[发明专利]一种基于信号能熵比的数字信号存在性检测方法

说明书

本发明公开了一种基于信号能熵比的数字信号存在性检测方法，属于无线通信系统的信号检测领域，涉及一种计算复杂度低，不需任何先验知识的数字信号存在性检测方法，该方法可以作为非合作通信的帧同步方法，用于解决未知发送方帧结构情况下的接收端信号粗同步问题，代替帧同步，进行信息的粗提取；本发明是一种基于信号能熵比的数字信号存在性检测方法。由于背景技术所提出的CME迭代算法需要多次迭代才能收敛，这将带来极高的计算复杂度。因此，本发明提出使用能熵比作为信号存在性的度量指标，通过设定门限，比较能熵比与门限的大小，无须迭代，一次比较即可判断一帧内有无信号，简化计算的复杂度，在较高信噪比下，信号存在性检测准确率较高。

技术领域

本发明属于无线通信系统的信号检测领域，涉及一种计算复杂度低，不需任何先验知识的数字信号存在性检测方法，该方法可以作为非合作通信的帧同步方法，用于解决未知发送方帧结构情况下的接收端信号粗同步问题，代替帧同步，进行信息的粗提取，也可用于解决多路信号同步前估计信号段位置，缩小相关积分区域，降低复杂度，节省开销等问题。

背景技术

短波信道传输中由于多径效应和多普勒频移影响，信号衰落非常明显，分集合并技术对抗衰落具有明显优势。在对多路信号合并前，要先对多路信号做同步，只有最大可能使有用信号对齐，才能达到较为显著的合并效果。因此从衰落的单路信号中找出有用信号的大致位置显得尤为重要。传统的数字信号检测方法一般采用能量检测，文献PERTTIHENTTU，SAMI AROMAA.Consecutive Mean Excision Algorithm[C]中提出了一种CME的干扰检测方法，该方法采用迭代的思想，多次迭代估计出信噪比，以分离噪声和干扰信号。该算法的缺陷在于多次迭代复杂度高，收敛性不确定，门限参数的设定基于经验，鲁棒性不够好。端点检测是语音信号处理中极为重要的方法，用于确定话音的起止位置，发展比较成熟。语音信号的端点检测方法利用了话音的特点比如清辅音短时能量，短时过零率以及信号谱熵的差别具体设计方法进行无信号的静默段与有话音段的区分，在图书《MATLAB在语音信号分析与合成中的应用》第六章讲述了几种对语音信号的端点检测方法，特别的基于能熵比的检测方法对衰落信道下的信号的检测效果比较好，基于能熵比的语音信号端点检测主要思路是对信号分帧，加窗，计算各个帧的能量和谱熵值，求能量和谱熵值的比作为一帧数据的度量，然后设定门限，与各帧的能熵比对比，确定出话音信号的起止帧。此方案的缺点在于取一帧内全部数据的幅值平方和作为能熵比中的能量，不免也包含了噪声的能量，故而在信噪比较低时带来的误差较大。门限设定使用双门限，双门限对语音信号检测有帮助，但对于数字信号也要具体分析。由于话音信号的时变性，只能假设短时(约30ms)不变来进行短时分析,但对于数字信号，短时的要求可以放宽，即分帧时可以根据具体情况选择不同帧长。

发明内容

本发明的信号检测思路来源于语音信号的端点检测方法，语音信号也可看作一种数字信号，采用语音信号中的基于能熵比的端点检测的方法在数字信号的存在性检测中也适用，并且在已知调制信号的调制频点的情况下可以只取调制频点附近的谱线能量作为所求能熵比中的能量，提高了精确度。由于数字信号与语音信号性能评价方式不同，对于语音信号的检测，在信号段的首尾能够允许有少许的噪声，但对于数字信号首尾的噪声段长度不允许超过1个符号长度，否则会引起误码。本发明在进行数字信号端点检测时采用两次信号存在性检测，第一次可以选稍大一点的帧长进行检测确定信号的大致位置，保证不丢失信号，第二次在第一次提取出的信号的基础上再进一步减小帧长，并结合合并算法进一步精确起止位置。对于数字信号的端点检测，门限的设定可以采用双门限也可以采用单门限(将双门限的两个门限设为一样即是单门限)，第一次的粗信号检测采用双门限较好，避免信号的丢失；对于第二次的精细检测时单门限效果要优于双门限，能尽可能的去掉首尾的噪声。仿真表明该方法也有比较好的检测效果，且复杂度低，对数字信号的位置检测较为准确。

本发明的技术方案如下：