基于神经网络的多档码速率自适应解调系统及方法技术方案

技术编号:15794832 阅读:132 留言:0更新日期:2017-07-10 10:05
本发明专利技术提出了一种基于神经网络的多档码速率自适应解调系统及方法,用于解决现有多档码速率自适应解调系统实现复杂度高及解调方法计算量大的技术问题;在该解调系统中,ADC采样模块先采样模拟调制信号,码元特征点提取模块再利用构建神经网络模块训练的一维卷积神经网络对采样后信号的相位突变点进行检测,码速率估计模块再根据该检测结果估计采样后信号码速率,信噪比估计模块再估计采样后信号信噪比,控制器模块再根据码速率估计结果和信噪比估计结果选择解调模块的低通滤波系数和内插结构,并计算解调模块的采样率转换倍数,最后解调模块利用选择出的低通滤波系数和内插结构,以及计算出的采样率转换倍数,对采样后信号进行解调。

【技术实现步骤摘要】
基于神经网络的多档码速率自适应解调系统及方法
本专利技术属于数字通信
,涉及一种基于神经网络的多档码速率自适应解调系统及方法,可用于载波速率已知,码速率在已知的多档码速率中变化的相移键控(PSK)解调系统中。
技术介绍
数字调制解调技术是数字通信系统中必不可少的组成部分,所谓调制是指为了易于发射基带信号,而将基带信号加载到较高频率的载波信号上的过程;解调则是调制的逆过程,是从已调信号中恢复出原始基带信号的过程,而数字调制解调则是采用数字信号处理的方法来实现调制解调。根据基带信息控制载波参数的不同,现有的数字调制方式可以分为幅度键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)三种基本调制方式,它们分别将基带信号的信息加载在载波的幅度、频率和相位上,其中PSK调制在这三种基本数字调制方式中,抗噪性能最好,频谱利用率最高,现已在中高速数据传输场合中得到广泛应用,如卫星通信等场合。在卫星通信系统中,信道受到太空粒子的干扰,以及长距离传输时受到天气等因素的影响,信道质量往往有较大的差别,所以发送端往往会在不更改其他调制参数的情况下,根据不同信道质量,采用不同的码速率,当信道质量较佳时,采用较高码速率进行通信,以保证高速率通信,当信道质量较恶劣的时候,为保证系统的通信质量,则采用较低码速率进行通信,所以地面接收端必须能在未知当前码速率的情况下,估计出当前码速率,进而完成自适应解调。一般地,发送端和接收端采用约定的多档码速率来适应不同信道质量的通信,该种方式下,可减小接收端自适应解调系统的复杂度,同时可提高码速率估计准确度,进而提高解调性能。目前,针对多档码速率自适应解调的研究较多,这些研究中提出的自适应解调系统一般包括ADC采样模块、码速率估计模块、载波同步模块、下采样模块、基于单点Farrow内插结构的定时同步模块以及判决输出模块,ADC采样模块先对模拟调制信号进行采样,载波同步模块再对采样后信号进行载波恢复、下变频和低通滤波,下采样模块再将载波同步模块输出信号的采样率转换为适合定时同步模块处理的采样率,定时同步模块再对采样率转换后信号进行定时同步,最后判决输出模块对定时同步后信号进行符号判决,判决输出数据即为最终解调输出数据,其中码速率估计模块通过对采样后信号或者下变频后信号进行多组滤波或多次抽取来实现对当前码速率的估计,进而使得多档码速率的自适应解调成为可能,但多组滤波或者多次抽取增大了码速率估计模块的实现复杂度,进而使得该种解调系统实现复杂度较高,例如申请公布号为CN105516041A、名称为“一种低信噪比下自适应数字解调系统”的专利申请,公开了一种低信噪比下的多档码速率自适应解调系统,该系统中,码速率估计原理为:首先将下变频后信号依次通过N个档位的低通滤波器,其中N为发送端可能发送的码速率的种类数,然后再比较各个低通滤波器输出信号分别经过一个带通滤波器和一个低通滤波器后的信号功率大小,最后根据比较结果判断当前码速率的档位,该解调系统可以在较低信噪比下取得较好的解调性能,但是N个档位的滤波设计增大了系统的资源占用率和实现复杂度;目前针对多档码速率的自适应解调方法,一般通过对模拟调制信号的采样后信号或下变频后信号进行多组滤波或