一种定时偏差的对称折半查找估计值的有效性的判定方法

摘要

一种定时偏差的对称折半查找估计值的有效性的判定方法，应用于第n次迭代定时偏差估计运算中，用于从两个不同的残余定时偏差预估计值中筛选出有效估计值，包括步骤：分别计算信号样本序列r1中的数字调制符号的总能量P1和信号样本序列r2中的数字调制符号的总能量P2；根据P1和P2的大小关系，判定残余定时偏差预估计值τ1[n]和τ2[n]的有效性，规则如下：如果P1＞P2,则判定预估计值τ1[n]有效，取τvalid[n]＝τ1[n]；否则，判定预估计值τ2[n]有效，取τvalid[n]＝τ2[n]。该方法是盲判定方法，无需导频辅助，只要使用足够多的符号，即使在低信噪比条件下仍然能够获得良好的判定性能。

权利要求

1.一种定时偏差的对称折半查找估计值的有效性的判定方法，其特征在于，应用于第n次迭代定时偏差估计运算中，用符号τ1[n]和τ2[n]分别表示生成的两个对称的残余定时偏差预估计值；用符号 表示定时偏差修正器根据残余定时偏差预估计值τi[n],i＝1,2对输入突发信号帧进行定时偏差修正后得到的修正结果；用符号τvalid[n]表示从两个不同的残余定时偏差预估计值中筛选出的有效估计值；

从定时偏差修正结果 中截取一段样本数为L＝KM的信号样本序列i i

其中，rl表示信号样本，K表示样本序列r中包含的数字调制符号的个数，M≥2表示符号的过采样倍数；

对于第n次迭代定时偏差估计运算，所述判定方法包括步骤：

1 1

S100、计算信号样本序列r中的数字调制符号的总能量P：

1 1

S101、分别以信号样本 r1 ,…, 为起点，以M为采样周期，从样本序列r中抽取样

1 1

本，将样本序列r分成样本数量相等的M组子样本序列 其中， 表示从样本序列r中抽取出的第m组子样本序列，有S102、分别计算M组子样本序列 的样本总能量，得其中，|·|表示复数的模；

1

S103、找出 的最大值，作为信号样本序列r中的数字调制符号的总能量

2 2

S200、计算信号样本序列r中的数字调制符号的总能量P：

2 2

S201、分别以信号样本 r1 ,…, 为起点，以M为采样周期，从样本序列r中抽取样

2 2

本，将样本序列r 分成样本数量相等的M组子样本序列 其中， 表示从样本序列r中抽取出的第m组子样本序列，有S202、分别计算M组子样本序列 的样本总能量，得其中，|·|表示复数的模；

2

S203、找出 的最大值，作为信号样本序列r中的数字调制符号的总能量，

1 2

S300、根据P和P的大小关系，判定残余定时偏差预估计值τ1[n]和τ2[n]的有效性，规则如下：

1 2

如果P＞P ,则判定预估计值τ1[n]有效，取τvalid[n]＝τ1[n]；

否则，判定预估计值τ2[n]有效，取τvalid[n]＝τ2[n]。

说明书

一种定时偏差的对称折半查找估计值的有效性的判定方法

技术领域

[0001] 本发明涉及数字通信技术中的检测技术，尤其涉及一种定时偏差的对称折半查找估计值的有效性的判定方法。

背景技术

[0002] 在全数字通信接收机中，符号同步用于从存在定时偏差的接收信号中准确地恢复出有用数据符号。典型的符号同步方法是：首先，采用某种统计估计方法对符号的定时偏差进行直接估计；然后根据定时偏差估计值对符号的定时偏差进行修正。因此，定时偏差估计方法的优劣将对符号同步性能的好坏产生直接影响。对于突发信号，在导频符号很少、符号过采样倍数很小、信噪比很低的条件下，常规的统计估计方法难以获得良好的估计性能。

