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一種underlay頻譜共享下時頻重疊MASK信號的載頻估計方法

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一種underlay頻譜共享下時頻重疊MASK信號的載頻估計方法
【專利摘要】本發明公開了一種underlay頻譜共享下時頻重疊MASK信號的載頻估計方法,包括:對接收到的時頻重疊MASK信號計算循環雙譜的對角切片譜,并截取f=0截面;利用基于L0范數最小化的優化算法對譜線消噪和增強;對譜線分段加窗并設定局部閾值,且僅保留大于閾值的離散譜線;計算每個窗內譜線的強度均值比,并搜索每個窗內譜線的強度均值比的局部最大值,統計局部最大值并按大小進行排序;根據時頻重疊信號分量的個數,按大小順序取得局部最大值所對應的頻率分別就為時頻重疊MASK信號的載波頻率。本發明在低信噪比環境下具有良好的估計性能;對于任意兩個信號重疊或三個信號重疊的情況,當信噪大于?5dB時,載波頻率的估計性能較好。
【專利說明】
-種under I ay頻譜共享下時頻重疊 MASK信號的載頻估計方法
技術領域
[0001] 本發明屬于通信技術領域,尤其設及一種underlay頻譜共享下時頻重疊MASK信號 的載頻估計方法。
【背景技術】
[0002] 在underlay頻譜共享方式下,主用戶和多個此用戶共享頻譜,從而提高頻譜利用 率。此時,主用戶和次用戶在時域上完全重疊,頻域上部分重疊,且信號之間相互獨立。在 underlay認知無線電中,次用戶在不超過干擾溫度的前提下,可W與主用戶共用頻譜,其中 載波頻率是干擾溫度的主要參數,因此測量干擾溫度需要進行載波頻率的估計。
[0003] 目前對時頻重疊信號的參數估計研究較少。于寧宇等人利用循環譜包絡對時頻重 疊信號的載波頻率進行估計,但是該方法僅適用于BPSK調制信號(于寧宇,馬紅光,石榮,石 磊.基于二階循環統計量的BPSK參數估計[J].系統工程與電子技術,2011,33(9).)。朱波提 出利用能量中屯、的頻譜細化方法估計重疊信號的載波頻率,但是該方法在低信噪比下估計 精度較差(朱波。基于小波的單信道時頻重疊信號參數分析與實現研究[D] ,2010,成都,電 子科技大學,碩±學位論文.)。王青紅等人利用信號的四階循環累積量估計時頻重疊信號 的載頻,但該方法要求采樣頻率要大于信號的四倍載頻(王青紅,彭華,王彬,等.基于循環 累積量的共信道多信號檢測和信號源個數估計算法[J].信息工程大學學報,2012,13(2): 184-188.),而針對于時頻重疊MASK信號的載波頻率估計方法的研究較少。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的在于提供一種underlay頻譜共享下時頻重疊MASK信號的載頻估計 方法,旨在解決目前對時頻重疊信號的參數估計方法存在精度較差,適用性差的問題。
[0005] 本發明是運樣實現的,一種underlay頻譜共享下時頻重疊MASK信號的載頻估計方 法,所述頻譜共享下時頻重疊MSK信號的載頻估計方法包括W下步驟:
[0006] 步驟一,對接收到的時頻重疊MASK信號計算循環雙譜的對角切片譜,并截取f = 0 截面;
[0007] 步驟二,利用基于Lo范數最小化的優化算法對譜線消噪和增強;
[000引步驟=,對譜線分段加窗并設定局部闊值,且僅保留大于闊值的離散譜線;
[0009] 步驟四,計算每個窗內譜線的強度均值比,并捜索每個窗內譜線的強度均值比的 局部最大值,統計局部最大值并按大小進行排序;
[0010] 步驟五,根據時頻重疊信號分量的個數,按大小順序取得局部最大值所對應的頻 率分別就為時頻重疊MASK信號的載波頻率。
[0011] 進一步,所述的對接收到的時頻重疊MASK信號計算循環雙譜的對角切片譜,并截 取在f = 0的截面按W下進行:
[0012] 時頻重疊MASK的信號模型表示為:
[0013]
;
[0014] 其中,N為時頻重疊信號的信號分量個數,n(t)是加性高斯白噪聲,si(t)為時頻重 疊信號的信號分量,表不3
,式中Ai表不信號分 量的幅度,ai(m)表示信號分量的碼元符號,p(t)表示成型濾波函數,Tl表示信號分量的碼元 周期,fu表示信號分量的載波頻率,0W表示信號分量的相位;
[0015] MASK信號的循環雙譜的對角切片譜表示為:
[0016]
[0017]其中,y(t)表示MASK信號,a是y(t)的循環頻率,fc表示信號的載波頻率,T是信號 的碼元周期,k為整數
,Ca,3表示隨機序列a的S階累積量,SQ是沖激函數,P(f)是 成型脈沖函數,表達式為:
[001 引
[0019] 對循環雙譜的對巧切片譜取f= 0截面得到:
[0020]
[0021] 循環雙譜的對角切片譜滿足線性疊加性,則時頻重疊MASK信號循環雙譜的對角切 片譜的東化立責.