多次抽取,再通过比较多组滤波或多次抽取后信号的幅度大小或者功率大小来判断当前码速率档位,例如授权公告号为CN102801663B、名称为“一种用于深空探测器的多档码速率估计方法”的中国专利,公开了一种多档已知码速率的自适应解调方法,先对模拟调制信号的采样后信号分别进行高速率、中速率和低速率的滤波抽样,再按照低速率信号优先于中速率信号优先于高速率信号的顺序对滤波抽样后信号进行码速率估计,其中码速率估计方法具体为:首先对滤波抽样后信号进行去调制处理,然后对去调制后信号进行FFT运算,并计算FFT运算后实部与虚部的平方和,最后通过判断计算出的平方和的最大值、次大值、第三大值以及除最大值、次大值、第三大值外的平均值来判断当前的码速率档位,因为该解调方法进行了3次滤波抽样,所以其计算量较大。
技术实现思路
本专利技术针对上述已有系统及方法存在的缺点,提出了一种基于神经网络的多档码速率自适应解调系统及方法,利用PSK调制信号只有有限种相位以及神经网络可用于分类的特点,对未知码速率档位的采样后信号的码速率进行估计,从而实现对多档码速率的自适应解调,用于解决现有多档码速率自适应解调系统实现复杂度高及解调方法计算量大的技术问题。为实现上述目的,本专利技术采取的技术方案为:一种基于神经网络的多档码速率自适应解调系统,包括ADC采样模块、构建神经网络模块、码元特征点提取模块、码速率估计模块、信噪比估计模块、解调模块和控制器模块,其中:ADC采样模块,用于将接收的模拟调制信号S1转化为数字信号S2;构建神经网络模块,用于构建一维卷积神经网络,并利用数字信号S2及对应的相位突变标记,对该一维卷积神经网络进行训练;码元特征点提取模块,用于利用构建神经网络模块的训练结果,对数字信号S2的每个采样点的相位进行检测,并输出检测结果;码速率估计模块,用于根据码元特征点提取模块的检测结果,对数字信号S2的码速率进行估计,并输出码速率估计结果;信噪比估计模块,用于对数字信号S2的信噪比进行估计,并输出信噪比估计结果;解调模块,包括载波同步模块、下采样模块、定时同步模块和判决输出模块,其中:载波同步模块,用于对数字信号S2进行载波恢复、下变频和低通滤波,并输出低通滤波后的高速基带信号S3;下采样模块,用于对高速基带信号S3的采样率进行转换,并输出转换后的低速基带信号S4;定时同步模块,用于对低速基带信号S4进行定时同步,并输出定时同步后的待判决数字信号S5;判决输出模块,用于对待判决数字信号S5进行符号判决,并输出判决后数据;控制器模块,用于根据码速率估计模块的码速率估计结果和信噪比估计模块的信噪比估计结果,对载波同步模块进行低通滤波时采用的一组低通滤波系数及定时同步模块采用的Farrow内插结构进行选择,并对下采样模块的采样率转换倍数进行计算。上述的基于神经网络的多档码速率自适应解调系统,所述低通滤波,其滤波系数包括N组预先设计的低通滤波系数,且该N组低通滤波系数与发送端可能发送的N档码速率相对应。上述的基于神经网络的多档码速率自适应解调系统,所述定时同步模块,包括2点、3点和4点Farrow内插结构。一种基于神经网络的多档码速率自适应解调方法,包括如下步骤:(1)、ADC采样模块对模拟调制信号S1进行模数转换:ADC采样模块接收模拟调制信号S1,并以采样频率fs对该模拟调制信号S1进行采样,得到数字信号S2;(2)、构建神经网络模块获取训练的一维卷积神经网络:构建神经网络模块构建一维卷积神经网络,并利用数字信号S2及对应的相位突变标记,对构建的一维卷积神经网络进行训练,得到训练的一维卷积神经网络;(3)、码元特征点提取模块获取携带有数字信号S2相位突变信息的数字序列:码元特征点提取模块利用训练的一维卷积神经网络对数字信号S2的相位突变点进行检测,在检测出相位突变的采样点处标记数字1,在未检测出相位突变的采样点处标记数字0,得到标记的0或1数字序列并输出;(4)、码速率估计模块根据标记的0或1数字序列,对数字信号本文档来自技高网
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基于神经网络的多档码速率自适应解调系统及方法

