CN113542170A - 一种信号调制方式的检测方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents

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CN113542170A CN202110745528.1A CN202110745528A CN113542170A CN 113542170 A CN113542170 A CN 113542170A CN 202110745528 A CN202110745528 A CN 202110745528A CN 113542170 A CN113542170 A CN 113542170A
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Abstract

本发明实施例公开了一种信号调制方式的检测方法、装置、系统及存储介质，该方法包括：获取天线阵列采集的天线阵列信号，以及天线阵列信号中包含的天线信号的天线编号；根据各天线编号和天线阵列的天线总数为各天线信号进行波束赋形，得到天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号；根据各赋形波束信号确定信号的目标调制方式。解决了信号调制方式识别过程中由于信噪比较低或者多径导致识别结果不准确的问题。通过对接收的天线阵列信号进行波束赋形，进而确定信号的目标调制方式，可以准确识别信号的调制方式，不受传输环境影响，本发明实施例提供的信号调制方式检测方法可以较好的应用在弱信噪比和多径环境中，降低了系统开销，提高了系统效率。

Description

一种信号调制方式的检测方法、装置、系统及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种信号调制方式的检测方法、装置、系统及存储介质。
背景技术
无线通信系统发送的信号需要依据信道特性采用不同的调制方式来实现更高传输速率，或者提供更为可靠的传输能力，接收机通常需要预先知道发送信号的调制方式来对信号进行解调，因此需要发送机和接收机之间进行协调。然而在某些情况下，收发信机是非协作的。如在军事应用中需要对敌方信号进行截获，此时收发信机就处于非协作状态，截获信号的接收机无法预知发信机所使用的调制方式，就无法对信号进行解调，也就无法进一步对信号进行解密。在民用通信系统中，由于信道条件是变化的，为了适应这种变化，也常常需要通过改变调制方式的形式来提高传输速率或者传输可靠性。因为调制方式是可变的，发送机就需要提前通知收信机来调整解调方式来正确的接收信号。由于需要发送通知给接收机，也就为系统带来了额外的开销。对于信道时变、传输时延较大的系统，例如卫星通信系统而言，发送通知的开销会影响系统的效率。因此接收机自动的获得发送机的调制方式变得尤为重要。
自动调制方式识别也称为盲检测，是在收发之间没有协同的情况下，通过分析接收信号的特征来判断发送信号的调制方式的技术。其利用接收信号统计特性分析信号特征，通过研究信号特征来判断来波信号的调制方式。然而传统的自动调制方式识别存在两个重要的缺点。首先，传统的自动调制方式识别算法对信噪比有着较高的要求，一般需要较好的信噪比才能有着较好的识别成功率；其次，传统的自动调制方式识别算法只能在高斯加性白噪声信道的条件下，才能获得较好的识别成功率，而对于由多径信道导致的时延扩展所引起的信号叠加的情况就性能就会有非常显著的下降，甚至直接导致算法失效。因此，目前的自动识别调制方法在一些环境中测试结果并不准确，无法在低信噪比，多径的环境中准确识别调制方式。
发明内容
本发明提供一种信号调制方式的检测方法、装置、系统及存储介质，以实现信号调制方式的准确识别和检测。
第一方面，本发明实施例提供了一种信号调制方式的检测方法，所述信号调制方式的检测方法包括：
获取天线阵列采集的天线阵列信号，以及所述天线阵列信号中包含的天线信号的天线编号；
根据各所述天线编号和天线阵列的天线总数为各所述天线信号进行波束赋形，得到所述天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号；
根据各所述赋形波束信号确定信号的目标调制方式。
第二方面，本发明实施例还提供了一种信号调制方式的检测装置，该信号调制方式的检测装置包括：
获取模块，用于获取天线阵列采集的天线阵列信号，以及所述天线阵列信号中包含的天线信号的天线编号；
波束赋形模块，用于根据各所述天线编号和天线阵列的天线总数为各所述天线信号进行波束赋形，得到所述天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号；
调制方式确定模块，用于根据各所述赋形波束信号确定信号的目标调制方式。
第三方面，本发明实施例还提供了一种信号调制方式的检测系统，该系统包括：天线阵列和检测终端；
所述天线阵列，用于采集天线信号；
所述检测终端，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明实施例中任一所述的一种信号调制方式的检测方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的一种信号调制方式的检测方法。