[0022]
[0023] 其中,Q是常數,與第i個信號分量的調制方式有關,Tl是第i個信號分量的碼元周 期;
[0024] 截取其在f = 0的截面:
[0025]
[0026] 對于時頻混疊信號循環雙譜的對角切片譜的f = 0,在a = f。處存在峰值,并攜有信 號的載頻信息。
[0027] 進一步,所述基于Lo范數最小化的優化算法包括:
[0028] 基于Lo范數最小化的優化算法為:
[0029]
[0030] 其中,f表示待處理的譜線向量,維數為VXl,e表示處理后的譜線向量,維數為VX l;〇BV表示BXV維的測量矩陣,其中,Obv取用隨機的高斯矩陣,I M h表示向量的2范數,M 10表示向量的0范數;
[0031] 優化算法采用的迭代公式為:
[0032]
[0033]
[0034] 其中,fw表示第j次迭代得到的譜線向量,S表示O的最大特征值,r表示對 矩陣求轉置,k~(1,V),X = 0/4,O表示噪聲的標準差,由下式求得:
[0035] o=Median( If I )/0.6745;
[0036] 其中,Median表示求向量中元素的中位數;
[0037] 優化算法的終止條件為:
[003引 I |f(j")-f(j) I
[0039] 其中,e為根據經驗設定的值。
[0040] 進一步,所述對譜線分段加窗并設定局部闊值方法包括:
[0041] 局部闊值設定為z*(/,其中,Z為一常數,(/是每一個窗內的譜線的幅度標準差,定 義為:
[0042]
[0043] 其中,Q為每個窗內的譜線條數,I S(fi) I表示頻率為fi的譜線對應的幅度值。
[0044] 進一步,所述計算每個窗內運些譜線的強度均值比,并捜索每個窗內譜線的強度 均值比的局部最大值具體包括:
[0045] 譜線強度均值比I I(fi) I的表達式為:
[0046]
[0047] 對每一個窗內的譜線求強度均值比,并捜索得到窗內強度均值比的局部最大值I I (fo) I,f〇為一個窗內強度均值比最大值所對應的頻率。
[004引本發明提供的underlay頻譜共享下時頻重疊MASK信號的載頻估計方法,在低信噪 比環境下具有良好的估計性能;對于任意兩個信號重疊或=個信號重疊的情況,當信噪大 于-5地時,載波頻率的估計性能較好。
【附圖說明】
[0049]圖1是本發明實施例提供的underlay頻譜共享下時頻重疊MASK信號的載頻估計方 法流程圖。
[0050] 圖2是本發明實施例提供的實施例的流程圖。
[0051] 圖3是本發明實施例提供的針對時頻重疊多個信號在不同信噪比下載頻估計的歸 一化均方誤差示意圖。
【具體實施方式】
[0052] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白,W下結合實施例,對本發明 進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發明,并不用于 限定本發明。
[0053] 下面結合附圖對本發明的應用原理作詳細的描述。
[0054] 如圖1所示,本發明實施例的underlay頻譜共享下時頻重疊MASK信號的載頻估計 方法包括W下步驟:
[0055] SlOl:對接收到的時頻重疊MASK信號計算循環雙譜的對角切片譜并截取f = 0截 面;
[0056] S102:利用基于Lo范數最小化的優化算法進行譜線消噪和增強;
[0057] S103:對譜線分段加窗并設定局部闊值,且僅保留大于闊值的離散譜線;
[0058] S104:計算每個窗內運些譜線的強度均值比,并捜索每個窗內譜線的強度均值比 的局部最大值,統計運些局部最大值并按大小進行排序;
[0059] S105:根據時頻重疊信號分量的個數,按大小順序取得局部最大值所對應的頻率 分別就為時頻重疊MASK信號的載波頻率。
[0060] 下面結合具體實施例對本發明的應用原理作進一步的描述。
[0061 ]如圖2所示,本發明實施例的underlay頻譜共享下時頻重疊MASK信號的載頻估計 方法,所述方法包括W下步驟:
[0062] 1、對接收到的時頻重疊MASK信號計算循環雙譜的對角切片譜,并截取其在f = 0截 面;
[0063] 所述的對接收到的時頻重疊MASK信號計算循環雙譜的對角切片譜,并截取其在f =0的截面按W下進行:
[0064] 時頻重疊MASK的信號模型表示為:
[00 化]
[0066] 其中,N為時頻重疊信號的信號分量個數,n(t)是加性高斯白噪聲,si(t)為時頻重 疊信號的信號分量,其表示為-
,式中Al表示信號 分量的幅度,ai(m)表示信號分量的碼元符號,p(t)表示成型濾波函數,Tl表示信號分量的碼 元周期,fu表示信號分量的載波頻率,觀表示信號分量的相位。
[0067] MASK信號的循環雙譜的對角切片譜表示為:
[006引
[0069]其中,y (t)表示MASK信號,a是y (t)的循環頻率,f C表示信號的載波頻率,T是信號 的碼元周期,k為整數, ,Ca,3表示隨機序列a的S階累積量,SQ是沖激函數,P(f)是
[0070] 成型脈沖函數,表達式為:
[0071 ] M術楷H'、IM巧切片譜取f = 0親而得毛1|;
[0072]
[0073] 由上面式子可W看出,對于MASK信號,其循環雙譜的對角切片譜的f = 0截面,在a = fc(僅考慮〇>0的情況)處存在峰值,并攜有信號的載頻信息。由于循環雙譜的對角切片
^純化衰巾巾化_麵時麻舌衰MASK倍鳥偏歷抑譜的對值巧片譜的夫!女井責.