[0003] 一种迭代定时偏差估计方法，在每一轮迭代过程中，根据定时偏差修正结果对两个对称的残余定时偏差预估计值的有效性进行判定，并输出有效估计值及其对应的有效修正结果，然后根据有效估计值更新定时偏差的累计估计值。在迭代完成时将定时偏差的累计估计值作为最终的定时偏差估计结果输出。在上述方法中，定时偏差预估计值有效性的判定步骤起着至关重要的作用。如果能够设计出切实可行的判定方法，那么上述迭代定时偏差估计方法就能够获得良好的估计性能。

发明内容

[0004] 为了解决上述相关现有技术问题，本发明提供一种定时偏差的对称折半查找估计值的有效性的判定方法，作为一种盲判定方法，无需导频辅助，只要使用足够多的符号，即使在低信噪比条件下仍然能够获得良好的判定性能。

[0005] 为了实现本发明的目的，本发明拟通过以下技术方案实现：

[0006] 一种定时偏差的对称折半查找估计值的有效性的判定方法，应用于第n次迭代定时偏差估计运算中，用符号τ1[n]和τ2[n]分别表示生成的两个对称的残余定时偏差预估计值；用符号 表示定时偏差修正器根据残余定时偏差预估计值τi[n],i＝1,2对输入突发信号帧进行定时偏差修正后得到的修正结果；用符号τvalid[n]表示从两个不同的残余定时偏差预估计值中筛选出的有效估计值；

[0007] 从定时偏差修正结果 中截取一段样本数为L＝KM的信号样本序i
列 其中，表示信号样本，K表示样本序列r中包含的数字调制符号的个
数，M≥2表示符号的过采样倍数；

[0008] 对于第n次迭代定时偏差估计运算，所述判定方法包括步骤：

[0009] S100、计算信号样本序列r1中的数字调制符号的总能量P1：

[0010] S101、分别以信号样本 为起点，以M为采样周期，从样本序列r1中抽取1
样本，将样本序列r 分成样本数量相等的M组子样本序列 其中， 表示从样本序列
1
r中抽取出的第m组子样本序列，有

[0011]

[0012] S102、分别计算M组子样本序列 的样本总能量，得

[0013]

[0014] 其中，|·|表示复数的模；

[0015] S103、找出 的最大值，作为信号样本序列r1中的数字调制符号的总能量[0016]

[0017] S200、计算信号样本序列r2中的数字调制符号的总能量P2：

[0018] S201、分别以信号样本 为起点，以M为采样周期，从样本序列r2中抽取2
样本，将样本序列r分成样本数量相等的M组子样本序列 其中， 表示从样本序列
2
r中抽取出的第m组子样本序列，有

[0019]

[0020] S202、分别计算M组子样本序列 的样本总能量，得

[0021]

[0022] 其中，|·|表示复数的模；2

[0023] S203、找出 的最大值，作为信号样本序列r中的数字调制符号的总能量，

[0024]

[0025] S300、根据P1和P2的大小关系，判定残余定时偏差预估计值τ1[n]和τ2[n]的有效性，规则如下：

[0026] 如果P1＞P2,则判定预估计值τ1[n]有效，取τvalid[n]＝τ1[n]；

[0027] 否则，判定预估计值τ2[n]有效，取τvalid[n]＝τ2[n]。

[0028] 本发明有益效果在于：

[0029] 提供一种定时偏差的对称折半查找估计值的有效性的判定方法，该方法是盲判定方法，无需导频辅助，只要使用足够多的符号，即使在低信噪比条件下仍然能够获得良好的判定性能。

附图说明

[0030] 图1是本发明所述方法的串行工作流程图。

[0031] 图2是本发明所述方法的并行工作流程图。

具体实施方式

[0032] 为了使本申请的目的、技术方案和具体实施方法更为清楚，结合附图实例对本申请进行进一步详细说明。

[0033] 本发明所述方法的设计思路如下：

[0034] 假设基带信号是线性调制信号。在接收端，以符号周期T为间隔对匹配滤波器的输出进行均匀采样，得到符号序列 其中

[0035]

