本发明专利技术公开一种基于循环谱的无线通信信号调制识别方法，首先对信号带宽进行粗估计，进行带通滤波，再利用谱相关方法计算信号循环谱密度，根据循环谱密度对循环谱特定截面进行谱峰值搜索获取相关的谱峰值大小，并以此计算出特征参数，最后根据特征参数对调制方式信号进行识别，能够在无任何先验信息的情况下对通信信号调制方式进行准确识别。本发明专利技术还在调制识别的基础上进一步公开了调制识别与参数估计方法，根据调制识别结果利用信号的原始循环谱、二次方谱以及四次方谱对不同调制方式信号进行载波频率估计和符号率估计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信技术和数字信号处理领域，具体涉及一种基于循环谱的无线通信信号调制识别方法以及一种基于循环谱的无线通信信号调制识别与参数估计方法。
技术介绍
常用的无线通信信号包括2ASK(2Amplitude Shift Keying二进制幅度键控)、2FSK(2Frequency Shift Keying二进制频移键控)、BPSK(Binary Phase Shift Keying二进制相移键控)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying正交相移键控)、MSK(Minimum Shift Keying最小频移键控)、16QAM(16Quadrature Amplitude Modulation16正交幅度调制)信号。在很多非协作通信中，譬如单点对多点网络通信、无线电监控与管理、通信系统故障检测、认知无线电等领域，甚至于军事上的通信侦查电子对抗等相关领域，接收端在对信号进行处理的过程中总要面临着一项或多项未知信息，甚至根本不知道任何相关发射信息。在这种情况下，所接收信号的各种参数对于接收机都是未知的，接收机不能采用数据辅助算法来对信号的调制方式进行识别和参数进行估计。目前国内外已发表的有关调制识别与参数估计的文献中，对信号调制识别的算法主要分类两类，一类是基于最大似然决策理论的方法，将调制识别过程作为一个复合假设检验问题，利用最大似然准则进行判决。该方法识别范围小，计算复杂，不易实现。第二类是基于信号特征提取与分析的识别方法，这类方法包括三个步骤：信号预处理、特征提取和分类识别，根据所选用的特征不同，调制识别也分为不同的方向，主要包括瞬时特征、统计特征以及变换域特征等。同时信号参数估计主要包括两部分，分别为载频估计和符号率估计。对于载频的估计，在协作通信中常通过在信号中添加导频或者训练序列来完成，而在非协作通信中，利用非线性变换来对载频进行估计是一种常见的方法。使用非线性变换方法使得这类载频估计受信噪比影响较大，在低信噪比环境下性能较差。在频谱监测中，经常通过对接收信号的频谱进行分析得到载频信息，常见的有Welch周期图法，这类方法可以对载频值进行粗略估计。在对信号的符号率估计上，常见的有基于包络谱，小波变换，循环自相关和循环谱的符号速率估计方法。总的来说，对信号调制识别与参数估计的研究一般划分为两个独立的研究方向，但随着非协作通信的发展，调制识别与参数估计越来越发展为一个整体，需要一种联合方法能够对未知通信信号的调制识别与参数估计都能够完成。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术存在的问题与不足，本专利技术提出了一种基于循环谱的无线通信信号调制识别及参数估计方法，能够同时完成对未知信号的调制识别与参数估计的方法。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术中基于循环谱的无线通信信号调制识别方法，其特征在于，包括以下步骤：1)信号带宽粗估计：接收端在接收未知信号后，对该未知信号的带宽进行粗略估计，得到带宽估计值和中心频率；2)带通滤波：根据得到的信号中心频率和带宽估计值，对其进行带通滤波；3)计算信号循环谱：利用快速傅里叶变换累加算法计算信号的循环谱；4)提取特征参数：根据计算得到的循环谱在其不同截面的谱峰值特点上提取特征参数，这些特征参数包括：截面峰值个数NR、截面谱峰下降度D、截面最大值M、截面最大值与次大值比R1和截面最大值与截面最大值比值R2；5)调制方式识别：根据得到的信号特征参数，采用基于二叉树分类方式对未知信号进行调制识别，二叉树分类方式以预先设定的阈值作为比较判决的依据。其中，步骤3)中计算信号循环谱包括以下步骤：将带通滤波后的数据x(n)每隔L点进行一次抽取，每次抽取的数据长度记为N′，总的抽取次数为P，对每次抽取的数据都要进行加窗操作以减小频谱泄露，再对加窗后的每块数据进行N'点的FFT变换，傅里叶变换的输出为对应频率成分的复包络；将复信号向基带进行频移，频移距离为k/N′，并求出频移后复包络的共轭相关，将结果逐行放入大小为N′2的乘法矩阵中，通过不断重复得到一个P×N′2大小的矩阵；对得到的矩阵求P点FFT变换，对FFT后的结果进行坐标变换得到最终的信号循环谱。其中，步骤5)中能识别的无线通信信号的调制方式包括：2ASK、2FSK、BPSK、QPSK、MSK或16QAM。进一步地，步骤5)中二叉树分类方式具体为：比较截面峰值个数NR与第一预设阈值Thr1，当NR＝Thr1时，则调制方式为2FSK；否则，比较截面谱峰下降度D与第二预设阈值Thr2，若D＞Thr2，则调制方式2ASK；否则，比较截面最大值M与第三预设阈值Thr3，若M＜Thr3，则调制方式为BPSK或MSK，需做进一步识别判断，若M≥Thr3，则调制方式为QPSK或16QAM，需做进一步识别判断；比较截面最大值与次大值比R1与第四预设阈值Thr4，若R1＜Thr4，则调制方式为MSK，否则为BPSK；比较截面最大值与截面最大值比R2与第五预设阈值，若R2＜Thr5，则调制方式为16QAM，否则为QPSK。