CN102891723B - Mimo-ofdm系统的无线电监测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种MIMO-OFDM系统的无线电监测方法，包括步骤：计算MIMO-OFDM信号发射端的天线数目；根据天线数目对MIMO-OFDM信号进行多方案解调和调制获得重构的调制波形；根据MIMO-OFDM信号的信道估计参数将调制波形重构出接收波形；根据MIMO-OFDM信号对接收波形进行波形识别获得无线电监测参数。本发明还提供一种MIMO-OFDM系统的无线电监测装置，本发明的技术，通过识别出发送端的天线数目，可以准确识别出信号类型，而采用重构接收波形来进行识别，在对多天线通信系统进行监测时，可以识别出多天线信号叠加信号，提高了MIMO-OFDM信号的监测的可靠性，从技术手段上保障对MIMO-OFDM系统的无线电发射情况的有效地监测。

Description

MIMO-OFDM系统的无线电监测方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种MIMO-OFDM系统的无线电监测方法和装置。

背景技术

无线电频谱管理是行政管理和科学技术的结合，其目的在于确保无线电台站设备不引起有害干扰，并能进行有效的工作和服务。而无线电监测是无线电频谱管理过程的重要手段，一般是指采用技术手段和一定的设备对无线电发射的基本参数进行测量，例如频率、带宽、调制方式、编码方式等等。

传统的无线电频谱管理一般都是针对单天线的收发系统，然而，随着无线通信朝着大容量、高传输率和高可靠性方向发展，MIMO和OFDM技术作为近年来兴起的宽带技术，如图1所示，图1为一个实例的MIMO-OFDM系统的结构示意图，在发送端，信源比特流经过编码、调制和空间信号处理，形成的复信息符号流映射到各根天线上。紧接着，每一根发送天线上的符号和导频符号映射为频域子载波并进行IFFT变换得到时域符号，该时域符号加入循环前缀（CP）后经过功放和射频链路发送到无线信道。

MIMO-OFDM系统能够在不增加带宽的情况下，成倍地提高系统容量和频谱利用率及通信的可靠性，因而在3G、4G以及未来的无线电通信系统当中得到广泛的应用，而由此也带来了频谱的过度使用和相互干扰的问题，因此，有必要纳入频谱管理和监测的范畴。

由于单天线和多天线都能产生峰均比大的信号，但多天线的产生机理与单天线的产生机理不同，而传统的无线电监测技术，一般是采用对天线信号进行解调获得相应解调数据，然后直接根据解调数据来进行识别，这种技术在对MIMO-OFDM系统进行检测时，容易产生对信号类型的误检，导致无法准确识别无线电检测参数。

发明内容

基于此，有必要针对传统的无线电监测技术在对MIMO-OFDM系统进行监测时容易产生对信号类型的误检、导致无法准确识别无线电检测参数的问题，提供一种MIMO-OFDM系统的无线电监测方法和装置。

一种MIMO-OFDM系统的无线电监测方法，包括以下步骤：

计算MIMO-OFDM信号发射端的天线数目；

根据天线数目对所述MIMO-OFDM信号进行多方案解调和调制获得重构的调制波形；

根据所述MIMO-OFDM信号的信道估计参数将所述调制波形重构出接收波形；

根据所述MIMO-OFDM信号对所述接收波形进行波形识别获得无线电监测参数。

一种MIMO-OFDM系统的无线电监测装置，包括：

天线数目计算模块，用于计算MIMO-OFDM信号发射端的天线数目；

调制波形重构模块，用于根据天线数目对所述MIMO-OFDM信号进行多方案解调和调制获得重构的调制波形；

接收波形重构模块，用于根据所述MIMO-OFDM信号的信道估计参数将所述调制波形重构出接收波形；

无线监测模块，用于根据所述MIMO-OFDM信号对所述接收波形进行波形识别获得无线电监测参数。

上述MIMO-OFDM系统的无线电监测方法和装置，首先计算MIMO-OFDM信号发射端的天线数目，然后对MIMO-OFDM信号进行多方案解调和调制重构MIMO-OFDM信号的调制波形，并结合MIMO-OFDM信号的信道估计参数重构出接收波形，再根据MIMO-OFDM信号对重构的接收波形进行波形识别获得无线电监测参数。通过识别出发送端的的天线数目，可以准确识别出信号类型，而采用重构接收波形来进行识别，在对多天线通信系统进行监测时，可以识别出多天线信号叠加信号，提高了对MIMO-OFDM信号的监测的可靠性，从技术手段上保障对MIMO-OFDM系统的无线电发射情况的有效地监测。

