一種聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別裝置及方法，包括信號預處理模塊、高階統計量特征提取模塊、譜峰特征提取模塊和聯合識別模塊；待識別調制信號輸入信號預處理模塊進行濾波、載頻估計和歸一化處理，得到預處理信號；然后將其輸入到高階統計量特征提取模塊和譜峰特征提取模塊中進行特征提取，包括高階矩特征、高階累積量特征、星座聚類點數值、特征功率譜方差特征和一階微分幅度直方圖譜峰數特征等；將提取的特征信息輸入到聯合識別模塊中，基于聯合特征的分類器，對輸入信號進行模式特征匹配并輸出識別結果。本發明的裝置及方法首次實現了對SC-FDMA調制方式的識別，提高了高階QAM調制方式的識別率并擴大了MFSK類內識別的判決門限，可應用于頻譜管理及電子對抗等領域。
【專利說明】一種聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于通信【技術領域】，具體涉及一種聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代數字信號處理技術的發展，調制識別技術不斷涌現，這使得研究通信信號調制方式識別具有十分廣泛的應用價值和前景。調制識別技術根據其用途分為民用和軍事目的兩種途徑。民用方面，無線電管理局可以利用調制識別技術進行信號識別和監測信號傳輸，通過監視來控制信息傳輸，發現未注冊或非法發射機，從而保障無線通信環境的安全。在軍事方面，調制識別技術廣泛應用于電子對抗領域，通過調制識別技術來實現非協作通信，從而協助軍事現代化和信息化應用。
[0003]本發明涉及高階統計量、星座圖及譜峰特征技術，涉及的調制識別對象包括高斯濾波最小頻移鍵控(Gaussian Filtered Minimum Shift Keying, GMSK)、單載波分頻多X(Single-carrier Frequency-Division Multiple Access, SC-FDMA)、多進制頻移鍵控(M-ary Frequency-shift keying, MFSK)、多進制相移鍵控(M_ary Phase-shift keying,MPSK)、多進制正交振幅鍵控(M_ary Quadrature Amplitude Modulation, MQAM)等。
[0004]調制識別技術的發展分為人工調制識別和自動調制識別兩個階段，現階段自動調制識別技術占據主流。1969年4月，C.S.Weaver等發表了一篇名為“Automaticclassification of modulation types by pattern recognition，，的論文，此后，石開究自動調制識別的文獻逐漸出現。1992年，Reichert.J最早提出了使用高階累積量的方法進行調制識別，主要應用在對2ASK、2PSK、4PSK、MSK和2FSK等對象做識別，該方法可以在較低信噪比擁有較高的識別率。1997年和2000年，Swami等研究了基于四階累積量的方法，針對ASK、BPSK、8PSK和16QAM等信號進行調制識別，該方法可在15dB時達到95%的識別率。2001年，Spooner利用四階累積量和六階累積量的組合對數字信號的組合進行識別，在IOdB的時候達到較高識別率。2008年，Hsiao-Chun Wu等提出了一種在多徑條件下利用高階累積量的方法進行盲信道估計和調制識別，主要針對BPSK、QPSK、4QAM、16QAM和64QAM進行了識別仿真，發現了其比現有調制自動識別的性能優勢，但該方法支持識別的調制方式較少。近些年，高階累積量方法被用來實現了較多調制方式的識別，但針對長期演進(LongTerm Evolution, LTE)中使用的SC-FDMA調制方式的識別目前卻沒發現有公開文獻或方法報道。
[0005]2000年，Mobasseri提出利用信號星座圖形狀作為判決的標志，該算法采用的c均值迭代聚類，對QPSK、8PSK和16QAM幾種調制方式，可以在OdB以上實現90%以上的調制方式識別率。2008年，程漢文等對接收信號動態聚類重構星座圖，然后與預期星座圖匹配，并且利用最大似然準則對星座圖進行分類，在未知信號調制狀態數下，可以在IOdB和15dB實現90%以上調制方式識別率。2009年，Ohara S.等提出了一種基于幅值和余弦的MQAM調制識別方法，克服了單純幅值MQAM分類方法中星座圖受噪聲影響大的缺點，并且針對16QAM和64QAM進行了識別仿真。以上只能針對MQAM中的部分階數調制方式進行識別，其范圍太窄，針對高階調制識別的研究較少，尤其是沒有涉及的更高階128QAM的識別。
