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Windowing Techniques, the Welch Method for Improvement of Power Spectrum Estimation 被引量:3
1
作者 Dah-Jing Jwo Wei-Yeh Chang I-Hua Wu 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2021年第6期3983-4003,共21页
This paper revisits the characteristics of windowing techniques with various window functions involved,and successively investigates spectral leakage mitigation utilizing the Welch method.The discrete Fourier transfor... This paper revisits the characteristics of windowing techniques with various window functions involved,and successively investigates spectral leakage mitigation utilizing the Welch method.The discrete Fourier transform(DFT)is ubiquitous in digital signal processing(DSP)for the spectrum analysis and can be efciently realized by the fast Fourier transform(FFT).The sampling signal will result in distortion and thus may cause unpredictable spectral leakage in discrete spectrum when the DFT is employed.Windowing is implemented by multiplying the input signal with a window function and windowing amplitude modulates the input signal so that the spectral leakage is evened out.Therefore,windowing processing reduces the amplitude of the samples at the beginning and end of the window.In addition to selecting appropriate window functions,a pretreatment method,such as the Welch method,is effective to mitigate the spectral leakage.Due to the noise caused by imperfect,nite data,the noise reduction from Welch’s method is a desired treatment.The nonparametric Welch method is an improvement on the periodogram spectrum estimation method where the signal-to-noise ratio(SNR)is high and mitigates noise in the estimated power spectra in exchange for frequency resolution reduction.The periodogram technique based on Welch method is capable of providing good resolution if data length samples are appropriately selected.The design of nite impulse response(FIR)digital lter using the window technique is rstly addressed.The inuence of various window functions on the Fourier transform spectrum of the signals is discussed.Comparison on spectral resolution based on the traditional power spectrum estimation and various window-function-based Welch power spectrum estimations is presented. 展开更多
