一种基于循环平稳特性的CP-OFDM信号参数盲估计方法

本发明涉及ofdm信号盲处理，具体而言，尤其涉及一种基于循环平稳特性的cp-ofdm信号参数盲估计方法。

背景技术：

1、ofdm(orthogonal frequency division multiplexing)即正交频分复用技术，是一种多载波调制技术，与传统多载波调制技术相比，其子载波相互正交，在频谱上相互重叠，实现了更高的频带利用率以及更强的抗多径干扰能力，被广泛运用于无线通信以及数字通信系统。

2、在某些情况下，无论是考虑不使用辅助信息以获得更高的传输效率，或者说非协作方需要对捕获的ofdm信号进行解码，都不可避免要面对盲处理问题，其中对信号的关键参数的盲估计正是盲处理的基础环节。所以对于盲处理技术的研究不论是对于军用的电子对抗、信息侦察，还是民用的认知无线电等技术的发展都有重要意义。

3、目前针对cp-ofdm信号的循环平稳特性已经得到证明，若用ak,n表示ofdm信号在第n个子载波上发送的第k个原始数据，则认为ofdm符号中数据的相关性为：

4、

5、其中，δ为克罗内克函数，意味着同一符号，同一子载波上的数据才具有相关性。则延迟为τ的ofdm数据自相关为：

6、

7、其中，sk,l为添加循环前缀后的ofdm信号，式中τ为延时，m为循环前缀长度，n为有用符号的长度，则：

8、

9、可知在不考虑信道噪声影响的情况下，由于循环前缀的存在，ofdm数据的自相关累加值在延时等于有用符号长度tuse处会出现幅值仅次于0延时处的谱峰。

10、另外，由于ofdm信号为二阶循环平稳信号，所以对成型后的cp-ofdm信号的时变自相关函数进行傅里叶变换可得：

11、

12、可知，对采样信号延时小于码片时宽tc和延时等于有用符号长度tuse的时变自相关序列做傅里叶变换后，通过搜寻谱峰间隔即可估计tc和tsym。

13、但是这种算法在实际硬件实现过程中还要考虑面对低cp比例的信号以及在低信噪比条件下，循环自相关频谱的峰值表现可能受噪声影响，使谱峰的提取出现错误。另外，还需要考虑实际实现的资源、内存成本以及时间效率，对大量的采样数据做完整的自相关运算和几万点的傅里叶变换对于硬件来说性价比是极低的。

14、目前针对cp-ofdm信号关键参数的盲估计问题，依靠信号本身的循环平稳特性进行相关计算的估计方法已经得到证明，但是面对不同cp比例的ofdm信号，以及在不同噪声条件下，信号的自相关循环频率特性表现也将不同。所以在实际设计非协作接收机时的算法应用上还有诸多要考虑的问题，例如对于实际信号频谱谱峰的提取方法以及提取标准，同时还要考虑实际设计的成本和工作效率等问题。

技术实现思路

1、根据上述提出求解循环频率谱运算量过大的技术问题，提供一种基于循环平稳特性的cp-ofdm信号参数盲估计方法。本发明在ofdm信号的循环平稳特性理论基础上，同时考虑实际逻辑电路设计的时间及资源复杂度，通过频率累积的方法优化了自相关的循环频谱谱峰表现，通过设定实时更新的检测门限，在提升改善估计精度的同时保证提取到正确的谱峰，同时结合流水线设计一定程度上减少了冗余计算以及内存资源的占用。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种基于循环平稳特性的cp-ofdm信号参数盲估计方法，包括：

4、s1、计算采样数据延时为2个采样点的时变自相关值，采用频谱累计的方式进行谱面优化后提取循环相关频谱的谱峰位置，估计码片时宽

5、s2、计算数据不同延时下的自相关累加值，根据门限值估计有用符号长度

6、s3、计算采样数据延时为的时变自相关值，采用频谱累计的方式进行谱面优化后通过门限判决提取多个循环相关频谱的谱峰，基于其平均频率间隔估计符号长度

7、进一步地，步骤s1具体包括：

8、s11、计算循环自相关频谱；

9、s12、根据计算的循环自相关频谱，估计码片时宽

10、进一步地，步骤s11具体包括：

11、使用频率累计求均值的方法对频谱进行处理，计算循环自相关频谱，公式如下：

12、

13、其中，nf为傅里叶变换点数，nm为切片数量，在该步骤中τ的取值为2，即对采样信号求延时2个采样点的循环自相关频谱。

14、进一步地，步骤s12具体包括：

15、对步骤s11计算得到的循环自相关频谱进行峰值提取，将频谱上除了0频率处以外最大的峰值出现的频率点作为估计点，估计码片时宽具体公式如下：

16、

17、其中，fe为采样频率。

18、进一步地，步骤s2具体包括：

19、s21、计算自相关累加值序列：

20、计算采样数据延时为τ的自相关累加值，计算公式如下：

21、

22、其中，n为采样数据参与自相关累加运算的点数，m为采样数据的总数；

23、s22、计算有用符号长度估计值

24、根据r(τ)，r(τ+1)与r(τ-1)的大小关系，确定r(τ)是否为一个峰值，如果r(τ)为峰值，则将r(τ)与当前门限值gate比较，根据比较结果决定τ是否为处的延时值；

25、s23、生成门限值gate：

26、在满足采样数据量的前提下，选定门限等级gate_level；

27、将峰值迭代的初始值设为r(τ)到r(τi)的最大值，其中：

28、

29、其中，te为采样时间间隔，系数10可以根据实际设计需求进行调整；

30、如果新输入的峰值大于当前峰值而没有超过当前门限gaten，则生成当前门限gaten：

31、gaten＝gate_level×peakn。

32、进一步地，步骤s3具体包括：

33、s31、计算循环自相关频谱：

34、使用频率累计求均值的方法对频谱进行处理，计算循环自相关频谱，公式如下：

35、

36、其中，nf为傅里叶变换点数，nm为切片数量，在该步骤中τ的取值为有用符号长度估计值对应的

37、s32、估计符号长度

38、对计算的循环自相关频谱进行谱峰提取，将当前的循环自相关频率值与门限值比较，如果循环自相关频率值大于门限，则认为此值对应的频率是ofdm符号发送频率的整数倍，即如果小于当前门限值，则用此值更新循环频率；将范围内的谱峰按序输入算法后，根据最后通过门限的频率值和通过门限的频率值数量np，估计符号长度

39、

40、s33、生成门限值gate：

41、将依次输入，依靠当前存储的峰值乘选择的门限等级gate_level得到门限值gate；

42、选择峰值的初值，因为受ofdm符号内容随机性和采样频率高于信号带宽的影响，在0频率附近的干扰频率幅值相对较大，所以直接选择0频率后的第一个峰值作为初值计算门限值gate。

43、如果新输入的峰值大于当前峰值而没有超过当前门限gaten，则生成当前门限gaten：

44、gaten＝gate_level×peakn。

45、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

46、本发明提供的基于循环平稳特性的cp-ofdm信号参数盲估计方法，在ofdm信号的循环平稳特性理论基础上，同时考虑实际逻辑电路设计的时间及资源复杂度，通过频率累积的方法优化了自相关的循环频谱谱峰表现，通过设定实时更新的检测门限，在提升改善估计精度的同时保证提取到正确的谱峰，同时算法的所有判决只依据前置输入，适合流水线设计，能一定程度上提升运行速度并减少冗余计算以及内存资源的占用。

47、基于上述理由本发明可在ofdm信号盲处理等领域广泛推广。