常规数字通信信号信噪比估计

网络与通信工程Ｊ　常规数字通信信号信噪比估计　王松　（天津恒达文博科技有限公司，天津３００３８４）　摘要：信噪比是检验信号质量的重要指标之一，广泛应用于常规数字信道建设之中。本文从“判决域”与“非　判决域”两个方向，分别论述信噪比估计模型、相关进展及研究难点。　关键词：常数字通信信号；信噪比；估计模型；算法　中图分类号：ＴＮ９１　１．４　文献标识码：Ａ　信噪（ＳＮＲ）又称讯噪比，反映信号抗干扰能力，是检　文章编号：１６７４－７７１２（２０１４）１２－００９０－０１　的估计。非衰落信道基于统计量估计法据计算方法可分为二阶　测通信信号质量的重要指标。常规数字通信技术应用广泛，　是一种具有广阔前景的通信方式，地面信道是应用最普遍的　信道，但受地面环境影响，信噪比较高，信号抗干扰能力差，　通信质量尚不如人意。如何测算信噪比是开展常规数字通信　工作最基本的技能之一。因数字信号特性，其信噪比并非固　定值，需建立估计模型，据信号样本估计，因此探求一种合　理可靠的信噪比估计方法非常必要。　一、判决域与非判决域信噪比估计　（一）判决域信噪比估计　判决域信噪比估计，顾名思义，是指信号估计样本已经　被调制操作，调制方式是已知的信号的信噪比估计方式。判　决域信噪比估计可分为非衰落信道条件下估计、衰落信道条　件下估计，前者估计模型仅混有加性高斯白噪音、后者估计　模型增加衰落因子以服从某种分布。常用的数学工具包括最　大似然估计、统计量与子空间分解法。基于最大似然估计的　基本思路是，利用模型建立似然函数表达式，求得最大化参　数值；基于统计量基本思路是通过计算统计量，建立统计量　与信噪比关系式ｕ　。　（二）非判决域信噪比估计　与前者相反，非判决域信噪比估计中估计样本未经调制　操作，其估计模型可分为完全未知信号信息全盲估计、已知　部分信号信息采样估计，前者实现方式为将调制信号通过加　性高斯白噪声信道后行无失真采样建立估计模型，也可以应　用子空间方法，后者实现方式为基于过采样的基带信号信噪　比估算法　。　（三）两类信噪比估计的异同　判决域、非判决域信噪比估计模型存在明显差异，前者　需通过精确定位的信号，获取最佳采样，计算期望值，要求　有成型的滤波器系数，后者类似于将采样点所取得信号视作　“真实信号”＋噪音，受伪信号影响，所得信噪比估计值略　小于真实数据。　二、信噪比估计研究进展　（一）关于“判决域”研究进展　关于判决域信噪比估计研究较多，该领域最大似然估计　法、统计量估计法研究结果均较充分，涵盖几乎所有的数字　信号类型，估计值几乎达到理论下限，且具有较强的可操作　性，可基本满足需要。　非衰落信道基于最大似然估计研究开展较早，早期相关　研究主要集中在如何避免判决错误，提高估计性能。目前应　用最广泛的新算法是，利用纠错编码信息为样本，行迭代信　噪比估计，这种方法随着联合译码均衡与同步处理方法的应　用，其估计性能得到极大的提升。期望一极大值迭代估计是　目前最具代表性的迭代法，通过获取假设信息与实际信息先　验概率，进行译码，行迭代计算，估计信噪比。　非衰落信道基于统计量估计法应用也较广泛，据信号处理　空间维数多寡可分为基于Ｉ、Ｑ正交信号估计与基于信号包络　估计，前者适用性较强，后者适用性较差，不适用于一维信号　统计量估计法、高阶统计量估计法，后者相较于前者增加了多　种信息，可抑制高斯噪声对估计值的干扰，但这种估计法计算　方法繁琐，含有多种高阶矩阵，样本量过于庞大，样本精度差，　从总体上看估计性能劣于二阶统计量估计法。目前，关于判决　域非衰落信道信噪比高阶统计量估计法是否具有潜在的利用价　值学术界仍存在争议，但多数学者认为随着无线技术的发展，　高阶信号比重不断上升，二阶算法显然无法满足需要。．　衰落信道是目前最常见的信道类型，分布广泛，因此关　于此信道条件下判决域信噪比估算法研究较多。目前，被广　泛应用于移动通信中的Ｎａｋａｇａｍｉ—ｍ即为衰落信道，其常见的　信噪比估算法是设立两个低阶统计量进行多项式拟合，建立　信噪比与统计量关系式。　（二）关于非判决域研究进展　非判决域或判决域信噪比，所应用的全盲子空间算法原　理基本相同，但前者未充分考虑成形滤波对信噪比估计值的　影响，其估计性能有待商榷，目前尚无纠正这方面偏差的模　型研究，这可能与通过技术手段可一定程度解决此问题有关。　构造Ｌ×Ｌ自相关矩阵是构造非判决域信噪比全盲子空间算法　的关键步骤，但考虑到Ｌ值在２０００～２００００之间，该矩阵实　际计算量异常庞大，并不能解决现实问题　。为解决以上困　境，常将最小描述长度准则引入该算法，以准确寻找空间维　数，但运算量仍较大。信噪比分裂符号运算研究已有数十年，　已较为成熟，主要研究方向为信噪比估计效果、符号采样点　数、符号内分段数。　关于非判决域衰落信道信噪比研究成果较少，尚无突破　性进展，或多涉及军事、国防领域，成果不见于世。　三、信噪比研究难点与未来研究方向　判决域信噪比估计难点：　（１）高阶调制信号判决域信　噪比限于信号特点，计算量大且样本值偏差大，现有的估计　方法不能满足实际需要，而编码迭代法需已知编码方案；（２）　未知衰落信道方面，估计性能与信道特征密切相关，估计需　已知信号特征，而信道特征通常具有未知性、时变性。　非判决域信噪比估计难点：衰落信道子空间算法运算量　大，适用性差，其它算法也未能解决选择性衰落信道信噪比　估计问题。　四、结束语　关于信噪比的研究并不仅局限于常规数字信号领域，而　是涵盖信号技术各个领域。从上文不难看出，关于信噪比研　究已有许多成熟成果，但随着数字信号领域的发展，会出现　越来越多的盲点，信噪比估计领域仍有巨大的发展前景。　参考文献：　『１］杨哓宇．通信信号的非数据辅助信噪比估计方法研究　ｆＤ１．解放军信息工程大学，２０１２：３３－４５．　ｆ２１朱文升．ＯＦＤＭ中信道参量估计算法研究『Ｄ】．宁波大　学，２０１０：２２－２５．　［３】张金成，彭华，赵国庆．信噪比估计算法研究　信息　工程大学学报，２０１　１（１０）：５５—５９．　２０１４　费电子９Ｄ