MPSK信号一种有效的SNR估计算法

摘 要： 对接收信号进行信噪比估计是许多通信系统要完成的重要工作.具有恒包络特性的MPSK信号是常见的调制信号,对该类信号提出了一种有效的信噪比估计算法,该算法利用信号包络的均值和方差进行估计,具有计算量小复杂度低的优点.用Matlab仿真了该算法的性能,并与其余几种算法做了比较,结果表明该算法估计准确,有很好的应用价值.

关 键 词 ：信噪比估计； 恒包络； MPSK信号； Matlab仿真

中图分类号： TN911.734 文献标识码： A 文章编号： 1004373X（2013）19005502

0 引 言

对接收信号进行信噪比（SignaltoNoise Radio,SNR）估计在当前以及未来的通信系统中具有重要的作用,如实现自适应编码调制（Adaptive Coding and Modulation,ACM）、链路功率控制（Power Control,PC）等.

本文考虑多进制相移键控（Multiple Phase Shift Keying,MPSK）信号在加性高斯白噪声（Additive White Gaussian Noise,AWGN）信道下的SNR估计.该问题前人有较多研究成果.文献[1]提出有导频辅助的SNR估计算法,导频符号的存在降低了传输效率.文献[2]提出多项式逼近算法,然而该算法只能用于BPSK和QPSK信号.文献[3]提出一种基于判决的估计算法,判决过程增加了实现复杂度.文献[4]提出一种改进的M2M4算法,该算法在SNR较低时估计误差较大.

本文提出一种基于信号包络均值和方差的SNR估计算法,该算法有准确的估计性能且运算量小,实现复杂度低,有很好的应用价值.

1.系统模型

MPSK信号可表达为[PSKt等于Aej2πfct+θm],其中[A]为信号幅度,[fc]为载波频率,[θm等于2πmM （m等于0,1,][2,等,M-1）]为载波相位.检测设信号在传输过程中只受AWGN的影响,并且接收端实现了理想的载波和符号同步,则接收信号样本的I路和Q路分量分别为：

[In等于SIn+nIn等于Ancosθmn+nIn]

[Qn等于SQn+nQn等于Ansinθmn+nQn]

其中[nIn]和[nQn]均值为0,方差为[σ2,]信号分量和噪声分量相互独立.待估计的SNR可以表示为[μ等于（S2I+S2Q）EN2I+N2Q等于A22σ2].SNR估计算法的性能通常用归一化均方误差（Normalized Mean Square Error, NMSE）来表示,公式为：

[NMSE等于Ep-p2p2等于i等于1Nspi-p2Nsp2]

式中：[pi]为每次运算的估计值；[p]为信噪比真实值；[Ns]为重复次数.

2.基于信号包络的估计方法

此处提出一种基于信号包络均值和方差的估计算法,基本原理是在AWGN信道条件下,可将接收信号包络[an]的均值和方差分别当作信号功率和噪声功率,利用[u等于Ean2Varan]进行SNR估计.当信号为复信号时,信号包络为：

[an等于I2n+Q2n等于A2n+h2n+2Ankn]

式中：[kn等于cosθmnnIn+sinθmnnQn；][h2n等于][n2In+n2Qn.]因为信号和噪声是不相关的,因此[an]的均值：[e等于Ean等于EA2n+E2Ankn+Eh2n等于][A2+2σ2,] 方差[v等于Ean-e2等于A4+8σ2A2+8σ4-][A2+2σ2等于4σ2A2+σ2,]定义[z等于ve2,]则有：

[z等于4σ2A2+A4A2+2σ22等于μ2+4μ+2μ+12-1]

将上式变形得：

[1-z等于μμ+12]

因此[μ等于111-z-1,]由此便可得到SNR的估计值.

3.仿真分析

以下将本文算法与文献[14]中4种算法作仿真比较,仿真对象分别为QPSK和8PSK信号,数据长度均为2 000,每个数据点重复计算200次,SNR范围为[-10：5：20],结果如图1～图4所示.

由以上各图可知,本文算法在很宽的SNR范围内均有良好的估计性能,仅在SNR低于-5 dB时有一定偏差,且能用于不同阶数的MPSK信号.

4.结 语

本文对MPSK信号提出了一种有效的SNR估计算法,该算法估计准确性高,且实现复杂度低,有良好的应用价值.仿真验证了算法的性能,得到了可靠的结论.