本发明实施例提供了一种信号调制方式的检测方法、装置、系统及存储介质，通过获取天线阵列采集的天线阵列信号，以及所述天线阵列信号中包含的天线信号的天线编号；根据各所述天线编号和天线阵列的天线总数为各所述天线信号进行波束赋形，得到述天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号；根据各所述赋形波束信号确定信号的目标调制方式。解决了信号调制方式识别过程中由于信噪比较低或者多径导致识别结果不准确的问题。通过天线阵列接收天线阵列信号，然后对天线阵列信号进行波束赋形，通过波束赋形后的赋形波束信号确定信号的目标调制方式可以准确识别信号的调制方式，不受传输环境影响，本申请实施例所提供的信号调制方式检测方法可以较好的应用在弱信噪比和多径环境中，降低了系统开销，提高了系统效率。
附图说
图1是本发明实施例一中的一种信号调制方式的检测方法的流程图；
图2a是本发明实施例一中的一种信息传输场景下的收发信机协作系统的结构示意图；
图2b是本发明实施例一中的一种信息截获场景下的收发信机协作系统的结构示意图；
图3是本发明实施例二中的一种信号调制方式的检测方法的流程图；
图4是本发明实施例二中的一种天线信号和赋形波束信号间的处理示例图；
图5是本发明实施例四中的一种信号调制方式的检测装置的结构示意图；
图6是本发明实施例五中的一种信号调制方式的检测系统的结构示意图；
图7是本发明实施例五中的一种检测终端的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三 ”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A 和/或 B，可以表示：单独存在 A，同时存在 A 和 B，单独存在 B 这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例一
图1给出了本申请实施例一提供的一种信号调制方式的检测方法的流程图，该方法适用于准确识别信号的调制方式的情况。该方法可以由检测终端执行，该检测终端可以是笔记本、台式计算机以及智能平板等计算机设备，该检测终端可以集成在收信机上，也可以是独立的设备，与收信机进行通信。图2a为本申请实施例中的一种信息传输场景下的收发信机协作系统的结构示意图；该系统包括：发信机11和收信机12；发信机11和收信机12之间进行的业务场景为信息传输。2b为本申请实施例中的一种信息截获场景下的收发信机协作系统的结构示意图；该系统包括：发信机21和收信机22；发信机21和收信机22之间进行的业务场景是信息截获，即发信机21原本与收信机23进行信息传输，但是收信机22捕获了发信机21所发送的信息。
需要说明的是，本实施例实现信号调制方式的检测方法的应用环境可描述为：由发信机和收信机构成了一个基本的检测系统，收信机和发信机之间没有协作。发信机发出的信号经过无线传播信道到达收信机，无线传播信道可以是具有众多散射体的多径信号，无线信号通过多径到达收信机，形成符号间干扰影响收信机的性能；无线传播信道也可以是视距传播的，因传播路径远，功率小导致接收信噪比低。收信机接收到发信机所发送的信号，检测其信号调制方式。现有技术进行信号调制方式检测时，由于自动调制识别算法对信噪比有较高要求，并且此种方法只能应用在高斯加性白噪声信道的条件下，才能得到较好的识别成功率。所以在信噪比较高或者多径环境下，无法准确识别信号的调制方式。
本实施例提供的信号调制方式的检测方法能够不受信噪比和多径环境的影响，准确识别信号的调制方式，并且不需要系统增加额外的资源开销，以此来克服现有技术方案所存在的问题。
如图1所示，本实施例一提供的一种信号调制方式的检测方法，具体包括如下步骤：
S110、获取天线阵列采集的天线阵列信号，以及天线阵列信号中包含的各天线信号的天线编号。
在本实施例中，天线阵列是指将工作在同一频率的两个或两个以上的单个天线，按照一定的要求进行馈电和空间排列形成的。本申请实施例的天线阵列中天线总数根据需求自行设定。天线信号具体可以理解为由天线阵列中的天线所接收到的信号，每个天线单独接收来波信号，不进行合成。天线阵列信号即为多个天线信号以阵列方式排列所构成的阵列信号；天线编号具体可以理解为每根天线的编码，天线编号在天线阵列确定时确定，当确定天线阵列的天线总数后，为每根天线确定一个天线编号。天线编号p≤天线总数M。
发信机在正常工作时会发送信号，信号通过传输通道传输，到达天线阵列时，由于天线阵列中包含多个天线，所以天线阵列接收的天线信号也是多个，在接收天线信号的同时也会知道每个天线的天线编号。例如，每个天线具有一个唯一标识，当为此天线选择对应的天线编号时，相应的，建立起标识与天线编号的对应关系，根据标识就可以确定天线编号。获取天线阵列中每个天线接收的天线信号和每个天线的天线编号p。
S120、根据各天线编号和天线阵列的天线总数为各天线信号进行波束赋形，得到天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号。
在本实施例中，波束赋形是根据系统性能指标，形成对基带（中频）信号的最佳组合或者分配，其目的是补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落与失真，同时降低同信道用户间的干扰。赋形波束信号具体可以理解为对天线阵列接收的信号采用不同的加权参数后进行相位累加所得到的信号。一组天线阵列信号进行波束赋形后，可以得到多个赋形波束信号。
