一种信号带宽估计方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种信号带宽估计方法及装置，其中，信号带宽估计方法包括：将接收信号进行N级Welch变换，其中，根据前一级Welch变换对带宽进行粗估来调整本级Welch变换窗函数的窗长度，最后得到N级Welch变换的功率谱；根据所述功率谱的最大值对所述功率谱进行修正；对修正后的功率谱进行逐点差分，并确定差分结果中的最大值点和最小值点；根据所述差分结果中的最大值点和最小值点得到信号带宽估计值，本发明实施例信号带宽估计方法及装置提高估计带宽的精度。
【专利说明】一种信号带宽估计方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线电【技术领域】，尤其涉及一种信号带宽估计方法及装置。
【背景技术】
[0002]在无线电【技术领域】内，当可能有很多信号同时进入信号接收机，而信号的调制方式、带宽大小均可能不同，则虽然接收了信号，但却未知接收的信号的带宽大小、调制类型、载频等信息。因此，需要将接收到的信号进行估计得出信号各自的带宽，从而后续对信号进行参数估计、调制识别、解调等处理。
[0003]常见的带宽估计方法包括均方根法(Root Mean Square Method，RMSM)，自相关法，最大熵法(Maximum Entropy Method, MEM)和能量集中法(Energy IntegrationMethod, EM)等。上述这些方法通常是直接根据信号的功率谱进行带宽估计，由于功率谱本身的起伏比较剧烈，并且毛刺较多，往往导致估计精度的下降。
【发明内容】
[0004]本发明实施例的目的是提供一种信号带宽估计方法及装置，提高估计带宽的精度。
[0005]本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种信号带宽估计方法，包括:
[0007]将接收信号进行N级Welch变换，其中，根据前一级Welch变换对带宽进行粗估来调整本级Welch变换窗函数的窗长度，最后得到N级Welch变换的功率谱；
[0008]根据所述功率谱的最大值对所述功率谱进行修正；
[0009]对修正后的功率谱进行逐点差分，并确定差分结果中的最大值点和最小值点；
[0010]根据所述差分结果中的最大值点和最小值点得到信号带宽估计值。
[0011]一种信号带宽估计装置，包括:
[0012]Welch变换单元，用于将接收信号进行N级Welch变换，其中，根据前一级Welch变换对带宽进行粗估来调整本级Welch变换窗函数的窗长度，最后得到N级Welch变换的功率谱；
[0013]修正单元，用于根据所述功率谱的最大值对所述功率谱进行修正；
[0014]差分单元，用于对修正后的功率谱进行逐点差分，并确定差分结果中的最大值点和最小值点；
[0015]估计单元，用于根据所述差分结果中的最大值点和最小值点得到信号带宽估计值。
[0016]由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，通过调整Welch变换中的窗函数得到高分辨率的曲线，再对功率谱进行修正差分，提高带宽估计的精度，实现在未知信号的参数时盲估计带宽的精度。【专利附图】
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0018]图1为本发明实施例提供的信号带宽估计方法流程示意图。
[0019]图2为本发明实施例提供的信号带宽估计方法中BPSK (Binary Phase ShiftKeying，二相相移键控)调制框图。
[0020]图3为本发明实施例提供的信号带宽估计方法中4级Welch变换的功率谱示意图。
[0021]图4为本发明实施例提供的信号带宽估计方法中功率谱修正后示意图。
[0022]图5为本发明实施例提供的信号带宽估计方法中功率谱差分后示意图。
[0023]图6为本发明实施例提供的信号带宽估计方法应用流程示意图。
[0024]图7为本发明实施例提供的信号带宽估计装置构成示意图。
[0025]图8为本发明实施例提供的信号带宽估计方法中仿真实验数据示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0027]如图1所示，本发明实施例提供一种信号带宽估计方法，包括:
