一种测控复合调制信号的参数盲估计方法技术

本发明专利技术公开了一种测控复合调制信号的参数盲估计方法，属于信号处理领域。为实现对复合调制信号的调制指数K

【技术实现步骤摘要】
一种测控复合调制信号的参数盲估计方法


[0001]本专利技术属于信号处理领域，特别是复合调制信号的参数估计、识别和解调流程设计。

技术介绍

[0002]复合调制(Composite Modulation,CM)指多用户基带数据采用不同的调制方式调制到统一载波上的多层调制方案，是提高航天测控通信系统传输效率、抗干扰能力和安全性的关键技术。目前航天通信对认知无线电的需求迅速增长，为实现下一代测控通信系统的频谱共享、自适应调制和灵活传输需求，必须对复合调制信号的调制参数如符号速率、载波频率、调制类型和调制指数进行盲估计。然而，复合调制方案引入了多层调制方法之间的非线性耦合，加上空间传输信道引入的信道噪声和大尺度频偏等损失因素，使得接收端在无先验知识的条件下准确估计这些参数并解调到基带用户信息成为了巨大的挑战。因此，研究新的鲁棒高效的复合调制信号参数盲估计方法受到了广泛关注。
[0003]目前复合调制信号的参数盲估计方法研究有限，且因复合调制方案的复杂性和非线性，单调制信号的参数估计方法在引入到复合调制时面临困难。传统的信号参数估计流程为“解调后估计”，在此过程中，解调依赖于精确的调制指数，而调制指数的估计又依赖于可靠的解调信号，无先验知识的情况下，这样的困境致使调制参数估计陷入两难之境。同时，单调制下的理论最优参数最大似然(ML)估计算法因其对先验知识的要求和巨大的计算量失去实用性；高阶累积量(HOS)作为信号可提取特征，在单调制信号的参数估计中表现良好，但应用到复合调制时失去有效性。
[0004]作为调制参数重要组成的调制参数K
p
反映了所有剩余调制信号与外部主载波之间的非线性调制关系，直接影响着其频域功率分布和频谱特性，但对该参数的估计研究存在更大的局限。在对调制指数的估计上，归一化希尔伯特变化方法利用接收复合调制信号的时间波形反解直接估计调制指数，但该方法的性能受到相位同步的影响，低信噪比下的相位误差会导致性能显著下降；针对统一S波段(USB)的复合调制信号调制指数估计中，频谱特征作为一种可靠的信号特征得到提取，但后续的贝塞尔方程的求解又增大了整个估计过程的计算量。如何尽量消除相位噪声引入的误差影响并降低估计过程的计算量和复杂度将是本专利技术关注并解决的一个重点技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于在克服已有调制指数估计方法的不足，构造一套完整的针对航天测控统一载波体制复合调制信号的参数估计识别和解调流程。该套估计流程的优势在于可做到相位的有效同步，消除航天链路引入的相位噪声，且所需先验知识少，计算量和复杂度低。
[0006]本专利技术基于复合调制信号的频域谱线特征，提出了一种新的可提取特征量：功率电平比P，考虑到调制指数K
p
和该功率电平比P之间是超越函数关系，直接求解存在困难，本
专利技术引入了结合分段Hermite和三次Cubic
‑
spline混合插值方法来逼近其函数关系，从而给出调制指数估计值，并在估计值的基础上做解调。
[0007]本专利技术技术方案为一种测控复合调制信号的参数盲估计方法，该方法的实施过程包括以下几个方面：
[0008]步骤1：构造存储在接收端的理想复合调制信号参考集(K
p
,P)；
[0009]步骤1.1：生成理想复合调制信号集；
[0010]该信号集中包含五种统一载波体制下的复合调制信号，分别为PCM/BPSK/PM、PCM/QPSK/PM、PCM/BPSK1+BPSK2/PM、PCM/QPSK1+QPSK2/PM、PCM/BPSK+QPSK/PM，这些信号的调制指数K
p
在[0.2,1.4]内非等间隔取值，理想复合调制信号无噪干扰、不考虑相位噪声和多普勒频移；这里给出理想复合调制信号的发射信号s(t)的模型：
[0011][0012]其中，x
B
(t)是等效低通信号，f
c
是主载波频率，Φ0是主载波的初始相位，代表取实部，
[0013]x
B
(t)为：
[0014][0015][0016][0017]其中，A代表调制信号幅度，x
I
(t)代表等效低通信号的同相分量，x
Q
(t)代表等效低通信号的正交分量；K
p
是调制指数，s
i
(t)是内层调制信号，具体又分为BPSK、QPSK及多用户组合方式，其中表示内层调制信号的个数，即统一载波体制下的用户个数；