通过各天线编号和天线阵列的天线总数计算赋形所需要用到的编码矩阵，通过编码矩阵乘以接收的各天线信号，实现联合波束赋形，得到各天线信号对应的赋形波束信号。
S130、根据各赋形波束信号确定信号的目标调制方式。
在本实施例中，目标调制方式具体可以理解为发信机所发送的信号的调制方式。目标调制方式可以是二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying，BPSK)、四相相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)、16QAM或64QAM，其中QAM为正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation），16QAM是指包含16种符号的QAM调制方式，64QAM为相正交振幅调制。
赋形波束信号是补偿了传输过程中损失的信号，根据赋形波束信号确定目标调制方式由于弥补了传输过程中的损耗，所以确定的目标调制方式更加准确。从各赋形波束信号中选择一个赋形波束信号，根据选中的赋形波束信号确定信号的目标调制方式。此时信号的目标调制方式是指发信机所发送信号的调制方式。
本发明实施例提供了一种信号调制方式的检测方法，通过获取天线阵列采集的天线阵列信号，以及天线阵列信号中包含的天线信号的天线编号；根据各所述天线编号和天线阵列的天线总数为各所述天线信号进行波束赋形，得到所述天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号；根据各所述赋形波束信号确定信号的目标调制方式。解决了信号调制方式识别过程中由于信噪比较低或者多径导致识别结果不准确的问题。通过天线阵列接收天线信号，然后对天线阵列信号进行波束赋形，通过波束赋形后的赋形波束信号确定信号的目标调制方式可以准确识别信号的调制方式，不受传输环境影响，可以较好的应用在弱信噪比和多径环境中，降低了系统开销，提高了系统效率。
实施例二
图3为本发明实施例二提供的一种信号调制方式的检测方法的流程图。本实施例的技术方案在上述技术方案的基础上进一步细化，具体主要包括如下步骤：
S210、获取天线阵列采集的天线阵列信号，以及天线阵列信号中包含的天线信号的天线编号。
S220、根据天线阵列的天线总数、各天线编号和给定的赋形波束信号的波束编号确定波束赋形编码矩阵。
在本实施例中，波束编号具体可以理解为波束赋形后所得到的赋形波束信号的编号。本申请实施例中的天线编号p以从0到M-1的整数为例，即p=0,1,2，…M-1；相应的，波束编号q同样为从0到M-1的整数，即q=0,1,2，…M-1。
赋形波束信号的个数与天线信号的个数相同，即天线阵列接收到的天线信号有多少个，赋形波束信号的数量就有多少个，所以天线编号和波束编号也需要保持一致。天线阵列确定，则天线编号相应确定，一旦各天线编号确定，相应的，各波束编号也就确定了。通过将天线总数、各天线编号和波束编号带入到初始给定的矩阵表达式中，得到波束赋形编码矩阵。
波束赋形编码矩阵表达式为：
Figure 795208DEST_PATH_IMAGE001
其中，V为波束赋形编码矩阵；M为天线总数；p为天线编号，p=0,1,2，…M-1；q为波束编号，q=0,1,2，…M-1。
在波束赋形编码矩阵中，针对每一行的数据项，从第一列到最后一列，q从0依次取 值到M-1；针对每一列的数据项，从第一行到最后一行，p从0依次取值到M-1。所以，V中的第 一行第一列p、q的取值均为0，第一行第一列的数据项为e0；最后一行，最后一列p、q取值均 为M-1，最后一行最后一列的数据项为
Figure 181190DEST_PATH_IMAGE002
。第p+1行第q+1列的数据 项为
Figure 429769DEST_PATH_IMAGE003
。
示例性的，当M=16时，波束赋形编码矩阵表达式为：
Figure 90557DEST_PATH_IMAGE004
S230、将天线信号矩阵与所述波束赋形编码矩阵相乘，得到各赋形波束信号。
其中，天线信号矩阵由各天线信号按照对应的天线编号顺序排列形成。
在本实施例中，天线信号按行排列或者按列排列均可。当天线信号按行排列时，天线信号矩阵的行数为1，列数为天线总数；当天线信号按列排列时，天线信号矩阵的列数为1，行数为天线总数。本申请实施例以天线信号矩阵的行数为1，列数为天线总数为例。天线信号矩阵为1×M的矩阵，将天线信号矩阵与波束赋形编码矩阵相乘，得到1×M的矩阵，矩阵中的每个信号分别为一个赋形波束信号。
可以知道的是，天线信号矩阵与波束赋形编码矩阵相乘，得到各赋形波束信号的过程中，波束赋形编码矩阵中的各数据项是相位权重，将各天线信号与数据项相乘的过程，其实质是对各天线信号进行了相位加权，将加权累加后得到的信号作为一个赋形波束信号，由此得到各赋形波束信号。天线阵列信号通过乘以不同的相位权重，得到不同的赋形波束信号。