[0074]
[00巧]其中,供是常數,與第i個信號分量的調制方式有關,Tl是第i個信號分量的碼元周 期。
[0076] 截取其在f = 0的截面:
[0077]
[007引 W上看出,對于時頻混疊信號循環雙譜的對角切片譜的f = 0,在a = fc(僅考慮曰> 0的情況)處存在峰值,并攜有信號的載頻信息。
[0079] 2、得到的截面中的譜線,利用基于Lo范數最小化的優化算法進行譜線增強,得到 較少噪聲干擾的離散譜線.
[0080] 所述基于Lo范數最小化的優化算法按W下進行:
[0081 ]基于Lo范數最小化的優化算法描述為:
[0082]
[0083] 其中,f表示待處理的譜線向量,維數為VXl,e表示處理后的譜線向量,維數為VX l;〇BV表示BXV維的測量矩陣。其中,Obv取用隨機的高斯矩陣,I M h表示向量的2范數,M 10表示向量的0范數;
[0084] 該優化算法采用的迭代公式為:
[0085]
[0086]
[0087]其中,fW表示第j次迭代得到的譜線向量,S表示O的最大特征值,r表示對 矩陣求轉置,k~(1,V),X = 0/4,O表示噪聲的標準差,可由下式求得:
[008引。二Median( If I )/0.6745;
[0089] 其中,Median表示求向量中元素的中位數。
[0090] 該優化算法的終止條件為:
[00川 I |f(j")-f(j)| |2《e;
[0092] 其中,e為根據經驗設定的值。
[0093] 3、所得到的離散譜線進行分段加窗,并在每個窗內設定局部闊值,且僅保留大于 闊值的離散譜線;
[0094] 所述的對譜線分段加窗并設定局部闊值按W下方式進行:
[00M]局部闊值設定為Z*(/,其中,Z為一常數,(/是每一個窗內的譜線的幅度標準差,其 定義為:
[0096]
[0097] 其中,Q為每個窗內的譜線條數,I S(fi) I表示頻率為fi的譜線對應的幅度值。
[0098] 4、大于闊值的離散譜線,計算每個窗內運些譜線的強度均值比,并捜索每個窗內 譜線的強度均值比的局部極大值,統計運些局部最大值并按大小進行排序;
[0099] 所述的計算每個窗內運些譜線的強度均值比,并捜索每個窗內譜線的強度均值比 的局部最大值按W下方式進行:
[0100] 譜線強度均值比I I(fi) I的表達式為:
[0101]
[0102] 對每一個窗內的譜線求強度均值比,并捜索得到窗內強度均值比的局部最大值I I (fo) I,f〇為一個窗內強度均值比最大值所對應的頻率。
[0103] 5、根據時頻重疊信號分量的個數,按大小順序取得局部極大值所對應的頻率分別 就為時頻重疊MASK信號的載波頻率。
[0104] 下面結合評估實驗對本發明的應用效果作詳細的說明。
[0105] 為了評估方法的性能,下面的仿真實驗采用時頻混疊的MASK信號,并進行2000次 Monte Carlo實驗。檢測的評估標準為歸一化均方誤差
時頻重疊信 號的參數設置如下:時頻重疊雙信號,載波頻率為fei = WUHz,1:'。2 = WUHz,二個時頻重疊信 號,載波頻率為f Cl = 300Hz,f c2 = 500Hz,f c3 = 600Hz。信號碼元速率為f b = 400Baud,采樣頻 率fs = 4000化,數據長度為4000點。重疊信號的功率比為1:1,頻譜重疊率為50%。其仿真結 果如圖3所示,對于任意兩個信號重疊或S個信號重疊的情況,當信噪大于-5地時,載波頻 率的估計性能較好。