关键词 Window functions welch method discrete Fourier transform spectral leakage
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Applicability of the Welch method for examining self-noise level parameters for broadband seismometers 被引量:3
2
作者 Li Xiaojun Yang Dake +5 位作者 Xie Jianbo Ma Jiemei Yuan Songyong Xu Weiwei Zhao Jianhe Li Dongsheng 《Geodesy and Geodynamics》 2015年第3期233-239,共7页
Seismometer self-noise levels were determined using Sleeman’s three-sensor method in combination with the Welch method for different parameter combinations. The self-noise levels decreased with the increasing segment... Seismometer self-noise levels were determined using Sleeman’s three-sensor method in combination with the Welch method for different parameter combinations. The self-noise levels decreased with the increasing segment window length, which is equivalent to the subwindow length, and with the increasing segment overlap rate for different frequency points at a fixed band. After the statistical examination of 9800 different parameter combinations, a zone of reasonable self-noise calculation parameter combinations was identified. Reasons for the unsuitability of certain parameter combinations were explored with respect to their distortion of the seismometer’s self-noise levels. 展开更多
关键词 Self-noise Seismometer welch method Applicability
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Welch功率谱与卷积神经网络结合的滚动轴承故障诊断
3
作者 金志浩 张旭 +1 位作者 张义民 张凯 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第2期271-275,共5页
针对滚动轴承故障诊断在小训练样本下和强噪声下无法取得高精度识别的问题,提出一种基于Welch功率谱结合卷积神经网络进行诊断的方法。该方法以原始时域振动信号作为输入,用Welch功率谱转换数据形态同时对高强度噪声进行抑制,再用得到... 针对滚动轴承故障诊断在小训练样本下和强噪声下无法取得高精度识别的问题,提出一种基于Welch功率谱结合卷积神经网络进行诊断的方法。该方法以原始时域振动信号作为输入,用Welch功率谱转换数据形态同时对高强度噪声进行抑制,再用得到的功率谱训练卷积神经网络,最后将训练好的模型用于轴承的故障诊断。与WDCNN[1]等方法进行对比,实验发现在混合负载下,该方法平均识别率正确达到99%,其它方法达到这个精度至少需要20倍以上的训练样本量,明显优于WDCNN等方法。抗噪实验结果表明噪声对信号的干扰越强烈,该方法的抗噪表现越好,其抗噪性能要显著优于WDCNN等方法。 展开更多
关键词 故障诊断 卷积神经网络 滚动轴承 welch功率谱 高精度识别
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Welch功率谱估计算法仿真及分析 被引量:40
4
作者 张峰 石现峰 张学智 《西安工业大学学报》 CAS 2009年第4期353-356,共4页