[0006]在相關專利方面，申請號為201210150812.5的發明提出了 一種基于廣義S交換的通信信號調制識別方法，通過結合短時傅立葉變換和高斯窗函數對輸入信號進行廣義S變換，來實現通信信號識別，但其未提及對SC-FDMA的信號識別方法。而申請號為201210234727.7的發明提出了一種通信信號的特征提取與調制識別方法，但其僅描述了分類識別的機制，未對聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別有所界定。
[0007]因此，需要一種聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別方法以解決上述問題。
【發明內容】
[0008]發明目的:本發明針對SC-FDMA調制方式識別，提高高階QAM調制方式的識別率以及擴大MFSK類內識別的判決門限等通信調制信號的識別需求，提供一種實現調制方式自動識別的聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別裝置。
[0009]技術方案:為解決上述技術問題，本發明的聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別裝置采用如下技術方案:
[0010]一種聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別裝置，包括信號預處理模塊、高階統計量特征提取模塊、譜峰特征提取模塊和聯合識別模塊；
[0011]將待識別的調制信號輸入所述信號預處理模塊得到預處理信號；所述預處理信號輸入到所述高階統計量特征提取模塊和譜峰特征提取模塊中進行特征提取，得到聯合識別特征；所述聯合識別特征輸入到所述聯合識別模塊中，所述聯合識別模塊按照模式匹配規則得到調制方式識別結果；
[0012]所述信號預處理模塊將接收到的信號變化為歸一化的基帶信號；
[0013]所述高階統計量特征提取模塊包括高階矩特征提取模塊、高階累積量特征提取模塊和星座聚類點數值特征提取模塊；其中，所述高階矩特征包括K30參數值，所述高階累積量特征包括C40參數值、C42參數值、C63參數值及組合參數值P2,所述星座聚類點數值特征為MQAM調制星座聚類點數值Ncduste ；
[0014]所述譜峰特征提取模塊包括功率譜方差FFTvm提取模塊和一階微分幅度直方圖譜峰數Ndiff提取模塊，其中，所述功率譜方差FFTva,提取8PSK和MFSK調制方式的功率譜，所述一階微分幅度直方圖譜峰數Ndiff首先對MFSK調制進行一階微分，獲取其幅度直方圖，然后求得幅度直方圖的譜峰個數；
[0015]所述聯合識別模塊包括第一識別器、第二識別器、第三識別器和第四識別器；
[0016]所述第一識別器利用K30對多載波與單載波進行區分；
[0017]所述第二識別器先利用C63識別出BPSK，再利用組合參數值P2區分出MQAM，最后利用C40設定門限，從余下的調制組合中識別出GMSK、SC-FDMA和QPSK三種調制方式；
[0018]所述第三識別器先用C40將MQAM分為16QAM/64QAM和32QAM/128QAM兩類，然后使用Nduste將以上調制方式進行識別；
[0019]所述第四識別器先用功率譜方差FFTva,從8PSK/MFSK中識別出8PSK，然后利用一階微分幅度直方圖譜峰數Ndiff對MFSK進行類內識別，識別出2FSK、4FSK和8FSK。
[0020]更進一步的，所述K30參數值利用下式計算得到:[0021]
【權利要求】