[0028]步骤11、将接收信号进行N级Welch变换，其中，根据前一级Welch变换对带宽进行粗估来调整本级Welch变换窗函数的窗长度，最后得到N级Welch变换的功率谱；
[0029]步骤12、根据所述功率谱的最大值对所述功率谱进行修正；
[0030]步骤13、对修正后的功率谱进行逐点差分，并确定差分结果中的最大值点和最小值点；
[0031]步骤14、根据所述差分结果中的最大值点和最小值点得到信号带宽估计值。
[0032]由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，信号带宽估计方法，通过调整WeIch变换中的窗函数得到高分辨率的曲线，再对功率谱进行修正差分，提高带宽估计的精度，实现在未知信号的参数时盲估计带宽的精度。
[0033]如图2所示，本发明实施例提供的一种数字信号调制方式的示意图，图示为BPSK调制，假设待估计的原始带通信号序列为r (η)，该r (η)是信号通过接收机前端带通滤波和数字化采样(采样频率fs)之后输出的。
[0034]本领域技术人员可以理解,多种数字调制方式,如ASK(Amplitude shift keying,幅移键控)、2FSK (Frequency-shift keying,频移键控)、4FSK、8PSK、BPSK (Binary PhaseShift Keying, 二相相移键控)、QPSK (Quadrature Phase Shift Keying,正交相移键控)、16QAM (Quadrature Amplitude Modulation,正交振幅调制)方式均可以适用。
[0035]本领域技术人员可以理解，任意带通滤波特性和采样频率下的接收信号均可以适用，并且本发明实施例信号带宽估计方法可以实现较高的准确性和稳定性。
[0036]当N等于4时，即将接收信号(通过接收机前端带通滤波和数字化采样之后输出的信号)进行4级Welch变换:
[0037](a)、第一级Welch变换包括:
[0038]根据固定窗长度Ltl进行第一级Welch变换，对第一级Welch变换后的功率谱估计3dB带宽得到第一级带宽估计值B1,以及根据第一级带宽估计值B1得到第二级Welch变换的窗长度L1,
[0039]其中，所述固定窗长度Ltl为150的Hanning(汉宁)窗。
[0040]ο j = fs/(IO^B1)
[0041]L1 = fix (100+30* ( σ rl))
[0042]其中，fs表示接收信号的采样频率,B1表示第一级带宽估计值，σ ?表示调整系数，L1表示第二级Welch变换的窗长度，fix O函数表示取整。
[0043]这里，简单说明估计3dB带宽:
[0044]3dB带宽，也就是半功率点，对应的带宽就是功率在减少至其一半以前的频带宽度。
[0045]此处3dB带宽的估计用的方法是:在得到第一级Welch变换的功率谱图之后，找到功率谱图中的最大值点和最大值，由最大值点处向两边进行遍历到最大值的1/2点处，得到左右两个3dB带宽的端点wL和wH，然后根据以下公式求3dB带宽:
[0046]
【权利要求】
1.一种信号带宽估计方法，其特征在于，包括: 将接收信号进行N级Welch变换，其中，根据前一级Welch变换对带宽进行粗估来调整本级Welch变换窗函数的窗长度，最后得到N级Welch变换的功率谱； 根据所述功率谱的最大值对所述功率谱进行修正； 对修正后的功率谱进行逐点差分，并确定差分结果中的最大值点和最小值点； 根据所述差分结果中的最大值点和最小值点得到信号带宽估计值。
2.根据权利要求1所述的信号带宽估计方法，其特征在于，N等于4时， (a)、第一级Welch变换包括: 根据固定窗长度Ltl进行第一级Welch变换，对第一级Welch变换后的功率谱估计3dB带宽得到第一级带宽估计值B1,以及根据第一级带宽估计值B1得到第二级Welch变换的窗长度L1, 其中，所述固定窗长度Ltl为150的Hanning汉宁窗， σ ! = V(IO^B1)
L1 = fix(100+30*( σ「I)) 其中，fs表示接收信号的采样频率，B1表示第一级带宽估计值，σ i表示调整系数,L1表示第二级Welch变换的窗长度，fix O函数表示取整； (b)、第二级Welch变换包括: 据第二级Welch变换的窗长度L1进行第二级Welch变换，对第二级Welch变换后的功率谱估计3dB带宽得到第二级带宽估计值B2,以及根据第二级带宽估计值B2得到第三级Welch变换的窗长度L2,