附图说明

图1为一个实例的MIMO-OFDM系统的结构示意图；

图2为一个实施例的MIMO-OFDM系统的无线电监测方法流程图；

图3为一个实施例的MIMO-OFDM系统的无线电监测装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的MIMO-OFDM系统的无线电监测方法的具体实施方式作详细描述。

图2示出了一个实施例的MIMO-OFDM系统的无线电监测方法流程图，包括以下步骤：

步骤S10，计算MIMO-OFDM信号发射端的天线数目；

在本步骤中，主要是通过计算接收的MIMO-OFDM信号的自相关矩阵的特征值来判定MIMO-OFDM系统的天线数目；在一个实施例中，该计算过程包括以下步骤：

步骤S101，识别出无线信号中的MIMO-OFDM信号；

具体地，通过计算接收天线接收的无线信号的峰均比，利用判决门限判决所述峰均比识别出无线信号中的MIMO-OFDM信号；

峰均比（PAPR）是测量信号包络起伏的度量值，是信号的峰值幅度（max[P(n)]）与平均幅度（E[P(n)]）的比值，即

$\mathrm{PAPR}=\frac{\max \left[P\left(n\right)\right]}{E\left[P\left(n\right)\right]}$

由于MIMO信号是由多根天线发射产生的，每根发射天线具有相对独立的信号，这些信号在接收端叠加后会具有较大的峰均比；同时，由于OFDM处理具有FFT运算，同样会导致信号具有较大的峰均比；所以，根据判决门限判决峰均比可以识别MIMO-OFDM信号；

较优的，判决门限可以设置为5dB，即当峰均比超过5dB时，判定接收天线接收到的无线信号是MIMO-OFDM信号。

步骤S102，计算接收的MIMO-OFDM信号的自相关矩阵；

具体地，基于MIMO-OFDM信道的信号模型计算接收天线的输入矢量，然后并根据所述输入矢量进行自相关运算获得MIMO-OFDM信号的自相关矩阵；

首先将接收到的并行数据流去循环前缀并通过FFT将时域符号恢复至频域符号，然后将频域符号进行载波解映射获得导频符号，根据导频符号进行信道估计得到MIMO-OFDM信道矩阵H；假设发送端的天线数目为L，接收端的天线数目为N，且满足N>L，则根据平坦的MIMO-OFDM信道的信号模型可得接收端的阵列天线的输入矢量记为x=[x₁,...,x_N]^T；则接收到的MIMO-OFDM信号的自相关矩阵为：R_xx＝E[xx^H]。

步骤S103，对所述自相关矩阵进行特征分解获得若干个特征值；

优选的，利用MUSIC（Multiple Signal Classification）算法对所述自相关矩阵进行特征分解；

具体地，将R_xx进行特征分解，假设其特征值为{λ₁,λ₂,...λ_N}，由|R_xx-λ_i|＝0，则R_xx可以表示为：

$R_{\mathrm{xx}}=E\left[{\mathrm{xx}}^H\right]=A{R}_{\mathrm{ss}}{A}^H+{\mathrm{\σ}}_n^{2}I$

式中，R_ss＝E(ss^H)是信号自相关矩阵，I为单位阵，为噪声方差，A是由线性独立的导引向量构成且是列满秩的。

步骤S104，根据所述接收天线的数量和所述特征值计算MIMO-OFDM系统的天线数目；

对于MIMO-OFDM信号来说，当接收信号不是高度相关时，自相关矩阵R_xx是非奇异的。列满秩的A和非奇异的R_xx，使得当信源数L小于阵元数N时，N×N矩阵AR_ssA^H是半正定的，且秩为L，由其线性特性可知，AR_ssA^H的特征值v_i中有N-L个相近的特征值，且都接近于为所以，只要计算这些特征值中噪声特征值的重数，即可结合接收端的天线数量计算发射端的天线数目；

作为一个实施例，步骤S104计算过程可以包括以下步骤：

（a）、将所述特征值按大小顺序进行排序；

具体地，假设将R_xx的N个特征值按从大到小顺序排列，则取值相近的特征值会排列在一起；

（b）、计算相邻两个特征值之间的差值；

具体地，由于实际操作中用于估计自相关矩阵的样本点总数是有限的，所以对应噪声功率特征值并不严格相等，而是一组差别不大的特征值，通过计算差值△λ_N-1，N=1,2,3…,可以获得相邻两个特征值的差别范围；