示例性的，图4提供了一种天线信号和赋形波束信号间的处理示例图，图4中以4个天线为例，由图4可以看出，赋形波束信号X1=C11x1+C21x2+C31x3+C41x4。其中x1、x2、x3、x4分别为不同的天线信号；X1 、X2 、X3 和X4分别为不同的赋形波束信号。C11、C21、C31和C41分别为波束赋形编码矩阵中相应行列的数据项。在实际应用中，天线数量可以增加或减少，根据实际需求设置即可。
S240、从各赋形波束信号中筛选出目标待检测信号，并确定噪声功率。
在本实施例中，目标待检测信号具体可以理解为用于进行调制方式检测的信号。从多个赋形波束信号中进行筛选，选择用于进行调制方式检测的目标待检测信号，筛选方式可以是通过设定算法或者满足设定条件等方式进行筛选。根据各赋形波束信号的功率确定噪声功率。
作为本发明实施例的一个可选实施例，本实施例进一步将所述从各所述赋形波束信号中筛选出目标待检测信号，并确定噪声功率优化为：
A、将各赋形波束信号中信号功率最大的赋形波束信号确定为目标待检测信号。
比较各赋形波束信号的信号功率，将信号功率最大的赋形波束信号确定为目标待检测信号。通过此种方式选择的目标待检测信号为所有波束信号中能量最强的信号，损耗较小，可以减少信噪比和多径传输带来的误差。
B、将各赋形波束信号中信号功率最小值确定为噪声功率；或者，获取预先根据天线信号的工作环境和临近频点确定的噪声功率。
比较各赋形波束信号的信号功率，其中信号功率最小值所对应的信号为能量强度最弱的信号，其功率与噪声功率相近，将信号功率最小值作为噪声功率。此种方式适用于开阔场景。或者，在进行信号调制方式检测之前，在同样的工作环境中找到天线信号临近频点的能量，将其功率作为噪声功率。在进行信号调制方式检测时，直接获取此噪声功率。此种方式适合探测信号。
S250、根据目标待检测信号和噪声功率确定归一化高阶累计量。
在本实施例中，归一化高阶累计量具体可以理解为进行归一化处理后的高阶累计量。根据目标待检测信号计算高阶累计量，然后根据高阶累计量和噪声功率计算归一化高阶累积量。根据归一化高阶累积量确定信号的目标调制方式，避免了直接使用高阶累积量确定信号的目标调制方式时带来的误差。
作为本发明实施例的一个可选实施例，本实施例进一步将根据所述目标待检测信号和噪声功率确定归一化高阶累计量优化为：
a、根据目标待检测信号确定信号高阶累计量。
在本实施例中，信号高阶累计量具体可以理解为信号的高阶累计量。本申请实施例在通过目标待检测信号确定信号高阶累计量时，采用标准计算公式计算。
计算公式为：
C42，x=E（|x(t)|4）-|E(x(t)2)|2-2E2（|x(t)|2）；
其中，C42，x为信号高阶累计量，x（t）为t时间的目标待检测信号，E（|x(t)|4）、E(x(t)2)和E（|x(t)|2）分别表示相应数学期望的计算。
b、计算目标待检测信号的信号平均功率与噪声功率的差值，并计算差值的平方值。
c、将信号高阶累计量除以平方值得到的商确定为归一化高阶累计量。
示例性的，归一化高阶累计量的计算公式表达为：
Figure 623039DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，
Figure 648764DEST_PATH_IMAGE006
为归一化高阶累计量；E（|x|2）为信号平均功率；δ2为噪声功率。
信号平均功率的计算方式为目标待检测信号的功率除以接收时间。
S260、根据归一化高阶累计量查找预确定的调制方式表，确定信号的目标调制方式。
在本实施例中，调制方式表具体可以理解为对应存储调制方式和高阶累计量的数据表。示例性的，本申请实施例给出了一种调制方式表，如表1所示：
Figure 384638DEST_PATH_IMAGE007
计算出归一化高阶累计量后，查找预确定的调制方式表，将与归一化高阶累计量差值的绝对值最小的高阶累计量所对应的调制方式作为目标调制方式。即，分别计算归一化累计量与-2、-1、-0.68和-0.6191之间的差值，将差值的绝对值最小的高阶累计量所对应的调制方式作为目标调制方式。例如，归一化高阶累计量为-1.2，所以目标调制方式为QPSK。当出现差值的绝对值最小的高阶累计量为两个时，选择所对应的两种调制方式中任意一种作为目标调制方式，或者将两种结果均提供给用户。
需要知道的是，如果出现差值的绝对值大于设定阈值，可以认为判断有误，并提醒用户判断有误，例如，当归一化高阶累计量为-4时，此时认为|-4-(-2)|≥1.5，则认为判断有误。
本发明实施例提供了一种信号调制方式的检测方法，通过获取天线阵列采集的天线阵列信号，以及天线阵列信号中包含的天线信号的天线编号；根据各所述天线编号和天线阵列的天线总数为各所述天线信号进行波束赋形，得到所述天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号；根据各所述赋形波束信号确定信号的目标调制方式。解决了信号调制方式识别过程中由于信噪比较低或者多径导致识别结果不准确的问题。通过天线阵列接收天线信号，然后对天线阵列信号进行波束赋形，通过从波束赋形后的赋形波束信号筛选出目标待检测信号，并确定噪声功率，进而计算归一化高阶累计量，根据归一化高阶累计量确定信号的目标调制方式可以准确识别信号的调制方式，不受传输环境影响，可以较好的应用在弱信噪比和多径环境中，无需在非协作系统中增加系统开销，提高了系统效率。
实施例三
本实施例分别以低信噪比和多径传输两种情况的信号传输为例，举例说明信号调制方式的检测。