[0106] W上所述僅為本發明的較佳實施例而已,并不用W限制本發明,凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種underlay頻譜共享下時頻重疊 MASK信號的載頻估計方法,其特征在于,所述 underlay頻譜共享下時頻重疊 MASK信號的載頻估計方法包括W下步驟: 步驟一,對接收到的時頻重疊 MASK信號計算循環雙譜的對角切片譜,并截取f = 0截面; 步驟二,利用基于Lo范數最小化的優化算法對譜線消噪和增強; 步驟Ξ,對譜線分段加窗并設定局部闊值,且僅保留大于闊值的離散譜線; 步驟四,計算每個窗內譜線的強度均值比,并捜索每個窗內譜線的強度均值比的局部 最大值,統計局部最大值并按大小進行排序; 步驟五,根據時頻重疊信號分量的個數,按大小順序取得局部最大值所對應的頻率分 別就為時頻重疊 MASK信號的載波頻率。2. 如權利要求1所述的underlay頻譜共享下時頻重疊 MASK信號的載頻估計方法,其特 征在于,所述的對接收到的時頻重疊 MASK信號計算循環雙譜的對角切片譜,并截取在f = 0 的截面按W下進行: 時頻重疊 MASK的信號模型表示為:其中,N為時頻重疊信號的信號分量個數,n(t)是加性高斯白噪聲,si(t)為時頻重疊信 號的信號分量,表不為> 式中Ai表不信號分量的 幅度,ai(m)表示信號分量的碼元符號,p(t)表示成型濾波函數,Τι表示信號分量的碼元周 期,fu表示信號分量的載波頻率,9?表示信號分量的相位; MASK信號的循環雙譜的對角切片譜表示為:其中,y(t)表示MASK信號,α是y(t)的循環頻率,fc表示信號的載波頻率,T是信號的碼元 周期,k為整數片,3表示隨機序列a的Ξ階累積量,δ〇是沖激函數,P(f)是成型脈 沖函數,表達式為:對循環雙譜的對角切片譜取f = 〇截面得到:循環雙譜的對角切片譜滿足線性疊加性,則時頻重疊 MASK信號循環雙譜的對角切片譜 的表達式為:其中,是常數,與第i個信號分量的調制方式有關,Τι是第i個信號分量的碼元周期; 截取其在f = 0的截面:對于時頻混疊信號循環雙譜的對角切片譜的f = 〇,在a = f。處存在峰值,并攜有信號的 載頻信息。3. 如權利要求1所述的underlay頻譜共享下時頻重疊 MASK信號的載頻估計方法,其特 征在于,所述基于Lo范數最小化的優化算法包括: 基于Lo范數最小化的優化算法為:其中,f表示待處理的譜線向量,維數為VXl,e表示處理后的譜線向量,維數為VX1; Obv表示BXV維的測量矩陣,其中,Obv取用隨機的高斯矩陣,I I II康示向量的2范數,I I |〇表示向量的0范數; 優化算法采用的迭代公式為:其中,fW表示第j次迭代得到的譜線向量,S表示Φ"ΧΦ的最大特征值,Γ表示對矩陣 求轉置,k~(1,V),X = 0/4,0表示噪聲的標準差,由下式求得: 。二Median( If I )/0.6745; 其中,Median表示求向量中元素的中位數; 優化算法的終止條件為: 其中,ε為根據經驗設定的值。4. 如權利要求1所述的underlay頻譜共享下時頻重疊 MASK信號的載頻估計方法,其特 征在于,所述對譜線分段加窗并設定局部闊值方法包括: 局部闊值設定為z*(/,其中,Z為一常數,〇/是每一個窗內的譜線的幅度標準差,定義 為:其中,Q為每個窗內的譜線條數,|S(fi) I表示頻率為fi的譜線對應的幅度值。5. 如權利要求1所述的under lay頻譜共享下時頻重疊 MASK信號的載頻估計方法,其特 征在于,所述計算每個窗內運些譜線的強度均值比,并捜索每個窗內譜線的強度均值比的 局部最大值具體包括: 譜線強度均值比I I(fi) I的表達式為:對每一個窗內的譜線求強度均值比,并捜索得到窗內強度均值比的局部最大值iKfo) ,時為一個窗內強度均值比最大值所對應的頻率。
【文檔編號】H04B10/556GK105939188SQ201610420526
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月13日
【發明人】劉明騫, 吳真, 李兵兵, 郭漪
【申請人】西安電子科技大學
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