（c）、根据预设阀值判决所述差值确定所述特征值中噪声特征值的重数；

具体地，预设阀值△P来判定上述计算的差值△λ_N-1，假如△λ_N-1在阀值ΔP范围内，即|△λ_N-1|≤△P，可确定这两个特征值是噪声特征值，进而可以计算噪声特征值的重数K；

（d）、根据所述接收天线的数量和所述噪声特征值的重数计算MIMO-OFDM系统的天线数目；具体地，发送端的MIMO-OFDM系统的天线数L=N-K。

作为另一个实施例，步骤S104计算过程可以包括以下步骤：

（e）、在无信号状态下检测接收天线的噪声功率；

具体地，在接收天线无信号状态下，对接收的噪声功率进行多次估计，求平均获得噪声功率

（f）、、根据所述噪声功率判断所述特征值确定所述特征值中噪声特征值的重数；

具体地，假设Δδ为设定的误差范围，则N=1,2,3...，根据符合上述判定条件的特征值即可确定特征值中噪声特征值的重数K;

（g）、根据所述接收天线的数量和所述噪声特征值的重数计算MIMO-OFDM系统的天线数目；具体地，发送端的MIMO-OFDM系统的天线数L=N-K。

较优的，考虑到目前的MIMO-OFDM系统的发射天线数一般为2至3根，因此N可以取5或6。

综合上述实施例的技术方案，可以识别MIMO-OFDM系统的天线数目，从而可以为后续的信号识别提供重要的参考，有助于调整接收策略，提高了无线信号的识别的准确性和识别效率，从技术手段上保障对MIMO-OFDM系统的无线电发射情况的有效地监测。

步骤S20，根据天线数目对所述MIMO-OFDM信号进行多方案解调和调制获得重构的调制波形；

在本步骤中，主要是根据确定的天线数目，选择与该天线数目对应解调方案，利用多个解调方案对接收到的MIMO-OFDM信号分别进行解调，然后再将解调获得的多个比特流按照解调方式相反的调制方式进行重新调制处理，即前述解调时采用A解调方式进行解调，则在此采用与A解调方式相反过程的A调制方式进行调制，实现重构信号波形；在一个实施例中，该重构的过程包括如下步骤：

步骤S201，对接收的MIMO-OFDM信号进行同步处理；

具体地，由于MIMO-OFDM信号是由多天线进行发射，在接收端接收到的信号是多个天线的信号叠加，所以在此加入同步处理环节，可以更加准确地接收MIMO-OFDM信号，保证了接收到的MIMO-OFDM信号的完整性。

步骤S202，根据发射端的天线数目从预存的调制/解调方案集中选取对应的解调方案集；

具体地，在预存的调制/解调方案集中，在确定发射端的天线数目时，根据天线数目选取对应的调制/解调方案集；

其中，调制/解调方案集是以集合的形式预存目前多无线通信系统中各类空时编码方案和调制解调方案到数据库中，每个方案都包括解调和调制两个一一对应的相反过程，根据实际需要监测的MIMO-OFDM信号，能够有针对性的建立搜索数据库，减少搜索范围，提升搜索的成功概率。

步骤S203，根据所述解调方案集对同步处理后的MIMO-OFDM信号进行空时解码和基带信号解调获得比特流；

具体地，采用枚举的方法将接收到的信号，按照调制/解调方案集内的所有方案的解调方式进行解调，首先进行多天线的空时解码，然后进行基带信号解调获得多个比特流，这些比特流即每个解调方案所获得的信号样本。

步骤S204，采用与所述多方案解调相对的调制方式对所述比特流进行基带信号调制获得调制信号；

具体地，即采用调制/解调方案集中的调制方案对各个比特流进行基带信号调制，例如：若前述解调时采用A解调方式进行解调，则在此采用与A解调方式相反过程的A调制方式进行调制。

步骤S205，根据所述天线数目对所述调制信号进行空时编码处理，获得重构的调制波形；

具体地，可以在对比特流进行调制后，针对于MIMO-OFDM系统发射端的信号处理原理，进一步根据发射端MIMO-OFDM系统所使用的天线数目，将调制信号进行空时编码处理，由于此调制处理是与前述解调处理相反的过程，所以，如果前述中某一种解调方案为最吻合的解调方案，则调制后可以恢复到与源信号相近的信号。

通过上述“解调-调制”处理，如果采用的调制方案与发射端是相同的，则可以由信号样本恢复出原信号的调制波形，即调制波形与发射端的原始波形是一致的，利用枚举法可以进行全面的检验，从而能够找到与MIMO-OFDM信号所采用的最吻合的解调方案，提高匹配解调方案的准确性。