场景1：发信机的调制方式为BPSK和QPSK中的一种，发信机发送的信号通过视距传播到收信机，没有其他多径能量，收发信机间距离较远达到36000km，传播路损较大。由于传播路损较大，接收信噪比为-10dB。由于信噪比较低，现有技术中的调制方式识别方法经过仿真验证，检测成功率为50%，检测算法基本失效。
本申请所提供的信号调制方式检测方法，用户可以在没有发信机方位先验知识的情况下，利用天线阵列的阵列增益来提升信号的信噪比，进而改善检测成功率。具体来说，假设收信机有16个阵元的天线阵列接收信号，每个阵元都是全向天线，则：
步骤一，16个天线分别接收天线信号，形成16个数据流。
步骤二，基于16个天线的阵元数，构建波束赋形编码矩阵。
步骤三，将16个天线接收的信号和波束赋形编码矩阵相乘，获得16个基于波束（赋形波束信号）的数据流。
步骤四，基于16个波束的能量对比获取信号能量最强的一个波束的信号（即，筛选出目标待检测信号），由于发信机到收信机是视距传播，没有其他多径能量，因此只有其中1个波束具有较强的能量，其他波束的能量较小，且基本一致。由于波束赋形过程中获得了阵列增益，信号的信噪比提升了16倍，12dB，达到了2dB。
步骤五，由于其他波束并未接收到发信机发送的信号，其他波束接收的即为环境噪声，选取其中最弱的信号代表噪声功率。
步骤六，计算信号能量最强波束的四阶累计量，即信号高阶累计量。
步骤七，基于噪声功率和信号的四阶累计量及二阶累计量得到归一化的四阶累计量（归一化高阶累计量）为-1.1。
步骤八，基于调制方式表，判断发射的信号为QPSK。
由于获得了12dB的阵列增益，波束赋形后信号的信噪比为2dB，基于仿真分析，信号的检测成功率达到了80%，本申请所提供的信号调制方式检测方法显著提高了自动调制方式识别的检测成功率。
在此应用示例中，由于路损较大，导致接收信噪比过低，因此传统检测算法成功率较低。本发明的波束赋形编码矩阵对全向天线阵接收的信号进行波束赋形，对于任意来波方向的信号都会在对应的波束中获得增益，使得在没有先验知识的情况下就能对发信机发射的信号进行增强，提升了接收信号的信噪比，从而提升了检测的成功率。
场景2：发信机的调制方式为QPSK，16QAM和64QAM中的一种，发信机发送的信号通过多径传播到收信机，传播距离较短。假设信道为常见的瑞利信道，接收信噪比为5dB。但是受到多径信道导致的符号间干扰的影响，传统方法检测成功率约为41%。
本申请所提供的信号调制方式检测方法，用户通过对接收信号进行波束赋形来分割信号空间，分别收集接收来自不同到达角的信号。由于信号空间被分割了，因此不同的多径信号可以被不同的波束接收；由于信号空间是正交的，因此同一个多径信号不会被多个波束接收；由于天线是全向的，因此空间中所有的多径信号都可以被接收到。由于多径信号被分别接收了，因此每个波束中接收的多径信号减少，多径导致的符号间干扰减弱，在天线数足够多的情况下可以完全消除符号间干扰。由于多径影响降低，信号检测成功率提高。假设收信机有32个阵元的天线阵列。则：
步骤一，32个天线分别接收天线信号，形成32个数据流；
步骤二，基于32个天线的天线间距和阵元数，构建波束赋形矩阵；
步骤三，将32个天线接收的信号和波束赋形矩阵相乘，获得32个基于波束（赋形波束信号）的数据流；
步骤四，基于32个波束信号的能量对比获取信号能量最强的一个波束的信号作为目标待检测信号；
步骤五，预先实验选取临近频点的信号功率，将其作为噪声功率；
步骤六，计算信号能量最强波束的四阶累计量（即信号高阶累计量）；
步骤七，基于噪声功率和信号的四阶累计量及二阶累计量得到归一化的四阶累计量（即归一化高阶累计量）为-0.7；
步骤八，基于调制方式表，判断发射的信号为16QAM。
在此应用示例中，由于待检测信号经过多径信道，导致符号间干扰，因此传统检测算法成功率较低。本申请的波束赋形编码矩阵对多径信号进行分割，使得不同波束分别接收不同的多径信号，降低多径信道导致的符号间干扰对检测成功率的影响。同时，通常情况下多径信道中直线传输的信号能量更强，因此通过截取信号能量最强波束的信号进行分析也会有效改善检测成功率。通过仿真验证分析，在不使用本发明情况下，信号的检测成功率约为41%，在使用本发明的情况下，检测成功率提高到了75%。因此，本发明可以非常有效地改善自动调制方式识别在多径信道条件下的检测成功率。
由此可知，本申请在不需要先验知识的情况下，可以大幅改善自动调制方式识别在信噪比极低以及多径传播导致的符号间干扰严重的情况下检测成功率低的问题，对于不同的调制方式也具备较好的适应性。本申请可以有效改善自动调制方式识别的性能，具有广阔的应用前景，可以应用于地面通信系统，非协作通信系统，军用系统和卫星通信系统中检测来波信号的调制方式。
实施例四
图5为本发明实施例四提供的一种信号调制方式的检测装置的结构示意图，该装置包括：获取模块31、波束赋形模块32和调制方式确定模块33。
其中，获取模块31，用于获取天线阵列采集的天线阵列信号，以及所述天线阵列信号中包含的天线信号的天线编号；波束赋形模块32，用于根据各所述天线编号和天线阵列的天线总数为各所述天线信号进行波束赋形，得到所述天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号；调制方式确定模块33，用于根据各所述赋形波束信号确定信号的目标调制方式。