由于周期图法不满足一致性估计条件,因而在保证分辨力时方差性能很难满足实际应用需要.引入周期图法的一种改进算法,即Welch算法,通过对Welch算法进行研究和仿真,对算法的谱估计分辩力、方差等性能进行分析,讨论了分段长度、窗函数类型... 由于周期图法不满足一致性估计条件,因而在保证分辨力时方差性能很难满足实际应用需要.引入周期图法的一种改进算法,即Welch算法,通过对Welch算法进行研究和仿真,对算法的谱估计分辩力、方差等性能进行分析,讨论了分段长度、窗函数类型及分段重叠长度对算法性能的影响.仿真结果表明,合理的数据分段长度、窗函数类型及段间重叠,使Welch算法获得较好的分辩力及方差性能,算法在短数据信号谱估计时有一定的局限. 展开更多
关键词 welch算法 谱估计 周期图法 方差性能 分辨力 窗函数
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基于Welch算法的经典功率谱估计的Matlab分析 被引量:40
5
作者 伊鑫 曲爱华 《现代电子技术》 2010年第3期7-9,共3页
从经典功率谱估计周期图法原理入手,从理论上分析了其存在的局限性,借助Welch算法对其进行修正。依靠Matlab强大的数值分析和信号处理能力,进行实验仿真,比较不同的窗函数,不同的数据长度对Welch法谱估计质量的影响,并分析了造成这些影... 从经典功率谱估计周期图法原理入手,从理论上分析了其存在的局限性,借助Welch算法对其进行修正。依靠Matlab强大的数值分析和信号处理能力,进行实验仿真,比较不同的窗函数,不同的数据长度对Welch法谱估计质量的影响,并分析了造成这些影响的原因。 展开更多
关键词 功率谱估计 周期图法 welch算法 MATLAB
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小波包分解Welch平均法在焊接电弧声功率谱估计中的应用 被引量:4
6
作者 马跃洲 张鹏贤 +1 位作者 梁卫东 王春柏 《甘肃工业大学学报》 北大核心 2001年第2期5-8,共4页
对试验系统采集到的焊接电弧声进行了小波包多层分解 ,并利用周期图法、Welch平均法及AR模型法 ,对各频段信号进行功率谱估计 .根据不同谱估计方法的对比结果 ,提出小波包分解结合Welch平均法对焊接电弧声进行功率谱估计的新方法 .通过... 对试验系统采集到的焊接电弧声进行了小波包多层分解 ,并利用周期图法、Welch平均法及AR模型法 ,对各频段信号进行功率谱估计 .根据不同谱估计方法的对比结果 ,提出小波包分解结合Welch平均法对焊接电弧声进行功率谱估计的新方法 .通过对几种规范与飞溅率下的电弧声功率谱的初步分析 ,发现其功率谱分布具有一定的规律性 。 展开更多
关键词 焊接电弧声 小波包分解 功率 谱估计 周期图法 welch平均法 AR模型法
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经典功率谱估计Welch法的MATLAB仿真分析 被引量:31
7
作者 杨晓明 晋玉剑 李永红 《电子测试》 2011年第7期101-104,共4页
周期图法是经典功率谱估计中的一种基本方法,但是在实际应用中难以同时保证良好的分辨力和方差性能。因此本文以周期图法原理为切入点,对改进后的Welch算法进行研究,并借助MATLAB软件强大的信号处理与数值分析能力,对Welch算法的谱估计... 周期图法是经典功率谱估计中的一种基本方法,但是在实际应用中难以同时保证良好的分辨力和方差性能。因此本文以周期图法原理为切入点,对改进后的Welch算法进行研究,并借助MATLAB软件强大的信号处理与数值分析能力,对Welch算法的谱估计分辨力、方差等性能进行仿真分析。讨论了不同数据分段长度、不同窗函数类型等因素对算法性能产生的影响。仿真结果表明,Welch算法由于合理的引入数据分段和窗函数,得到了较好的方差性能以及分辨能力,但在对短数据进行功率谱估计时还有一定的局限性。 展开更多
关键词 经典功率谱估计 周期图法 welch MATLAB仿真
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Welch功率谱估计算法在相位噪声测量中的应用 被引量:1
8
作者 任全会 于彦峰 《自动化仪表》 CAS 北大核心 2014年第1期19-21,共3页
针对传统的功率谱估计方法存在频谱分布不稳定、无法反映信号时变特性的问题,提出了一种基于Welch功率谱估计的相位噪声测量算法。该方法通过对不同的被测信号进行功率谱的估计,可以相应地选择Welch法数据分段和窗函数,并对相位噪声建... 针对传统的功率谱估计方法存在频谱分布不稳定、无法反映信号时变特性的问题,提出了一种基于Welch功率谱估计的相位噪声测量算法。该方法通过对不同的被测信号进行功率谱的估计,可以相应地选择Welch法数据分段和窗函数,并对相位噪声建立数学模型。随后对相位噪声与噪声功率谱之间的关系进行了分析。测试结果表明,该方法不但具有能适应噪声信号的随机性和脉冲性的优点,而且大大减小了噪声功率谱的均方误差,能很好地应用在相位噪声测量中。 展开更多