步骤S30，根据所述MIMO-OFDM信号的信道估计参数将所述调制波形重构出接收波形；

在本步骤中，主要是根据MIMO-OFDM系统在信道的传输过程，对上述调制波形进行重新合成，以获取在接收端实际应该接收到的波形；在一个实施例中，该重构的过程包括如下步骤：

步骤S301，根据所述特征值对所述同步处理后的MIMO-OFDM信号进行信道估计获得信道参数；

具体地，可以采用盲估计的方式来估计信道参数，根据MIMO-OFDM信号本身固有的循环前缀特征进行滑动相关运算，判断信号帧的起始位置与结束位置，利用信道输出信号二阶统计量和高阶统计量对信道参数进行盲估计，获得信道参数；

在前述步骤S103中对接收的MIMO-OFDM信号的自相关矩阵进行了特征分解，采用MUSIC算法进行分解后，通过对特征值的进一步的分析和换算，可以计算出MIMO-OFDM信号到达接收端的入射方向，当天线朝向接收信号的入射方向时可以获得较高的信噪比，同时抑制其他方向的噪声干扰，有利于无线监测的准确性；由于无线电的监测天线阵列一般为定向天线，所以根据确定的MIMO-OFDM信号入射方向，可以调整接收端的定向天线阵列的位置，这样就可以减少MIMO-OFDM信号中的噪声，提高信号的信噪比，从而可以提高信道盲估计的准确性，进而提高监测结果的精确度。

步骤S302，根据所述信道参数将所述调制波形进行组合获得接收波形；

具体地，根据上述信道参数对调制波形进行处理，可以获得原信号由发射端经过信道传输后，在接收端实际应该接收到的波形，由于受到信道参数本身准确性的影响，该波形并不能保证与接收端实际接收到的波形完全一致，但具有较高的相似度。

通过上述处理，如果采用的调制方案与发射端是相同的，则可以在接收端恢复出接收端的接收波形。

步骤S40，根据所述MIMO-OFDM信号对所述接收波形进行波形识别获得无线电监测参数；

在本步骤中，主要是利用实际接收到的MIMO-OFDM信号的波形来前述步骤处理得到的接收波形进行识别，找出相似度最高的接收波形，从而可以根据该接收波形所使用的调制方案得到被监测的MIMO-OFDM信号的无线电监测参数；在一个实施例中，该识别的过程包括以下步骤：

步骤S401，将所述接收波形与所述同步处理后的MIMO-OFDM信号的波形进行相关运算；

具体地，通过采用相关的方法，将接收波形与所接收MIMO-OFDM信号的波形进行匹配，提取相关峰值作为相似度大小的判断依据；

步骤S402，对所述相关运算的峰值进行比较，识别出峰值最大的接收波形对应使用的调制方案；

较优的，可以采用接收波形自相关运算得到的相关峰作为参考值，取其幅度的2/3作为基本门限，在门限范围内识别最大峰值对应的调制方案；

步骤S403，根据所述调制方案输出所述MIMO-OFDM信号的无线电监测参数；

具体地，根据前述步骤识别的调制方案，从调制/解调方案集中读取该调制方案相关的参数进行输出；优选的，所述无线电监测参数包括信号类型、编码方式及调制方式等。

上述识别处理过程，通过匹配原始接收波形和重构的接收波形，根据匹配的相似度来确定调制方案，进而确定被监测MIMO-OFDM信号的无线电监测参数，具有较高可靠性。

下面结合附图对本发明的MIMO-OFDM系统的无线电监测方法对应装置的具体实施方式作详细描述。

图3示出了一个实施例的MIMO-OFDM系统的无线电监测装置的结构示意图，包括：

天线数目计算模块，用于计算MIMO-OFDM信号发射端的天线数目；

调制波形重构模块，用于根据天线数目对所述MIMO-OFDM信号进行多方案解调和调制获得重构的调制波形

接收波形重构模块，用于根据所述MIMO-OFDM信号的信道估计参数将所述调制波形重构出接收波形；

无线监测模块，用于根据所述MIMO-OFDM信号对所述接收波形进行波形识别获得无线电监测参数。

为了更清晰本发明的MIMO-OFDM系统的无线电监测装置，下面阐述较佳实施例。

对于天线数目计算模块，主要是用于通过计算接收的MIMO-OFDM信号的自相关矩阵的特征值来判定MIMO-OFDM系统的天线数目；在本实施例中，天线数目计算模块进一步包括：信号识别模块、自相关矩阵计算单元、特征分解单元、重数计算单元以及天线数目计算单元；