本发明实施例提供了一种信号调制方式的检测装置，通过获取天线阵列采集的天线信号以及各天线信号的天线编号；根据各所述天线编号和天线阵列的天线总数为各所述天线信号进行波束赋形，得到所述天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号；根据各所述赋形波束信号确定信号的目标调制方式。解决了信号调制方式识别过程中由于信噪比较低或者多径导致识别结果不准确的问题。通过天线阵列接收天线信号，然后对天线信号进行波束赋形，通过波束赋形后的赋形波束信号确定信号的目标调制方式可以准确识别信号的调制方式，不受传输环境影响，可以较好的应用在弱信噪比和多径环境中，降低了系统开销，提高了系统效率。
进一步地，波束赋形模块32，包括：
矩阵确定单元，用于根据所述天线阵列的天线总数、各天线编号和给定的赋形波束信号的波束编号确定波束赋形编码矩阵；
信号确定单元，用于将天线信号矩阵与所述波束赋形编码矩阵相乘，得到各所述赋形波束信号；
其中，所述天线信号矩阵由各所述天线信号按照对应的天线编号顺序排列形成。
进一步地，所述波束赋形编码矩阵表达式为：
Figure 52380DEST_PATH_IMAGE008
其中，V为波束赋形编码矩阵；M为天线总数；p为天线编号，p=0,1,2，…,M-1；q为波束编号，q=0,1,2，…,M-1。
进一步地，调制方式确定模块33，包括：
信号和功率确定单元，用于从各所述赋形波束信号中筛选出目标待检测信号，并确定噪声功率；
累计量确定单元，用于根据所述目标待检测信号和噪声功率确定归一化高阶累计量；
调制方式确定单元，用于根据所述归一化高阶累计量查找预确定的调制方式表，确定信号的目标调制方式。
进一步地，信号和功率确定单元，包括：
信号确定子单元，用于将各所述赋形波束信号中信号功率最大的赋形波束信号确定为目标待检测信号；
功率确定子单元，用于将各所述赋形波束信号中信号功率最小值确定为噪声功率；或者，获取预先根据所述天线信号的工作环境和临近频点确定的噪声功率。
进一步地，累计量确定单元，具体用于根据所述目标待检测信号确定信号高阶累计量；计算所述目标待检测信号的信号平均功率与噪声功率的差值，并计算所述差值的平方值；将所述信号高阶累计量除以所述平方值得到的商确定为归一化高阶累计量。
本发明实施例所提供的信号调制方式的检测装置可执行本发明任意实施例所提供的信号调制方式的检测方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例五
图6为本发明实施例五提供的一种信号调制方式的检测系统的结构示意图，如图6所示，该系统包括天线阵列41和检测终端42。
天线阵列41，用于采集天线信号；
图7为本发明实施例提供的一种检测终端的结构示意图，检测终端42包括处理器50、存储器51、输入装置52和输出装置53；如图7所示，设备中处理器50的数量可以是一个或多个，图7中以一个处理器50为例；设备中的处理器50、存储器51、输入装置52和输出装置53可以通过总线或其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。
存储器51作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的信号调制方式的检测方法对应的程序指令/模块（例如，信号调制方式的检测装置中的获取模块31、波束赋形模块32和调制方式确定模块33）。处理器50通过运行存储在存储器51中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的信号调制方式的检测方法。
存储器51可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器51可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器51可进一步包括相对于处理器50远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置52可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置53可包括显示屏等显示设备。
天线阵列41与检测终端42通信连接，进行信号传输。天线阵列41接收发信机所发送的信号，并将接收到的天线信号发送给检测终端42，检测终端42同时获取各天线信号的天线编号，然后根据各天线编号和天线阵列的天线总数为各天线信号进行波束赋形，得到天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号；进而根据各赋形波束信号确定信号的目标调制方式。检测终端42在确定目标调制方式后，将目标调制方式告知收信机，收信机就可以按照目标调制方式对信号进行解调。
通过天线阵列接收天线阵列信号，然后通过波束赋形编码矩阵对接收的天线阵列信号中的天线信号进行波束赋形，对于任意来波方向的信号都会在对应的波束中获得增益，使得在没有先验知识的情况下就能对发信机发射的信号进行增强，提升了接收信号的信噪比；以及通过波束赋形编码矩阵对多径信号进行分割，使得不同波束分别接收不同的多径信号，降低多径信道导致的符号间干扰对检测成功率的影响。本申请实施例所提供的信号调制方式检测方法可以较好的应用在弱信噪比和多径环境中，无需在非协作系统中增加系统开销，提高了系统效率。