关键词 相位噪声测量 功率谱估计 welch 窗函数 噪声功率谱 均方误差
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限定晶粒取向差的多晶马氏体相变行为的相场法研究
9
作者 姚启迪 王传军 +3 位作者 刘振智 黄琪琦 刘文月 赵彦 《上海金属》 CAS 2024年第3期89-94,共6页
基于Welch-Powell算法限定多晶体取向,采用相场法研究了晶粒取向差对多晶马氏体相变的影响。结果表明:大晶粒较小晶粒马氏体的板条形貌更规则,晶界降低了马氏体的生长速度;晶粒取向角比晶粒尺寸对马氏体相变体积分数的影响更大。马氏体... 基于Welch-Powell算法限定多晶体取向,采用相场法研究了晶粒取向差对多晶马氏体相变的影响。结果表明:大晶粒较小晶粒马氏体的板条形貌更规则,晶界降低了马氏体的生长速度;晶粒取向角比晶粒尺寸对马氏体相变体积分数的影响更大。马氏体相变初期ω值越大,马氏体生长速度越快,ω=60°时的平衡马氏体体积分数高于其他ω值下的平衡马氏体体积分数,随ω值的增大平衡马氏体体积分数减小。 展开更多
关键词 相场法 welch-Powell 算法 多晶体 马氏体相变
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Welch法谱估计和参数模型谱估计的MATLAB分析 被引量:8
10
作者 赵静 刘琦 《水利电力机械》 2006年第4期48-50,共3页
介绍了经典谱估计中的Welch法和参数模型谱估计,比较了它们的性能指标,运用MATLAB软件进行了实例仿真与分析,得出了一些有价值的结论。
关键词 welch 谱估计 MATLAB软件
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Welch法在双曲拱桥固有频率检测信号识别中的应用 被引量:1
11
作者 潘纬 王龙 宋彧 《工业控制计算机》 2006年第11期22-23,共2页
随机振动法是检测桥梁信号中常用的一种方法,首先采用经典功率谱估计的方法对高速静态应变采集系统DH3817得到的数据进行处理,但频谱泄漏是不可避免的。因此采取Welch功率谱估计法,从而达到频域滑动平均的效果,去掉频域曲线中的“毛刺”... 随机振动法是检测桥梁信号中常用的一种方法,首先采用经典功率谱估计的方法对高速静态应变采集系统DH3817得到的数据进行处理,但频谱泄漏是不可避免的。因此采取Welch功率谱估计法,从而达到频域滑动平均的效果,去掉频域曲线中的“毛刺”,最终得出该桥的固有频率,以判断该桥梁是否需要加固。 展开更多
关键词 welch 功率谱密度估计 FFT 频谱泄漏
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基于组合窗Welch法的心率变异性分析系统设计 被引量:2
12
作者 张杰 肖玲玲 +1 位作者 张攀登 项里伟 《中国医学物理学杂志》 CSCD 2017年第2期194-198,共5页
目的:为了改善Hamming窗分辨率低的特性,提出了一种组合窗函数的方法。方法:该窗函数是由Hamming窗和矩形窗按照横向变化因子和纵向变化因子有机组合而成。结果:MATLAB仿真结果表明组合窗的分辨率较Hamming窗提升12.5%,频谱泄漏也较少,... 目的:为了改善Hamming窗分辨率低的特性,提出了一种组合窗函数的方法。方法:该窗函数是由Hamming窗和矩形窗按照横向变化因子和纵向变化因子有机组合而成。结果:MATLAB仿真结果表明组合窗的分辨率较Hamming窗提升12.5%,频谱泄漏也较少,基本达到了在尽量控制频谱泄漏的前提下改善Hamming窗分辨率的目的。在改进窗函数的同时,分别在MSP430和MATLAB平台上使用组合窗的Welch算法,并计算两者之间的误差,结果表明误差均值及方差较小。归一化的功率谱密度图也表明得到的归一化功率密度整体上基本接近。结论:基本上实现了Welch算法的MSP430平台上的移植。 展开更多
关键词 组合窗 分辨率 频谱泄漏 welch 心率变异性
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基于welch功率谱估计的地磁GM4秒数据频段分析 被引量:2
13
作者 雷晴 丁新娟 翟世龙 《内陆地震》 2018年第3期229-236,共8页
基于welch算法的经典功率谱估计对新疆区域内乌鲁木齐台、喀什台和且末台的3台GM4磁通门磁力仪磁扰日时段的秒数据进行分析。实验首先分别对3台GM4秒数据的高频数据进行FFT分析,磁扰日时段3台GM4秒数据受磁扰较为明显的频段均集中在0. ... 基于welch算法的经典功率谱估计对新疆区域内乌鲁木齐台、喀什台和且末台的3台GM4磁通门磁力仪磁扰日时段的秒数据进行分析。实验首先分别对3台GM4秒数据的高频数据进行FFT分析,磁扰日时段3台GM4秒数据受磁扰较为明显的频段均集中在0. 005~0. 025 Hz,此频段内振幅较大,突跳点较多。实验基于welch算法的功率谱估计对3台GM4秒数据进行功率谱分析,频率域采用受磁扰较为集中的频段,结果表明:3台GM4秒数据受到的干扰主要为地磁场的高频部分,干扰的频段范围集中在0. 002~0. 006 Hz内,H分量数据波动较大,在该频段内数据曲线出现毛刺和高频震荡现象; D分量在此频段内有轻微波动; Z分量数据整体较为平滑,受扰最小。 展开更多