O2= fs/(10*B2)
L2 = fix (100+60* ( σ 2-1)) 其中，fs表示接收信号的采样频率，B2表示第二级带宽估计值，σ 2表示调整系数，L2表示第三级Welch变换的窗长度，fix O函数表示取整； (C)、第三级Welch变换包括: 据第三级Welch变换的窗长度L2进行第三级Welch变换，对第三级Welch变换后的功率谱估计OdB带宽得到第三级带宽估计值B3,以及根据第三级带宽估计值B3得到第四级Welch变换的窗长度L3,σ 3 = 2*fs/(IO^B3)
L3 = fix (200+150* ( σ 3-1)) 其中，fs表示接收信号的采样频率，B3表示第三级带宽估计值，σ 3为调整系数，L3表示第四级Welch变换的窗长度，fix()函数表示取整； (d)、第四级Welch变换包括: 据第四级Welch变换的窗长度L3进行第四级Welch变换，得到4级Welch变换功率谱。
3.根据权利要求2所述的信号带宽估计方法，其特征在于，根据所述功率谱的最大值对所述功率谱进行修正，包括: 确定所述功率谱的最大值； 以所述功率谱的最大值为中心向两边遍历得到两个修正点，所述修正点的值为所述功率谱的最大值的1/M，所述M取值范围为3-40 ；将两个修正点之间的各点修正为所述功率谱的最大值，得到修正后的功率谱。
4.根据权利要求3所述的信号带宽估计方法，其特征在于，所述对修正后的功率谱进行逐点差分，并确定差分结果中的最大值点和最小值点，包括； 计算修正后的功率谱中每个点与其横坐标轴方向左相邻点的差值，以及每个点与其横坐标轴方向右相邻后点的差值； 从差分结果中确定最大值点和最小值点。
5.根据权利要求4所述的信号带宽估计方法，其特征在于，所述根据所述差分结果中的最大值点和最小值点得到信号带宽估计值，包括: 根据差分结果中的最大值点搜索横坐标轴方向左侧的第一个零点； 根据差分结果中的最小值点搜索横坐标轴方向右侧的第一个零点； 将所述两个零点作为信号带宽的两个端点I和％，则所述信号带宽B的估计值为:
6.一种信号带宽估计装置，其特征在于，包括: Welch变换单元，用于将接收信号进行N级Welch变换，其中，根据前一级Welch变换对带宽进行粗估来调整本级Welch变换窗函数的窗长度，最后得到N级Welch变换的功率谱； 修正单元，用于根据所述功率谱的最大值对所述功率谱进行修正； 差分单元，用于对修正后的功率谱进行逐点差分，并确定差分结果中的最大值点和最小值点； 估计单元，用于根据所述差分结果中的最大值点和最小值点得到信号带宽估计值。
7.根据权利要求6所述的信号带宽估计装置，其特征在于，所述Welch变换单元，具体用于，N等于4时， (a)、第一级Welch变换: 根据固定窗长度Ltl进行第一级Welch变换，对第一级Welch变换后的功率谱估计3dB带宽得到第一级带宽估计值B1,以及根据第一级带宽估计值B1得到第二级Welch变换的窗长度L1, 其中，所述固定窗长度Ltl为150的Hanning汉宁窗，
8.根据权利要求7所述的信号带宽估计装置，其特征在于，所述修正单元，具体用于: 确定所述功率谱的最大值； 以所述功率谱的最大值为中心向两边遍历得到两个修正点，所述修正点的值为所述功率谱的最大值的1/M，所述M取值范围为3-40 ； 将两个修正点之间的各点修正为所述功率谱的最大值，得到修正后的功率谱。
9.根据权利要求8所述的信号带宽估计装置，其特征在于，所述差分单元，具体用于: 计算修正后的功率谱中每个点与其横坐标轴方向左相邻点的差值，以及每个点与其横坐标轴方向右相邻后点的差值； 从差分结果中确定最大值点和最小值点。
10.根据权利要求9所述的信号带宽估计装置，其特征在于，所述估计单元，具体用于: 根据差分结果中的最大值点搜索横坐标轴方向左侧的第一个零点； 根据差分结果中的最小值点搜索横坐标轴方向右侧的第一个零点； 将所述两个零点作为信号带宽的两个端点I和％，则所述信号带宽B的估计值为:
【文档编号】H04L25/02GK103634245SQ201310655006
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】王佳, 吴涛, 刘丹谱, 刘少林, 尹长川, 郝建军, 罗涛, 李剑峰 申请人:北京邮电大学