基于噪声近似处理的双阶段频率估计方法
【专利摘要】本发明提供的是一种基于噪声近似处理的双阶段频率估计方法。该方法将频率估计分为频率粗估计和频率精估计两个阶段进行。在频率粗估计阶段，利用傅里叶变换对含有加性干扰噪声的信号进行频率估计，得到一个粗略的估计值。之后利用信号处理相关技术，构造一个以真实频率和粗估计频率的差值为频率的频差信号。在频率精估计阶段，利用噪声近似理论，对信号进行噪声近似处理，之后利用最小二乘估计算法，得到更为精确的频率估计值。本发明能够降低信噪比门限，提高频率估计的精度。
【专利说明】基于噪声近似处理的双阶段频率估计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种信号处理的参数估计方法，属于无线通信系统的信号检测领域。
【背景技术】
[0002]在信号处理领域和无线通信系统中，接收信号的频率估计问题已经引起了人们的广泛注意。在无线信号的传输过程中，信号会受到反射、散射、干扰、多径和多普勒效应的影响，使得在信号接收机终端接收的信号已经和发射机发射的原始信号有很大的不同，因此只有从未知的信号中正确的估计出信号频率，才能从混合接收信号中解调出需要的有用信号。
[0003]最为常用而且简单有效的频率估计方法就是利用傅里叶变换(DFT)将时域信号变成频域信号，再根据其频谱特性估计其频率值。但是由于傅里叶变换的精度与信号的长度成正比，且受到栅栏效应和频率能量泄露的影响，使得傅里叶频率估计方法的精度不是很高，很难满足人们对频率估计高精度的要求。
[0004]图1给出了应用DFT进行频率估计得到的信号频谱图。如图1所示，利用DFT得到
的信号频谱是离散的。假设信号的 采样点数为N，则DFT方法的最小分辨率为也就是说
N
2ι
相邻的两条频谱线之间的间隔为在图1所示的实验中，信号的实际频率为f=0.2361，
JV
该值位于DFT的两条谱线4=0.233和f2=0.239之间，因此导致了使用DFT算法进行频率估计时，会产生一定的估计偏差。
[0005]为了提高傅里叶频率估计方法的精度，一些改进的傅里叶频率估计方法被人们提出。这些方法主要包括DFT插值法和DFT比值法，其主要思想是在离真实信号频率最近的两个频谱线之间插入新的谱线，或根据这两个谱线的值的比值对估计值进行修正。但是由于干扰噪声的影响，在信噪比较低的情况下这些方法可能会导致错误的插值区间判断和错误的谱线比值计算，因此不但不能降低原始的估计误差，反而会引入更大的修正误差。
[0006]其他一些提高信号频率估计的方法主要包括有子空间算法(MUSIC算法为代表)、最大概率密度(ML)算法和一些迭代DFT算法(IFEIFC算法为代表)。这些算法虽然能在一定程度上提高频率估计的精度，但是他们所需要的计算复杂度很高，因此并不适用于实际的信号接收机的信号处理过程。
[0007]在实际的接收信号中，信号处理所需要估计的频率信息存在于在有用信号的相位之中，而由于加性噪声的存在，使得人们无法直接从接收信号中提取有用信号的相位信息。噪声近似理论为人们处理信号噪声提供了一种有效的工具。设信号模型为:
[0008]r (n) =Aexp [ j ( Φ 0+wnts) ] +ζ (η) η=1，2，...，N
[0009]其中，A是彳目号的幅度，Φ0是彳目号的初始相位，w是彳目号的角频率，ts是米样周期，N是信号长度，z(n)是服从复高斯分布的加性噪声，其均值为0，方差为σζ。[0010]于是可得信号的信噪比为SNR^A2/ O z。将信号r (η)用另一种形式描述为:
[0011]r (η) = [1+ν (η) ] Aexp [j ( Φ 0+wnts)]
[0012]其中，
【权利要求】
1.一种基于噪声近似处理的双阶段频率估计方法，其特征是: 步骤一:频率粗估计 (1)信号的接收 通信系统中的接收信号一般用含有噪声的复正弦信号进行表示，经过接收机终端采样后，实际处理的信号为:
X (n) =Aexp [ j ( Φ 0+2 π fnts) ] +v (n) n=l, 2,..., N 其中，A是信号的幅度，cK是信号的初始相位，f是信号的频率，ts是采样周期，N是信号长度，V (η)是服从高斯分布的加性噪声、其均值为O方差为σ2，频率粗估计阶段的任务是完成对接收信号X (η)的频率粗估计； (2)DFT频率估计 在接收到信号X (η)后，对时域的接收信号X (η)进行傅里叶变换，得相应的频域信号为
2.根据权利要求1所述的基于噪声近似处理的双阶段频率估计方法，其特征是所述的频差信号的叠加处理的最优的叠加长度的选择方法为: 定义S(P)经过噪声近似处理后的信号为 s' (P)=A' θχρυ[φ0' +2 31 Δ fpTs+ep]} 定义一个比例参数G来衡量噪声近似处理对原始信号的改变情况:
【文档编号】H04L25/03GK103795660SQ201410047876
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月11日 优先权日:2014年2月11日
【发明者】徐定杰, 殷波, 祁艳杰, 王伟, 马跃华 申请人:哈尔滨工程大学