关键词 welch功率谱估计 GM4秒数据 磁扰频段 振幅谱 功率谱
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基于Welch法的协方差随机子空间方法的模态参数识别 被引量:3
14
作者 李雪艳 官宇航 +1 位作者 罗铭涛 吴博宇 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期2850-2860,I0005,共12页
对工程结构进行环境激励下的模态参数识别具有重要意义,而随机子空间法作为适合环境激励下模态参数识别的时域方法,由于噪声和复杂激励的原因,会产生虚假模态、真实模态遗漏、系统自动定阶难和计算效率等问题,这些问题阻碍了该方法在实... 对工程结构进行环境激励下的模态参数识别具有重要意义,而随机子空间法作为适合环境激励下模态参数识别的时域方法,由于噪声和复杂激励的原因,会产生虚假模态、真实模态遗漏、系统自动定阶难和计算效率等问题,这些问题阻碍了该方法在实际工程中的广泛应用.本文提出了基于Welch法的随机子空间方法,通过Welch法对振动响应在频域进行去噪、降低环境激励和其他不确定性因素影响的处理,把结构固有模态从噪声和激励频率中突显出来,形成富含更多结构模态的Toeplitz矩阵,然后进行奇异值分解和状态矩阵计算,最后进行特征值分析.为了实现自动定阶,对不同奇异值分量构建的状态矩阵得到的特征参数,进行模糊C均值聚类分析和模态的平均相位偏移分析,剔除虚假模态,实现结构模态参数的自动识别.并把本文所提出方法应用于一座大跨悬索桥的实测加速度响应分析,和一座七十层的高层建筑的加速度响应分析,跟频域分解法、传统随机子空间法和基于相关分析的随机子空间法的计算结果进行了比较,发现基于Welch方法的随机子空间法相比于传统随机子空间法和基于相关分析的随机子空间法,在避免模态遗漏和计算效率方面有显著提高,而相对于频域分解法则在自动识别和剔除虚假模态方面有明显优势. 展开更多
关键词 模态参数识别 随机子空间 平均相位偏移 聚类分析 韦尔奇方法
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小波包分解Welch算法在鼾声谱估计中的研究 被引量:3
15
作者 刘勇 尹会苏 +1 位作者 乔振花 刘朝兵 《生物医学工程与临床》 CAS 2021年第2期131-136,共6页
目的利用鼾声信号各频带的功率谱估计特征,诊断鼾声的阻塞部位。方法针对Welch功率谱估计法处理典型非平稳信号时是单一分辨率分析的问题,提出了一种小波包分解的Welch算法对鼾声信号功率谱估计的新方法。首先对采集的鼾声信号进行小波... 目的利用鼾声信号各频带的功率谱估计特征,诊断鼾声的阻塞部位。方法针对Welch功率谱估计法处理典型非平稳信号时是单一分辨率分析的问题,提出了一种小波包分解的Welch算法对鼾声信号功率谱估计的新方法。首先对采集的鼾声信号进行小波包多层分解,然后对分解系数重构,最后参照人耳听觉模型并结合各频带信号时频分布的特点,对各频带信号采用Welch算法结合不同的窗宽进行功率谱估计,同时初步分析了不同阻塞部位鼾声各频带的功率谱估计特性。结果该方法在对鼾声信号功率谱估计时,信号中低频和高频部分具有不同的频率和时间分辨率,3000~5000 Hz频带有无功率谱分布可以作为判断鼾声阻塞部位的依据。结论实验结果验证了该方法有效性,同时针对不同阻塞部位导致的鼾声,初步分析了其不同频带的功率谱估计特点. 展开更多
关键词 鼾声 小波包分解 韦尔奇法 功率谱估计 阻塞部位
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基于Welch谱估计和能量检测(ED)的干扰信号检测技术 被引量:6
16
作者 李奇 徐慨 +1 位作者 蔡城鑫 施白雪 《信息通信》 2018年第12期66-70,共5页
由于通信卫星直接暴露在自由空间中,因此很容易受到来自地面或者其他卫星转发器的有意或者无意的干扰,当卫星通信系统受到干扰时需要对干扰信号占据的频点位置进行检测。文章首先对能量检测法应用在干扰信号检测中的可能性进行论述,为... 由于通信卫星直接暴露在自由空间中,因此很容易受到来自地面或者其他卫星转发器的有意或者无意的干扰,当卫星通信系统受到干扰时需要对干扰信号占据的频点位置进行检测。文章首先对能量检测法应用在干扰信号检测中的可能性进行论述,为干扰信号检测算法的设计奠定基础;其次对随机信号的三种功率谱密度估计技术做理论推导,以寻求最适用于干扰信号检测的谱估计技术;最后对吴珺[1-2]等人的工作做改进,设计基于Welch谱估计和能量检测的干扰信号检测技术,利用仿真实验对其检测性能进行分析。 展开更多