1.一種聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別裝置，其特征在于，包括信號預處理模塊(101)、高階統計量特征提取模塊(102)、譜峰特征提取模塊(103)和聯合識別模塊(104)；將待識別的調制信號輸入所述信號預處理模塊(101)得到預處理信號；所述預處理信號輸入到所述高階統計量特征提取模塊(102)和譜峰特征提取模塊(103)中進行特征提取，得到聯合識別特征；所述聯合識別特征輸入到所述聯合識別模塊(104)中，所述聯合識別模塊(104)按照模式匹配規則得到調制方式識別結果；所述信號預處理模塊(101)將接收到的信號變化為歸一化的基帶信號；所述高階統計量特征提取模塊(102)包括高階矩特征提取模塊(201)、高階累積量特征提取模塊(202)和星座聚類點數值特征提取模塊(203);其中，所述高階矩特征包括K30參數值，所述高階累積量特征包括C40參數值、C42參數值、C63參數值及組合參數值P2,所述星座聚類點數值特征為MQAM調制星座聚類點數值Nduste ；所述譜峰特征提取模塊(103)包括功率譜方差FFTvm提取模塊(301)和一階微分幅度直方圖譜峰數Ndiff提取模塊(302)，其中，所述功率譜方差FFTvm提取8PSK和MFSK調制方式的功率譜，所述一階微分幅度直方圖譜峰數Ndiff首先對MFSK調制進行一階微分，獲取其幅度直方圖，然后求得幅度直方圖的譜峰個數；所述聯合識別模塊(104)包括第一識別器(401)、第二識別器(402)、第三識別器(403)和第四識別器(404);所述第一識別器(401)利用K30對多載波與單載波進行區分；所述第二識別器(402)先利用C63識別出BPSK，再利用組合參數值P2區分出MQAM，最后利用C40設定門限，從余下的調制組合中識別出GMSK、SC-FDMA和QPSK三種調制方式；所述第三識別器(403)先用C40將MQAM分為16QAM/64QAM和32QAM/128QAM兩類，然后使用Nduste將以上調制方式進行識別；所述第四識別器(404)先用功率譜方差FFTva,從8PSK/MFSK中識別出8PSK，然后利用一階微分幅度直方圖譜峰數Ndiff對MFSK進行類內識別，識別出2FSK、4FSK和8FSK。
2.如權利要求1所述的聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別裝置，其特征在于，所述K30參數值利用下式計算得到:
3.如權利要求1所述的聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別裝置，其特征在于，所述C40參數值、C42參數值、C63參數值及組合參數值Ρ2的計算式分別為:
4.一種聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別方法，其特征在于，采用如權利要求1-3任一項所述的聯合高階統計量和譜峰特征的調制識別裝置，包括以下步驟:(1)、將待識別的調制信號輸入到所述信號預處理模塊(101)，得到歸一化的基帶信號;(2)、將步驟(I)得到的歸一化的基帶信號輸入所述高階統計量特征提取模塊(102)，得到K30、C40、C42、C63和P2的數值；(3)、對于滿足K30< 5.5并且|P2| < 3.2的待識別信號，繼續進行高階統計量特征中Ncluster的提取；對滿足K30 < 5.5并且IP2 I > 3.2及C40 < 0.1的待識別信號，將步驟(I)得到的歸一化的基帶信號輸入所述譜峰特征提取模塊(103)，進行所述功率譜方差FFTvm和一階微分幅度直方圖譜峰數Ndiff的提取；(4)、步驟(2)得到的K30、C40、C42、C63和P2的數值和步驟(3)得到的Ncluste'FFTvar和Ndiff的數值輸入所述聯合識別模塊(104)；(5)、所述第一識別器(401)利用K30識別出多載波調制信號和單載波調制信號；第二識別器(402)利用C63識別出BPSK調制，然后利用P2和C40分為三個輸出方向的數據；(6)、將步驟(5)分出的一個輸出方向的數據輸入第四識別器(404)，所述第四識別器(404)利用FFTvm識別出8PSK，然后利用Ndiff依次識別出2FSK、4FSK和8FSK調制方式；(7)、將步驟(5)分出的另一個輸出方向的數據在所述第二識別器(402)中利用C40分別識別出GMSK、SC-FDMA和QPSK調制方式； (8)、將步驟(5)分出的第三個輸出方向的數據輸入第三識別器(403)，所述第三識別器(403)結合 C40 和 Nelustw 識別出 16QAM、32QAM、64QAM 和 128QAM 調制方式。
【文檔編號】H04L27/00GK103441974SQ201310376337
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月26日 優先權日:2013年8月26日
【發明者】陳立全, 孟躍偉, 邵辰, 任衛東 申請人:東南大學