信号识别模块，用于识别出无线信号中的MIMO-OFDM信号；

具体地，信号识别模块通过计算接收天线接收的无线信号的峰均比，利用判决门限判决所述峰均比识别出无线信号中的MIMO-OFDM信号；

峰均比（PAPR）是测量信号包络起伏的度量值，是信号的峰值幅度（max[P(n)]）与平均幅度（E[P(n)]）的比值，即

$\mathrm{PAPR}=\frac{\max \left[P\left(n\right)\right]}{E\left[P\left(n\right)\right]}$

由于MIMO信号是由多根天线发射产生的，每根发射天线具有相对独立的信号，这些信号在接收端叠加后会具有较大的峰均比；同时，由于OFDM处理具有FFT运算，同样会导致信号具有较大的峰均比；所以，根据判决门限判决峰均比可以识别MIMO-OFDM信号；

较优的，判决门限可以设置为5dB，即当峰均比超过5dB时，判定接收天线接收到的无线信号是MIMO-OFDM信号。

自相关矩阵计算单元，用于计算接收的MIMO-OFDM信号的自相关矩阵；

具体地，自相关矩阵计算单元基于MIMO-OFDM信道的信号模型计算接收天线的输入矢量，然后并根据所述输入矢量进行自相关运算获得MIMO-OFDM信号的自相关矩阵；

首先将接收到的并行数据流去循环前缀并通过FFT将时域符号恢复至频域符号，然后将频域符号进行载波解映射获得导频符号，根据导频符号进行信道估计得到MIMO-OFDM信道矩阵H；假设发送端的天线数目为L，接收端的天线数目为N，且满足N>L，则根据平坦的MIMO-OFDM信道的信号模型可得接收端的阵列天线的输入矢量记为x=[x₁,...,x_N]^T；则接收到的MIMO-OFDM信号的自相关矩阵为：R_xx＝E[xx^H]。

特征分解单元，用于对所述自相关矩阵进行特征分解获得若干个特征值；

优选的，特征分解单元利用MUSIC（Multiple Signal Classification）算法对所述自相关矩阵进行特征分解；

具体地，将R_xx进行特征分解，假设其特征值为{λ₁,λ₂,...λ_N}，由|R_xx-λ_i|=0，则R_xx可以表示为：

$R_{\mathrm{xx}}=E\left[{\mathrm{xx}}^H\right]=A{R}_{\mathrm{ss}}{A}^H+{\mathrm{\σ}}_n^{2}I$

式中，R_ss＝E(ss^H)是信号自相关矩阵，I为单位阵，为噪声方差，A是由线性独立的导引向量构成且是列满秩的。

重数计算单元，用于计算所述特征值中噪声特征值的重数；

对于MIMO-OFDM信号来说，当接收信号不是高度相关时，自相关矩阵R_xx是非奇异的。列满秩的A和非奇异的R_xx，使得当信源数L小于阵元数N时，N×N矩阵AR_ssA^H是半正定的，且秩为L，由其线性特性可知，AR_ssA^H的特征值v_i中有N-L个相近的特征值，且都接近于为所以，重数计算单元只要计算这些特征值中噪声特征值的重数，即可结合接收端的天线数量计算发射端的天线数目；

天线数目计算单元，用于根据所述接收天线的数量和所述噪声特征值的重数计算MIMO-OFDM系统的天线数目；

作为一个实施例，天线数目计算单元计算天线数目可以包括以下步骤：

（a）、将所述特征值按大小顺序进行排序；

具体地，假设将R_xx的N个特征值按从大到小顺序排列，则取值相近的特征值会排列在一起；

（b）、计算相邻两个特征值之间的差值；

具体地，由于实际操作中用于估计自相关矩阵的样本点总数是有限的，所以对应噪声功率特征值并不严格相等，而是一组差别不大的特征值，通过计算差值△λ_N-1，N=1,2,3…,可以获得相邻两个特征值的差别范围；

（c）、根据预设阀值判决所述差值确定所述特征值中噪声特征值的重数；

具体地，预设阀值△P来判定上述计算的差值△λ_N-1，，假如△λ_N-1在阀值△P范围内，即|△λ_N-1|≤△P，可确定这两个特征值是噪声特征值，进而可以计算噪声特征值的重数K；