[0018]内层调制的信号模型如下：
[0019]s
i
(t)＝a
i
(t)cos(2πf
i
t+φ
i,0
)
‑
b
i
(t)sin(2πf
i
t+φ
i,0
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0020]其中，
[0021][0022]其中，a
i
(t)和b
i
(t)是两种经脉冲成型后的基带信号码元，f
i
是内层剩余载波调制的载波频率，φ
i,0
是内层剩余载波调制的初始相位，i指的是内层调制信号的数目，i取到对基带信号码元a
i
(t)和b
i
(t)来说，c
i,k
，d
i,k
都是不归零双极性码元,g
i
(t)代表矩形脉冲，T
i
代表第i路成型脉冲的持续时间，其中k代表的的是第k个用户信息码元；
[0023]步骤1.2：利用快速傅里叶变换(FFT)方法将理想复合调制信号变换到频域；
[0024]步骤1.3：对频域谱线快排序得到功率电平最大和次大的谱线分量，这两种谱线分量分别出现在主载波ω＝ω
c
＝2πf
c
和一次副载波频点处；所述一次副载波频点指的是：
[0025]ω＝ω
c
±
ω
m
＝2π(f
c
±
f1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0026]当内层残余载波调制仅存在一路时，ω
m
＝2πf1中的f1指的即是副载波频率；当内层残余载波调制包括多路时，f1指的是数值最小的副载波频率，此时ω
m
＝2πf1＝2πf
m
；
[0027]步骤1.3：计算二者比值求得功率电平比P，如此构造映射参考集(K
p
,P)；
[0028]步骤2：对接收端实际接收到的某种或多种复合调制信号做快速傅里叶变换生成其频谱；
[0029]步骤3：对频域谱线快排序得到功率电平最大和次大的谱线分量，计算二者比值求得实际功率电平比
[0030]步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测控复合调制信号的参数盲估计方法，该方法的实施过程包括以下几个方面：步骤1：构造存储在接收端的理想复合调制信号参考集(K
p
,P)；步骤1.1：生成理想复合调制信号集；该信号集中包含五种统一载波体制下的复合调制信号，分别为PCM/BPSK/PM、PCM/QPSK/PM、PCM/BPSK1+BPSK2/PM、PCM/QPSK1+QPSK2/PM、PCM/BPSK+QPSK/PM，这些信号的调制指数K
p
在[0.2,1.4]内非等间隔取值，理想复合调制信号无噪干扰、不考虑相位噪声和多普勒频移；这里给出理想复合调制信号的发射信号s(t)的模型：其中，x
B
(t)是等效低通信号，f
c
是主载波频率，Φ0是主载波的初始相位，代表取实部，x
B
(t)为：(t)为：(t)为：其中，A代表调制信号幅度，x
I
(t)代表等效低通信号的同相分量，x
Q
(t)代表等效低通信号的正交分量；K
p
是调制指数，s
i
(t)是内层调制信号，其中表示内层调制信号的个数，即统一载波体制下的用户个数；内层调制的信号模型如下：s
i
(t)＝a
i
(t)cos(2πf
i
t+φ
i,0
)
‑
b
i
(t)sin(2πf
i
t+φ
i,0
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中，其中，其中，a
i
(t)和b
i
(t)是两种经脉冲成型后的基带信号码元，f
i
是内层剩余载波调制的载波频率，φ
i,0
是内层剩余载波调制的初始相位，i指的是内层调制信号的数目，i取到对基带信号码元a
i
(t)和b
i
(t)来说，c
i,k
，d
i,k
都是不归零双极性码元,g
i
(t)代表矩形脉冲，T
i
代表第i路成型脉冲的持续时间，其中k代表的的是第k个用户信息码元；步骤1.2：利用快速傅里叶变换(FFT)方法将理想复合调制信号变换到频域；步骤1.3：对频域谱线快排序得到功率电平最大和次大的谱线分量，这两种谱线分量分别出现在主载波ω＝ω
c
＝2πf
c
和一次副载波频点处；所述一次副载波频点指的是：ω＝ω
c
±
ω
m
＝2π(f
...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎啸，钟旭诺，王茜，陈逸芸，赵明慧，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：