更进一步地，所述第一预设阈值Thr1为4，第二预设阈值Thr2为0.3，第三预设阈值Thr3为0.9，第四预设阈值Thr4为2.5，第五预设阈值Thr5为0.6。本专利技术还公开了一种基于循环谱的无线通信信号调制识别与参数估计方法，在利用上述基于循环谱的无线通信信号调制识别方法获取到信号的调制方式后，进一步获取信号的载波频率估计值和符号率估计值载波频率估计值的获取具体如下：若调制方式为2ASK或BPSK，则载波频率估计值若调制方式为2FSK，则载波频率估计值和若调制方式为MSK，则载波频率估计值若调制方式为QPSK，则载波频率估计值若调制方式为16QAM，则载波频率估计值其中，fs为采样频率，N′为循环谱计算中的FFT点数，Imax1为截面上谱峰最大值所对应的位置，Imax_square为二次方循环谱截面上谱线最大值所对应的坐标，Imax_forth为四次方循环谱截面上谱线最大值所对应的坐标。符号率估计值的获取具体如下：找到原始信号循环谱截面的最大值fc的坐标，对循环谱截面进行搜索，记录除中心点外谱峰最大值所在的坐标Imax3；若调制方式为2ASK或BPSK，则符号率估计值若调制方式为2FSK，则符号率估计值若调制方式为MSK，则符号率估计值若调制方式为QPSK，则符号率估计值若调制方式为16QAM，则符号率估计值有益效果：本专利技术中基于循环谱的无线通信信号调制识别方法，通过快速傅里叶变换获取信号的循环谱，并利用循环谱提取特征参数，进一步利用不同调制方式特征参数的区别，通过预设阈值进行比较，最终确定信号的调制方式，能够在无任何先验信息的情况下对通信信号调制方式进行准确识别；在此基础上进一步提出基于循环谱的无线通信信号调制识别与参数估计方法，无需获取更多的参数，便可实现对载波频率和符号率进行有效估计，使得调制识别与参数估计越来越发展为一个整体，有益于非协作通信的发展。附图说明图1为本专利技术中基于循环谱的无线通信信号调制识别及参数估计方法的整体框架图；图2为本专利技术中基于循环谱的无线通信信号调制识别及参数估计方法的流程图；图3为循环谱计算的流程示意图；图4为本专利技术中二叉树分类方式的调制识别流程图；图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于循环谱的无线通信信号调制识别方法，其特征在于，包括以下步骤：1)信号带宽粗估计：接收端在接收未知信号后，对该未知信号的带宽进行粗略估计，得到带宽估计值和中心频率；2)带通滤波：根据得到的信号中心频率和带宽估计值，对其进行带通滤波；3)计算信号循环谱：利用快速傅里叶变换累加算法计算信号的循环谱；4)提取特征参数：根据计算得到的循环谱在其不同截面的谱峰值特点上提取特征参数，这些特征参数包括：截面峰值个数NR、截面谱峰下降度D、截面最大值M、截面最大值与次大值比R1和截面最大值与截面最大值比值R2；5)调制方式识别：根据得到的信号特征参数，采用基于二叉树分类方式对未知信号进行调制识别，二叉树分类方式以预先设定的阈值作为比较判决的依据。
【技术特征摘要】
1.一种基于循环谱的无线通信信号调制识别方法，其特征在于，包括以下步骤：1)信号带宽粗估计：接收端在接收未知信号后，对该未知信号的带宽进行粗略估计，得到带宽估计值和中心频率；2)带通滤波：根据得到的信号中心频率和带宽估计值，对其进行带通滤波；3)计算信号循环谱：利用快速傅里叶变换累加算法计算信号的循环谱；4)提取特征参数：根据计算得到的循环谱在其不同截面的谱峰值特点上提取特征参数，这些特征参数包括：截面峰值个数NR、截面谱峰下降度D、截面最大值M、截面最大值与次大值比R1和截面最大值与截面最大值比值R2；5)调制方式识别：根据得到的信号特征参数，采用基于二叉树分类方式对未知信号进行调制识别，二叉树分类方式以预先设定的阈值作为比较判决的依据。2.根据权利要求1所述的基于循环谱的无线通信信号调制识别方法，其特征在于，步骤3)中计算信号循环谱包括以下步骤：将带通滤波后的数据x(n)每隔L点进行一次抽取，每次抽取的数据长度记为N′，总的抽取次数为P，对每次抽取的数据都要进行加窗操作以减小频谱泄露，再对加窗后的每块数据进行N′点的FFT变换，傅里叶变换的输出为对应频率成分的复包络；将复信号向基带进行频移，频移距离为k/N′，并求出频移后复包络的共轭相关，将结果逐行放入大小为N′2的乘法矩阵中，通过不断重复得到一个P×N′2大小的矩阵；对得到的矩阵求P点FFT变换，对FFT后的结果进行坐标变换得到最终的信号循环谱。3.根据权利要求1所述的基于循环谱的无线通信信号调制识别方法，其特征在于，步骤5)中能识别的无线通信信号的调制方式包括：2ASK、2FSK、BPSK、QPSK、MSK或16QAM。4.根据权利要求3所述的基于循环谱的无线通信信号调制识别方法，其特征在于，步骤5)中二叉树分类方式具体为：比较截面峰值个数NR与第一预设阈值Thr1，当NR＝Thr1时，则调制方式为2FSK；否则，比较截面谱峰下降度D与第二预设阈值Thr...
【专利技术属性】
技术研发人员：张萌，陈子洋，吴建辉，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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