实施例六
本发明实施例六还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种信号调制方式的检测方法，该方法包括：
获取天线阵列采集的天线阵列信号，以及所述天线阵列信号中包含的天线信号的天线编号；
根据各所述天线编号和天线阵列的天线总数为各所述天线信号进行波束赋形，得到所述天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号；
根据各所述赋形波束信号确定信号的目标调制方式。
当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的信号调制方式的检测方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器（Read-Only Memory, ROM）、随机存取存储器（RandomAccess Memory, RAM）、闪存（FLASH）、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述信号调制方式的检测装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (14)

1.一种信号调制方式的检测方法，其特征在于，包括：
获取天线阵列采集的天线阵列信号，以及所述天线阵列信号中包含的天线信号的天线编号；
根据各所述天线编号和天线阵列的天线总数为各所述天线信号进行波束赋形，得到所述天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号；
根据各所述赋形波束信号确定信号的目标调制方式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各所述天线编号和天线阵列的天线总数为各所述天线信号进行波束赋形，得到各所述天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号，包括：
根据所述天线阵列的天线总数、各天线编号和给定的赋形波束信号的波束编号确定波束赋形编码矩阵；
将天线信号矩阵与所述波束赋形编码矩阵相乘，得到各所述赋形波束信号；
其中，所述天线信号矩阵由各所述天线信号按照对应的天线编号顺序排列形成。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述波束赋形编码矩阵表达式为：
Figure 511557DEST_PATH_IMAGE001
其中，V为波束赋形编码矩阵；M为天线总数；p为天线编号，p=0,1,2，…,M-1；q为波束编号，q=0,1,2，…,M-1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据各所述赋形波束信号确定信号的目标调制方式，包括：
从各所述赋形波束信号中筛选出目标待检测信号，并确定噪声功率；
根据所述目标待检测信号和噪声功率确定归一化高阶累计量；
根据所述归一化高阶累计量查找预确定的调制方式表，确定信号的目标调制方式。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述从各所述赋形波束信号中筛选出目标待检测信号，并确定噪声功率，包括：
将各所述赋形波束信号中信号功率最大的赋形波束信号确定为目标待检测信号；
将各所述赋形波束信号中信号功率最小值确定为噪声功率；或者，
获取预先根据所述天线信号的工作环境和临近频点确定的噪声功率。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标待检测信号和噪声功率确定归一化高阶累计量，包括：
根据所述目标待检测信号确定信号高阶累计量；
计算所述目标待检测信号的信号平均功率与噪声功率的差值，并计算所述差值的平方值；
将所述信号高阶累计量除以所述平方值得到的商确定为归一化高阶累计量。
7.一种信号调制方式的检测装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取天线阵列采集的天线阵列信号，以及所述天线阵列信号中包含的天线信号的天线编号；
波束赋形模块，用于根据各所述天线编号和天线阵列的天线总数为各所述天线信号进行波束赋形，得到所述天线阵列信号对应的至少一个赋形波束信号；
调制方式确定模块，用于根据各所述赋形波束信号确定信号的目标调制方式。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述波束赋形模块，包括：
矩阵确定单元，用于根据所述天线阵列的天线总数、各天线编号和给定的赋形波束信号的波束编号确定波束赋形编码矩阵；
信号确定单元，用于将天线信号矩阵与所述波束赋形编码矩阵相乘，得到各所述赋形波束信号；
其中，所述天线信号矩阵由各所述天线信号按照对应的天线编号顺序排列形成。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述波束赋形编码矩阵表达式为：
Figure 708183DEST_PATH_IMAGE002
其中，V为波束赋形编码矩阵；M为天线总数；p为天线编号，p=0,1,2，…,M-1；q为波束编号，q=0,1,2，…,M-1。