关键词 干扰检测 能量检测 welch谱估计 周期图法 干扰信号
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基于Welch法的潜艇磁场频域信号特征分析
17
作者 吴芳 吴铭 林义杰 《海军航空工程学院学报》 2020年第3期248-252,共5页
航空磁探仪通过高灵敏度磁力仪测量空间中的磁异常曲线来探测水下磁目标是否存在。由于对水下磁目标磁异常信号的特征掌握较少等原因,目前磁探仪对目标探测距离近,检测概率低,识别能力不足,探测效果不够理想。磁异常信号特征分析是提高... 航空磁探仪通过高灵敏度磁力仪测量空间中的磁异常曲线来探测水下磁目标是否存在。由于对水下磁目标磁异常信号的特征掌握较少等原因,目前磁探仪对目标探测距离近,检测概率低,识别能力不足,探测效果不够理想。磁异常信号特征分析是提高航空磁探仪检测性能的基础性工作,文章运用一种平均周期图法对潜艇磁异常信号进行功率谱分析,得到了潜艇在不同下潜深度、不同航行速度下的功率谱曲线,为更好地对潜艇进行探测与识别提供依据。 展开更多
关键词 航空磁探 磁场 平均周期图法 特征分析 磁异常检测
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脉冲调制信号相位噪声测量中的功率谱估计方法 被引量:12
18
作者 陈晓龙 王家礼 +1 位作者 孙璐 冯丹 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期138-143,共6页
针对脉冲调制信号相位噪声测量中的噪声功率谱估计问题,建立了信号相位噪声的数学模型,分析了信号相位噪声与噪声功率谱之间的关系,提出了一种基于Welch法的噪声谱估计方法.该方法依据被测信号脉冲调制参数选择Welch法的数据分段和窗函... 针对脉冲调制信号相位噪声测量中的噪声功率谱估计问题,建立了信号相位噪声的数学模型,分析了信号相位噪声与噪声功率谱之间的关系,提出了一种基于Welch法的噪声谱估计方法.该方法依据被测信号脉冲调制参数选择Welch法的数据分段和窗函数长度.仿真实验结果表明,该方法较传统的快速傅里叶变换方法或自相关法具有更好的谱估计性能. 展开更多
关键词 脉冲调制信号 相位噪声 功率谱密度 welch
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改进周期图法功率谱估计中的窗函数仿真分析 被引量:35
19
作者 余训锋 马大玮 魏琳 《计算机仿真》 CSCD 2008年第3期111-114,共4页
周期图法是功率谱估计的一种基本方法,但该方法不满足一致性估计条件,谱估计的分辨力和方差都很难满足实际应用需要。因此采用其改进方法(即Welch法)估计信号功率谱,并结合该方法对四种典型窗函数的谱估计性能进行了具体的仿真,就其中... 周期图法是功率谱估计的一种基本方法,但该方法不满足一致性估计条件,谱估计的分辨力和方差都很难满足实际应用需要。因此采用其改进方法(即Welch法)估计信号功率谱,并结合该方法对四种典型窗函数的谱估计性能进行了具体的仿真,就其中的频率分辨率、采样信号的数据长度与窗函数的特性等因素之间的关系,进行了详细的讨论,重点分析了窗函数对谱估计的影响,指出了它们的优缺点,得出了不同数据类型与估计方式下的功率谱标准方差的均值。最后,根据实验结果并结合窗函数的评价指标,指出了选取合适的窗函数应注意的一般原则,具有一定的实际指导意义。 展开更多
关键词 周期图 谱估计 窗函数 韦尔奇法
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低信噪比下低复杂度的OFDM信号带宽盲估计方法 被引量:4
20
作者 刘明骞 李兵兵 +1 位作者 王婧舒 李艳玲 《江苏大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期76-80,共5页
针对低信噪比多径信道下传统的正交频分复用(OFDM)信号带宽盲估计方法估计精度低且计算量较大的问题,提出了一种低复杂度的OFDM信号带宽盲估计方法.首先利用修正的周期图求平均(Welch)法得到功率谱,再对其进行最小二乘多项式拟合得到平... 针对低信噪比多径信道下传统的正交频分复用(OFDM)信号带宽盲估计方法估计精度低且计算量较大的问题,提出了一种低复杂度的OFDM信号带宽盲估计方法.首先利用修正的周期图求平均(Welch)法得到功率谱,再对其进行最小二乘多项式拟合得到平滑的功率谱,然后通过对功率谱曲线进行求导提取出斜率最大点和最小点的位置进而估计带宽,最后多次循环求统计平均得到信号带宽的精确估计.通过理论分析,确定了OFDM信号带宽盲估计方法的步骤,并在多径信道下进行了仿真试验.仿真结果表明,该方法在信噪比为0 dB时能够达到98.9%的正确估计率,并且该方法与传统方法相比,带宽估计精度更高,计算复杂度更低. 展开更多
关键词 参数估计 带宽估计 OFDM welch 最小二乘曲线拟合
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