计，并将估计出的信噪比上传给相对应的节点，且节点在接收上传信息的同时完成本节点的信噪比估计。为了实现速率以及频率的自适应来达到有效传输，本方法通过实时对信道状态进行估计并学习来实现自适应控制，自适应选择最佳通信频点和通信速率，在通信不间断的情况下使系统以最优的速率和最佳的频点进行通信。
文档编号H04B17/00GK102833019SQ201210321640
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者卢泳兵, 石玉景 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所