10.根据权利要求7-9任一项所述的装置，其特征在于，所述调制方式确定模块，包括：
信号和功率确定单元，用于从各所述赋形波束信号中筛选出目标待检测信号，并确定噪声功率；
累计量确定单元，用于根据所述目标待检测信号和噪声功率确定归一化高阶累计量；
调制方式确定单元，用于根据所述归一化高阶累计量查找预确定的调制方式表，确定信号的目标调制方式。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述信号和功率确定单元，包括：
信号确定子单元，用于将各所述赋形波束信号中信号功率最大的赋形波束信号确定为目标待检测信号；
功率确定子单元，用于将各所述赋形波束信号中信号功率最小值确定为噪声功率；或者，获取预先根据所述天线信号的工作环境和临近频点确定的噪声功率。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，累计量确定单元，具体用于根据所述目标待检测信号确定信号高阶累计量；计算所述目标待检测信号的信号平均功率与噪声功率的差值，并计算所述差值的平方值；将所述信号高阶累计量除以所述平方值得到的商确定为归一化高阶累计量。
13.一种信号调制方式的检测系统，其特征在于，所述系统包括：天线阵列和检测终端；
所述天线阵列，用于采集天线信号；
所述检测终端，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-6中任一所述的信号调制方式的检测方法。
14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一所述的信号调制方式的检测方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114050952A (zh) * 2021-11-02 2022-02-15 北京鹏鹄物宇科技发展有限公司 一种基于多波束天线的自动调制方式识别方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1379558A (zh) * 2001-04-11 2002-11-13 白桦 一种带自适应阵列的基站设备及其接收和发射方法
CN101686500A (zh) * 2008-09-25 2010-03-31 中国移动通信集团公司 确定相关参数的方法、用户终端以及信号赋形方法、基站
WO2016202280A1 (zh) * 2015-06-18 2016-12-22 华为技术有限公司 波束赋形方法及装置
CN111585629A (zh) * 2020-05-21 2020-08-25 山东大学 一种发送预编码辅助的差分波束空间调制传输与盲检测方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1379558A (zh) * 2001-04-11 2002-11-13 白桦 一种带自适应阵列的基站设备及其接收和发射方法
CN101686500A (zh) * 2008-09-25 2010-03-31 中国移动通信集团公司 确定相关参数的方法、用户终端以及信号赋形方法、基站
WO2016202280A1 (zh) * 2015-06-18 2016-12-22 华为技术有限公司 波束赋形方法及装置
CN111585629A (zh) * 2020-05-21 2020-08-25 山东大学 一种发送预编码辅助的差分波束空间调制传输与盲检测方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐佳康: "大规模天线阵列基础理论研究及其应用", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *
徐佳康: "大规模天线阵列基础理论研究及其应用", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》, 15 April 2021 (2021-04-15), pages 4 *
董红军等: "偏振正交外差光信噪比监测技术研究", 《半导体光电》, vol. 28, no. 3, pages 425 *
赵红梅: "用于卫星导航系统的抗宽/窄带干扰算法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》, pages 26 *
赵红梅等: "一种基于新误差标准的ANF线性调频信号参数估计方法", 山西师范大学学报(自然科学版), vol. 33, no. 1, pages 69 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114050952A (zh) * 2021-11-02 2022-02-15 北京鹏鹄物宇科技发展有限公司 一种基于多波束天线的自动调制方式识别方法
CN114050952B (zh) * 2021-11-02 2024-02-23 北京鹏鹄物宇科技发展有限公司 一种基于多波束天线的自动调制方式识别方法

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