（d）、根据所述接收天线的数量和所述噪声特征值的重数计算MIMO-OFDM系统的天线数目；具体地，发送端的MIMO-OFDM系统的天线数L=N-K。

作为另一个实施例，天线数目计算单元计算天线数目可以包括以下步骤：

（e）、在无信号状态下检测接收天线的噪声功率；

具体地，在接收天线无信号状态下，对接收的噪声功率进行多次估计，求平均获得较为准确的噪声功率

（f）、根据所述噪声功率判断所述特征值确定所述特征值中噪声特征值的重数；

具体地，假设Δδ为设定的误差范围，则N=1,2,3...，根据符合上述判定条件的特征值即可确定特征值中噪声特征值的重数K;

（g）、根据所述接收天线的数量和所述噪声特征值的重数计算MIMO-OFDM系统的天线数目；具体地，发送端的MIMO-OFDM系统的天线数L=N-K。

较优的，考虑到目前的MIMO-OFDM系统的发射天线数一般为2至3根，因此N可以取5或6。

综合上述信号识别模块、自相关矩阵计算单元、特征分解单元、重数计算单元以及天线数目计算单元的技术方案，可以识别MIMO-OFDM系统的天线数目，从而可以为后续的信号识别提供重要的参考，有助于调整接收策略，提高了无线信号的识别的准确性和识别效率，从技术手段上保障对MIMO-OFDM系统的无线电发射情况的有效地监测。

对于调制波形重构模块，主要是用于根据确定的天线数目，选择与该天线数目对应解调方案，利用多个解调方案对接收到的MIMO-OFDM信号分别进行解调，然后再将解调获得的多个比特流按照解调方式相反的调制方式进行重新调制处理，即前述解调时采用A解调方式进行解调，则在此采用与A解调方式相反过程的A调制方式进行调制，实现重构信号波形；在本实施例中，调制波形重构模块进一步包括：同步处理单元、方案选择单元、信号解调单元、基带调制单元以及调制波形重构单元；

同步处理单元，用于对接收的MIMO-OFDM信号进行同步处理；

具体地，由于MIMO-OFDM信号是由多天线进行发射，在接收端接收到的信号是多个天线的信号叠加，所以通过同步处理单元在此加入同步处理环节，可以更加准确地接收MIMO-OFDM信号，保证了接收到的MIMO-OFDM信号的完整性。

方案选择单元，用于根据发射端的天线数目从预存的调制/解调方案集中选取对应的解调方案集；

具体地，方案选择单元在预存的调制/解调方案集中，在确定发射端的天线数目时，根据天线数目选取对应的调制/解调方案集；

其中，调制/解调方案集是以集合的形式预存目前多无线通信系统中各类空时编码方案和调制解调方案到数据库中，每个方案都包括解调和调制两个一一对应的相反过程，根据实际需要监测的MIMO-OFDM信号，能够有针对性的建立搜索数据库，减少搜索范围，提升搜索的成功概率。

信号解调单元，用于根据所述解调方案集对同步处理后的MIMO-OFDM信号进行空时解码和基带信号解调获得比特流；

具体地，信号解调单元采用枚举的方法将接收到的信号，按照调制/解调方案集内的所有方案的解调方式进行解调，首先进行多天线的空时解码，然后进行基带信号解调获得多个比特流，这些比特流即每个解调方案所获得的信号样本。

基带调制单元，用于采用与所述多方案解调相对的调制方式对所述比特流进行基带信号调制获得调制信号；

具体地，即基带调制单元采用调制/解调方案集中的调制方案对各个比特流进行基带信号调制，例如：若前述解调时采用A解调方式进行解调，则在此采用与A解调方式相反过程的A调制方式进行调制。

调制波形重构单元，用于根据所述天线数目对所述调制信号进行空时编码处理，获得重构的调制波形；

具体地，调制波形重构单元可以在对比特流进行调制后，针对于MIMO-OFDM系统发射端的信号处理原理，进一步根据发射端MIMO-OFDM系统所使用的天线数目，将调制信号进行空时编码处理，由于此调制处理是与前述解调处理相反的过程，所以，如果前述中某一种解调方案为最吻合的解调方案，则调制后可以恢复到与源信号相近的信号。

通过上述“解调-调制”处理，如果采用的调制方案与发射端是相同的，则可以由信号样本恢复出原信号的调制波形，即调制波形与发射端的原始波形是一致的，利用枚举法可以进行全面的检验，从而能够找到与MIMO-OFDM信号所采用的最吻合的解调方案，提高匹配解调方案的准确性。

对于接收波形重构模块，主要是根据MIMO-OFDM系统在信道的传输过程，对上述调制波形进行重新合成，以获取在接收端实际应该接收到的波形；在本实施例中，接收波形重构模块进一步包括：信道估计单元和接收波形重构单元；

