CN102325123A - Rayleigh衰落信道下MQAM调制信号的盲识别方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域,具体涉及一种Rayleigh衰落信道下MQAM调制信号的盲识别方法。
背景技术
通信信号的调制识别技术在信号确认、干扰识别、频谱管理、通信监视和电子对抗等多个领域具有广泛的应用,而调制识别的基本任务就是对所截获的不明信号的调制种类进行分析、判决和归类。MQAM调制信号作为一种现代数字技术中频带利用率很高、调制方式比较灵活的数字调试手段已被广泛应用于各种数字信号的传输领域中,因此,MQAM信号的识别也变得尤为重要。但由于不同阶的MQAM信号的区别较小,使得MQAM的识别变得比较困难。另外,在实际应用中,信号在传输过程通常要经历衰落,并且受到各种信号干扰,在非协作的环境下这种情况更为严重。因此,研究在衰落信道下的MQAM信号的调制识别更为实用。
针对这一问题,近年来已有许多学者在该领域进行了较深入的研究。陈卫东等人提出了一组多径累量不变量的分类特征,当指数衰减多径信道的衰减参数α<0.7时可以有效区分BPSK、QPSK、8PSK信号,但是该特征对MQAM信号的识别率较低。Octavia提出了多天线接收处理技术,利用信号的循环累积量作为分类特征,对平坦衰落信道下的MPSK和MQAM信号进行识别,但是该方法计算循环累积量的难度较大。Hsiao-Chun Wu等人提出了多径信道下使用累积量特征进行识别的方法,该方法需要知道噪声方差和信道的阶数,并且需要估计多径信道系数。Vladimir D.Orlic使用了归一化的六阶累积量,使得识别率有了较大的提高,但仍需要估计信道系数。Wang Bin等人提出了在瑞利衰落信道下使用归一化的六阶矩对调制信号进行识别的方法,可以有效地识别MPSK、MQAM和OFDM信号,但需要估计信噪比。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种Rayleigh衰落信道下MQAM调制信号的盲识别方法,使其能够在不知道信号的任何先验信息下有效地识别MQAM信号,同时对相位抖动和频率偏差有很强的健壮性。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
所述步骤(3)具体执行以下操作:
为了去除信号平均功率的影响,已有的算法大多用对各累积量进行功率归一化,但由于高斯白噪声的二阶累积量不为零,故归一化的操作又引入了噪声的影响,这与最初选择累积量进行调制识别的初衷相悖。为了去除信号平均功率的影响,同时尽可能的减小噪声的影响,本发明用四阶累积量和六阶累积量联合构建识别参数进行识别,构建的识别参数为
本发明具有积极有益的效果:
本发明由于无需知道与信号有关的任何先验信息,是一种全盲的调制信号识别算法,而且本发明设计提取的特征量的理论值有很强的可区分性,因而能够有效地提高MQAM调制信号的识别率;同时对相位抖动和频率偏差有很强的健壮性。
附图说明
图1为本发明方法的流程图;
图2为本发明调制信号识别方法在Rayleigh衰落信道下4-QAM、16-QAM和64-QAM调制信号的识别率分别随信噪比变化的曲线图;
图3为本发明调制信号识别方法和文献方法在Rayleigh衰落信道情况下识别率随信噪比变化的曲线仿真比较图。
具体实施方式
实施例1 Rayleigh衰落信道下MQAM调制信号的盲识别方法
(1)MQAM信号模型
其中,表示接收端接收到的无噪的基带信号的复包络,表示N个发送的数据序列,是均值为0,方差为的加性高斯白噪声,为脉冲成形函数,为符号周期。和表示Rayleigh衰落现象,假设信道是平坦的、慢衰落信道,衰落足够慢使得复衰落参数至少在一个符号周期内恒定,而在观测时间内恒定,并且、和统计独立,其中参数服从Rayleigh分布,服从的均匀分布。
(2)MQAM信号的识别方法
①特征提取
, (4)
(5)
, (9)
为了去除信号平均功率的影响,已有的算法大多用对各累积量进行功率归一化,但由于高斯白噪声的二阶累积量不为零,故归一化的操作又引入了噪声的影响,这与最初选择累积量进行调制识别的初衷相悖。为了去除信号平均功率的影响,同时尽可能的减小噪声的影响,本文用四阶累积量和六阶累积量联合构建识别参数进行识别,构建的识别参数为:
(12)
从而证明了特征量对MQAM信号星座图的平移、尺度和相位旋转变换具有不变性。
表1 不同信号的理论特征值
②识别步骤(参见图1)
使用特征参数进行分类识别的步骤为:
实施例2 仿真实验
依据上述分析,对本发明提出的算法进行仿真实验。仿真实验中,设码元个数为2000,采用矩形脉冲成型,信道幅度衰减因子为服从Rayleigh分布的随机序列,相位衰减因子在区间随机取值,的变化范围为。对该算法独立进行100次Monte Carlo实验,并取其平均值作为结果。
图2为特征参数随信噪比变化的曲线。从图中可以看出调制信号4-QAM的特征量值均大于;16-QAM的特征量值均小于,当信噪比大于时值趋近于0;64-QAM的特征量值均大于小于,这和理论分析结果基本保持一致;另外,由仿真中信号的特征量取值范围也可以看出使用能很容易地对信号集进行识别分类.
表2和表3是不同信噪比下信号识别率的混淆矩阵。表中第3、4、5行是没有相位抖动和频率偏差情况下不同信号的识别率,可以看出,在信噪比为0dB时算法可以达到较好的识别效率,为10dB时识别率已经达到了95%以上,即算法在低信噪比下有较好的性能;表中第6、7、8行是存在随机相位抖动情况时不同信噪比下的识别率,相位为服从范围的均匀分布,看出小的相位抖动对识别率没有大的影响;表中第9、10、11行是存在归一化频率偏差情况下的识别率,频率偏差为服从范围的均匀分布(其中为采样点数),从表中看出,频率偏差对信号的识别率也没有大的影响。这验证了本文算法对相位抖动和频率偏差的健壮性。
表2 信噪比为0dB时的识别率Pcc (%)
表3 信噪比为10dB时的识别率Pcc (%)
图3为识别率随信噪比变化的曲线图。其中图(a)是在本算法下4-QAM、16-QAM和64-QAM信号的识别率分别随信噪比变化的曲线图,图(b)是本算法和文献[7]算法的识别率比较曲线图。从图(a)可以看出,16-QAM信号在5dB时识别率就已经达到了95%以上,而4-QAM信号的识别率基本上不受信噪比变化的影响, 这是因为其特征值远远大于其他信号的特征值,使得噪声的干扰变得微不足道了;另外,还可看到4-QAM信号的识别率在高信噪比下并没有太大的提高,究其原因,可能是因为其特征参数表达式(16)中的极小数和的差距不稳定造成的。从图(b)可以明显看出本文算法要优于文献(Bin Wang and Lindong Ge. A Novel Algorithm for Identification of OFDM Signal, Wireless Communications, Networking and Mobile Computing Proceedings, pp: 261-264, 2005)中的算法,并且本发明算法不需要估计信噪比,是一种高效全盲的识别算法。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所要求的保护范围。
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