[0036] a[n]是发送的数字调制符号(调制方式为PSK、APSK或QAM)，K是接收符号序列的长度，τ是接收符号y[k；τ]中存在定时偏差，θ[k]是接收符号y[k；τ]中存在相位偏差，w[k]是复高斯噪声，g(t)是广义等效奈奎斯特基带传输信道的冲激响应，具有如下性质：

[0037]

[0038] 将(2)式代入(1)式，整理可得： 其中，

[0039]

[0040] 如(3)式所示，s[k]是仅含有相位偏差的期望信号。由于s[k]与定时偏差τ无关，所以在定时偏差估计过程中可以将其视为未知但确定的信息。 是由复高斯噪声w[k]、jθ[k]幅度衰减的期望信号(g(‑τ)‑1)e a[k]和码间串扰信号 三
个分量共同组成的复噪声，且这三个分量是互相独立的随机变量。根据中心极限定理可知，近似服从复高斯分布。

[0041] 以符号y[k；τ‑τi]表示按照残余定时偏差预估计值τi,i＝1,2对y[k；τ]进行定时偏差修正后的结果，可得： 其中，

[0042]

[0043] w[k；‑τi]是复高斯噪声w[k]经过上述运算后的结果，是与w[k]同分布的复高斯噪声。根据中心极限定理可知， 仍然近似服从复高斯分布。根据(4)式可知，残余定时偏差预估计值τi越准确，则修正后剩余的定时偏差τ‑τi就越小，噪声 的功率就越小，进而，y[k；τ‑τi]与期望信号s[k]的距离也就越小。因此，判定残余定时偏差预估计值τ1和τ2哪一个有效等价于判定修正结果y[k；τ‑τ1]和y[k；τ‑τ2]哪一个与期望信号s[k]的距离更近。基于上述分析，定时偏差的对称折半查找估计值的有效性的判定方法可以描述为：如果

[0044] ||y[τ‑τ1]‑s||2＜||y[τ‑τ2]‑s||2,  (5)则判定预估计值τ1有效；否则，就判定预估计值τ2有效。在(5)式中，

[0045]

[0046] ||·||表示K维欧氏空间RK中的欧氏范数，即欧氏距离。

[0047] 对(5)式进行整理，得

[0048] ||y[τ‑τ1]||2‑2Re{sHy[τ‑τ1]}＜||y[τ‑τ2]||2‑2Re{sHy[τ‑τ2]},  (6)[0049] 其中，Re{·}表示复数的实部，(·)H表示共轭转置。分析(6)式可知，要比较不等号两边数量的大小关系，还需要确定未知量s的值。由于s与定时偏差τ无关，所以在定时偏差估计过程中可以将其视为未知但确定的信息，进而可以基于最大似然准则对其进行估计。根据上文分析可得y[τ‑τi]的分布为

[0050]

[0051] 其中， 是复高斯噪声 的方差。基于上述分布，对s进行最大似然估计，得

[0052]

[0053] 将(7)式代入(6)式，得

[0054] ||y[τ‑τ1]||2＞||y[τ‑τ2]||2,

[0055] 其中， 表示定时偏差修正后的符号序列的符号总能量，|·|表示复数的模。

[0056] 综上所述，定时偏差的对称折半查找估计值的有效性的判定方法可以描述为：如果

[0057] ||y[τ‑τ1]||2＞||y[τ‑τ2]||2,

[0058] 则判定预估计值τ1有效；否则，就判定预估计值τ2有效。

[0059] 一种可选的迭代定时偏差估计方法是基于对称折半查找逐次逼近原理的迭代定时偏差估计方法，该方法中，用符号BFmf表示接收机匹配滤波器输出的突发信号帧，BFmf是定时偏差估计器的输入。对于第n次迭代定时偏差估计运算，用符号τ1[n]和τ2[n]分别表示生成的两个对称的残余定时偏差预估计值；用符号TECinput[n]表示定时偏差修正器的输入；用符号 表示定时偏差修正器根据残余定时偏差预估计值τi[n],i＝1,2
对输入突发信号帧TECinput[n]进行定时偏差修正后得到的修正结果；用符号τvalid[n]表示从两个不同的残余定时偏差预估计值中筛选出的有效估计值；用符号TECvalid[n]表示从两个不同的修正结果中筛选出的有效修正结果；用符号 表示定时偏差的累积估计值，特别地，用符号 表示定时偏差累积估计值的初始值。该迭代定时偏差估计方法的框架如下：