【技术保护点】
一种基于神经网络的多档码速率自适应解调系统,其特征在于:包括ADC采样模块、构建神经网络模块、码元特征点提取模块、码速率估计模块、信噪比估计模块、解调模块和控制器模块,其中:ADC采样模块,用于将接收的模拟调制信号S

【技术特征摘要】
1.一种基于神经网络的多档码速率自适应解调系统,其特征在于:包括ADC采样模块、构建神经网络模块、码元特征点提取模块、码速率估计模块、信噪比估计模块、解调模块和控制器模块,其中:ADC采样模块,用于将接收的模拟调制信号S1转化为数字信号S2;构建神经网络模块,用于构建一维卷积神经网络,并利用数字信号S2及对应的相位突变标记,对该一维卷积神经网络进行训练;码元特征点提取模块,用于利用构建神经网络模块的训练结果,对数字信号S2的每个采样点的相位进行检测,并输出检测结果;码速率估计模块,用于根据码元特征点提取模块的检测结果,对数字信号S2的码速率进行估计,并输出码速率估计结果;信噪比估计模块,用于对数字信号S2的信噪比进行估计,并输出信噪比估计结果;解调模块,包括载波同步模块、下采样模块、定时同步模块和判决输出模块,其中:载波同步模块,用于对数字信号S2进行载波恢复、下变频和低通滤波,并输出低通滤波后的高速基带信号S3;下采样模块,用于对高速基带信号S3的采样率进行转换,并输出转换后的低速基带信号S4;定时同步模块,用于对低速基带信号S4进行定时同步,并输出定时同步后的待判决数字信号S5;判决输出模块,用于对待判决数字信号S5进行符号判决,并输出判决后数据;控制器模块,用于根据码速率估计模块的码速率估计结果和信噪比估计模块的信噪比估计结果,对载波同步模块进行低通滤波时采用的一组低通滤波系数及定时同步模块采用的Farrow内插结构进行选择,并对下采样模块的采样率转换倍数进行计算。2.根据权利要求1中所述的基于神经网络的多档码速率自适应解调系统,其特征在于:所述低通滤波,其滤波系数包括N组预先设计的低通滤波系数,且该N组低通滤波系数与发送端可能发送的N档码速率相对应。3.根据权利要求1中所述的基于神经网络的多档码速率自适应解调系统,其特征在于:所述定时同步模块,包括2点、3点和4点Farrow内插结构。4.一种基于神经网络的多档码速率自适应解调方法,其特征在于包括如下步骤:(1)、ADC采样模块对模拟调制信号S1进行模数转换:ADC采样模块接收模拟调制信号S1,并以采样频率fs对该模拟调制信号S1进行采样,得到数字信号S2;(2)、构建神经网络模块获取训练的一维卷积神经网络:构建神经网络模块构建一维卷积神经网络,并利用数字信号S2及对应的相位突变标记,对构建的一维卷积神经网络进行训练,得到训练的一维卷积神经网络;(3)、码元特征点提取模块获取携带有数字信号S2相位突变信息的数字序列:码元特征点提取模块利用训练的一维卷积神经网络对数字信号S2的相位突变点进行检测,在检测出相位突变的采样点处标记数字1,在未检测出相位突变的采样点处标记数字0,得到标记的0或1数字序列并输出;(4)、码速率估计模块根据标记的0或1数字序列,对数字信号S2的码速率进行估计,得到估计码速率rb并输出;(5)、信噪比估计模块对数字信号S2的信噪比进行估计,得到数字信号S2的估计信噪比SNR并输出;(6)、控制器模块选择Farrow内插结构和一组低通滤波系数,同时计算采样率转换倍数m:(6a)、控制器模块根据数字信号S2的估计信噪比SNR,选择定时同步模块采用的Farrow内插结构;(6b)、控制器模块根据估计码速率rb及已知的发送端可能发送的码速率,计算数字信号S2的真实码速率rbs,并从载波同步模块预先设计的N...

【专利技术属性】
技术研发人员:张敏郑东莉王海赵伟秦红波刘岩
申请(专利权)人:西安电子科技大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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