信道估计单元，用于根据所述特征值对所述同步处理后的MIMO-OFDM信号进行信道估计获得信道参数；

具体地，信道估计单元可以采用盲估计的方式来估计信道参数，根据MIMO-OFDM信号本身固有的循环前缀特征进行滑动相关运算，判断信号帧的起始位置与结束位置，利用信道输出信号二阶统计量和高阶统计量对信道参数进行盲估计，获得信道参数；

在前述特征分解单元对接收的MIMO-OFDM信号的自相关矩阵进行了特征分解，采用MUSIC算法进行分解后，信道估计单元对特征值的进一步的分析和换算，可以计算出MIMO-OFDM信号到达接收端的入射方向，当天线朝向接收信号的入射方向时可以获得较高的信噪比，同时抑制其他方向的噪声干扰，有利于无线监测的准确性；由于无线电的监测天线阵列一般为定向天线，所以根据确定的MIMO-OFDM信号入射方向，可以调整接收端的定向天线阵列的位置，这样就可以减少MIMO-OFDM信号中的噪声，提高信号的信噪比，从而可以提高信道盲估计的准确性，进而提高监测结果的准确度。

接收波形重构单元，用于根据所述信道参数将所述调制波形进行组合获得接收波形。

具体地，接收波形重构单元根据上述信道参数对调制波形进行处理，可以获得原信号由发射端经过信道传输后，在接收端实际应该接收到的波形，由于受到信道参数本身准确性的影响，该波形并不能保证与接收端实际接收到的波形完全一致，但具有较高的相似度。

通过上述信道估计单元和接收波形重构单元的处理，如果采用的调制方案与发射端是相同的，则可以在接收端恢复出接收端的接收波形。

对于无线监测模块，主要是用于利用实际接收到的MIMO-OFDM信号的波形来前述接收波形重构单元得到的接收波形进行识别，找出相似度最高的接收波形，从而可以根据该接收波形所使用的调制方案得到被监测的MIMO-OFDM信号的无线电监测参数；在本实施例中，无线监测模块进一步包括：相关运算单元、调制方案识别单元以及参数输出单元；

相关运算单元，用于将所述接收波形与所述同步处理后的MIMO-OFDM信号的波形进行相关运算；

具体地，相关运算单元通过采用相关的方法，将接收波形与所接收MIMO-OFDM信号的波形进行匹配，提取相关峰值作为相似度大小的判断依据；

调制方案识别单元，用于对所述相关运算的峰值进行比较，识别出峰值最大的接收波形对应使用的调制方案；

较优的，调制方案识别单元可以采用接收波形与MIMO-OFDM信号的波形进行相关运算得到的相关峰作为参考值，取其幅度的2/3作为基本门限，在门限范围内识别最大峰值对应的调制方案；

参数输出单元，用于根据所述调制方案输出所述MIMO-OFDM信号的无线电监测参数。

具体地，参数输出单元根据前述调制方案识别单元识别的调制方案，从调制/解调方案集中读取该调制方案相关的参数进行输出；优选的，所述无线电监测参数包括信号类型、编码方式及调制方式等。

上述相关运算单元、调制方案识别单元以及参数输出单元，通过匹配原始接收波形和重构的接收波形，根据匹配的相似度来确定调制方案，进而确定被监测MIMO-OFDM信号的无线电监测参数，具有较高可靠性。

本发明的MIMO-OFDM系统的无线电监测装置与本发明的MIMO-OFDM系统的无线电监测方法一一对应，在上述MIMO-OFDM系统的无线电监测方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于MIMO-OFDM系统的无线电监测装置的实施例中，在此不再赘述。

本发明的MIMO-OFDM系统的无线电监测方法和装置，能够有效针对MIMO-OFDM系统通信系统进行监测，弥补目前主要针对MIMO-OFDM系统的监测技术手段的不足和缺陷，提高了对无线通信系统的MIMO-OFDM信号监测的可靠性，提高了识别、破译、干扰的准确率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种MIMO-OFDM系统的无线电监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算MIMO-OFDM信号发射端的天线数目；所述计算天线数目的步骤包括：识别出无线信号中的MIMO-OFDM信号，计算接收的MIMO-OFDM信号的自相关矩阵，对所述自相关矩阵进行特征分解获得若干个特征值，根据接收天线的数量和所述特征值计算MIMO-OFDM信号发射端的天线数目L＝N-K，其中，K为特征值中噪声特征值的重数，L为发射端的天线数目，N为接收端的天线数目；