[0060] 1、确定迭代次数N的值。

[0061] 2、初始化定时偏差的累积估计值：设置

[0062] 3、设置迭代计数器n，其取值为n＝1,2,…,N。对于第n次迭代定时偏差估计运算，分别执行如下操作：

[0063] 3.1、向定时偏差修正器输入数据。当n＝1时，TECinput[1]＝BFmf；当n＝2,3,…,N时，TECinput[n]＝TECvalid[n‑1]。

[0064] 3.2、生成两个对称的残余定时偏差预估计值，分别是 和

[0065] 3.3、定时偏差修正器根据生成的残余定时偏差预估计值τi[n],i＝1,2对输入突发信号帧TECinput[n]进行定时偏差修正，得到的修正结果

[0066] 3.4、根据修正结果对两个残余定时偏差预估计值的有效性进行判定，并输出有效估计值τvalid[n]及其对应的有效修正结果TECvalid[n]。

[0067] 3.5、更新定时偏差的累积估计值：

[0068] 4、判断N次迭代定时偏差估计运算是否完成，如果完成，则将 作为定时偏差的最终估计结果输出；如果没有完成，则返回第3步，继续执行上述迭代定时偏差估计运算。

[0069] 在上述方法中，步骤3.4起着至关重要的作用。

[0070] 本申请实施例提供一种定时偏差的对称折半查找估计值的有效性的判定方法，可应用于完成上述步骤3.4中涉及的有效性判定。

[0071] 在使用本申请实施例之前，根据实际应用的需要，从定时偏差修正结果中截取一段样本数为L＝KM的信号样本序列 其中，i
表示信号样本，K表示样本序列r中包含的数字调制符号的个数，M≥2表示符号的过采样倍数。

[0072] 在基于对称折半查找逐次逼近原理的迭代定时偏差估计方法的每一次迭代估计运算中，都要使用本申请实施例进行残余定时偏差预估计值的有效性判定。对于第n次迭代定时偏差估计运算，参考如图1、图2，本申请实施例的具体步骤如下：

[0073] S100、计算信号样本序列r1中的数字调制符号的总能量P1，具体方法如下：

[0074] S101、分别以信号样本 为起点，以M为采样周期，从样本序列r1中抽取1
样本，将样本序列r分成样本数量相等的M组子样本序列 其中， 表示从样本序列
1
r中抽取出的第m组子样本序列，有

[0075]

[0076] S102、分别计算M组子样本序列 的样本总能量，得

[0077]

[0078] 其中，|·|表示复数的模。1

[0079] S103、找出 的最大值，此值就是信号样本序列r中的数字调制符号的总能量，即

[0080]

[0081] S200、计算信号样本序列r2中的数字调制符号的总能量P2，具体方法如下：2

[0082] S201、分别以信号样本 为起点，以M为采样周期，从样本序列r中抽取2
样本，将样本序列r分成样本数量相等的M组子样本序列 其中， 表示从样本序列
2
r中抽取出的第m组子样本序列，有

[0083]

[0084] S202、分别计算M组子样本序列 的样本总能量，得

[0085]

[0086] 其中，|·|表示复数的模。

[0087] S203、找出 的最大值，此值就是信号样本序列r2中的数字调制符号的总能量，即

[0088]

[0089] S300、根据P1和P2的大小关系，判定残余定时偏差预估计值τ1[n]和τ2[n]的有效性，规则如下：如果

[0090] P1＞P2,

[0091] 则判定预估计值τ1[n]有效，取τvalid[n]＝τ1[n]；否则，判定预估计值τ2[n]有效，取τvalid[n]＝τ2[n]。