根据发射端的天线数目对所述MIMO-OFDM信号进行多方案解调和调制获得重构的调制波形；

根据所述MIMO-OFDM信号的信道估计参数将所述调制波形重构出接收波形；

根据所述MIMO-OFDM信号对所述接收波形进行波形识别获得无线电监测参数。

2.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM系统的无线电监测方法，其特征在于，所述根据发射端的天线数目对所述MIMO-OFDM信号进行多方案解调和调制获得重构的调制波形的步骤包括：

对接收的MIMO-OFDM信号进行同步处理；

根据发射端的天线数目从预存的调制/解调方案集中选取对应的解调方案集；

根据所述解调方案集对同步处理后的MIMO-OFDM信号进行空时解码和基带信号解调获得比特流；

采用与所述多方案解调相对的调制方式对所述比特流进行基带信号调制获得调制信号；

根据所述发射端的天线数目对所述调制信号进行空时编码处理，获得重构的调制波形。

3.根据权利要求2所述的MIMO-OFDM系统的无线电监测方法，其特征在于，所述根据所述MIMO-OFDM信号的信道估计参数将所述调制波形重构出接收波形的步骤包括：

根据所述特征值对所述同步处理后的MIMO-OFDM信号进行信道估计获得信道参数；

根据所述信道参数将所述调制波形进行组合获得接收波形。

4.根据权利要求2所述的MIMO-OFDM系统的无线电监测方法，其特征在于，所述根据所述MIMO-OFDM信号对所述接收波形进行波形识别获得无线电监测参数的步骤包括：

将所述接收波形与所述同步处理后的MIMO-OFDM信号的波形进行相关运算；

对所述相关运算的峰值进行比较，识别出峰值最大的接收波形对应使用的调制方案；

根据所述调制方案输出所述MIMO-OFDM信号的无线电监测参数。

5.一种MIMO-OFDM系统的无线电监测装置，其特征在于，包括：

天线数目计算模块，用于计算MIMO-OFDM信号发射端的天线数目；所述天线数目计算模块具体包括：信号识别模块，用于识别出无线信号中的MIMO-OFDM信号，自相关矩阵计算单元，用于计算接收的MIMO-OFDM信号的自相关矩阵，特征分解单元，用于对所述自相关矩阵进行特征分解获得若干个特征值，重数计算单元，用于计算所述特征值中噪声特征值的重数，天线数目计算单元，用于根据接收天线的数量和所述噪声特征值的重数计算MIMO-OFDM信号发射端的天线数目L＝N-K，其中，K为特征值中噪声特征值的重数，L为发射端的天线数目，N为接收端的天线数目；

调制波形重构模块，用于根据发射端的天线数目对所述MIMO-OFDM信号进行多方案解调和调制获得重构的调制波形；

接收波形重构模块，用于根据所述MIMO-OFDM信号的信道估计参数将所述调制波形重构出接收波形；

无线监测模块，用于根据所述MIMO-OFDM信号对所述接收波形进行波形识别获得无线电监测参数。

6.根据权利要求5所述的MIMO-OFDM系统的无线电监测装置，其特征在于，所述调制波形重构模块包括：

同步处理单元，用于对接收的MIMO-OFDM信号进行同步处理；

方案选择单元，用于根据发射端的天线数目从预存的调制/解调方案集中选取对应的解调方案集；

信号解调单元，用于根据所述解调方案集对同步处理后的MIMO-OFDM信号进行空时解码和基带信号解调获得比特流；

基带调制单元，用于采用与所述多方案解调相对的调制方式对所述比特流进行基带信号调制获得调制信号；

调制波形重构单元，用于根据所述发射端的天线数目对所述调制信号进行空时编码处理，获得重构的调制波形。

7.根据权利要求6所述的MIMO-OFDM系统的无线电监测装置，其特征在于，所述接收波形重构模块包括：

信道估计单元，用于根据所述特征值对所述同步处理后的MIMO-OFDM信号进行信道估计获得信道参数；

接收波形重构单元，用于根据所述信道参数将所述调制波形进行组合获得接收波形。

8.根据权利要求6所述的MIMO-OFDM系统的无线电监测装置，其特征在于，所述无线监测模块包括：

相关运算单元，用于将所述接收波形与所述同步处理后的MIMO-OFDM信号的波形进行相关运算；

调制方案识别单元，用于对所述相关运算的峰值进行比较，识别出峰值最大的接收波形对应使用的调制方案；

参数输出单元，用于根据所述调制方案输出所述MIMO-OFDM信号的无线电监测参数。