基于谱分析的通信信号调制识别与参数估计研究

论文摘要

通信信号的调制方式识别和调制参数估计对于军用电子对抗以及民用频谱监管都具有极其重要的意义。算法相对简单而且识别效果好的调制方式识别方案是目前调制识别领域的趋势和主流。信号的频域分析相比之下具有良好的抗噪特性和相对简单的算法实现,所以将信号的谱分析应用在信号的调制方式识别和参数估计中是本文主要的研究内容。旨在以相对简易的算法实现多种调制信号的识别和参数估计,本文研究的调制信号类别有：2ASK,4ASK,2FSK,4FSK,BPSK,QPSK,OQPSK和PI/4QPSK。本文分析了各种调制信号的功率谱,平方谱,四次方谱以及循环谱,通过数学推导和实际仿真验证,归纳出一套调制信号在谱变换域的分类特征,提出基于谱分析的调制信号识别方案。然后分别对信号的各种特征参数在变信噪比环境下进行仿真和验证,证实特征参数的分类性能。考虑到算法的实时性,信号谱估计的算法完全基于FFT快速变换,并且给出了算法的具体实现步骤。然后,从特征参数抗噪声性,识别范围和算法复杂度三方面和经典的DMRAs算法做了比较,证实了谱分析在调制识别应用中的优越性。另外,本文针对通信领域常用的六种调制方式：2ASK,4ASK,2SK,4FSK,BPSK和QPSK信号,进行了载频估计和码元速率估计研究和算法改进。对于载频不抑制的ASK信号,载频估计采用对信号变换域谱搜索谱峰的方式得到载频估计值,然后在变信噪比环境下,仿真验证了载频估计算法在不同信噪比下的识别率。对于BPSK/QPSK的载频估计,利用BPSK信号平方谱和QPSK信号四次方谱分别在两倍载频和四倍载频处存在离散谱线的特征进行载频估计,然后利用相关累积提升信号信噪比的方法改进载频估计算法。仿真表明,改进后信噪比要求降低8 dB左右。对于码元估计,针对ASK, FSK信号其瞬时幅度和瞬时频率与基带信号相对应的特点,采用差分算法替代小波变换提取信号瞬时参数的跳变点信息,然后通过谱分析得到码元速率的估计值,最后仿真验证其在变信噪比环境下的识别率。对于BPSK/QPSK信号,采用延迟相乘构造码元信息序列的方式替代瞬时频率序列改进算法,仿真验证改进后将信噪比要求降低5 dB,同时降低了运算量。最后利用循环谱理论,讨论研究了其基于循环谱的参数估计方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状与成果
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 通信调制信号的谱分析
• 2.1 调制信号谱分析的理论基础
• 2.1.1 调制信号的采样模型
• 2.1.2 信号的谱估计算法
• 2.1.3 信号的时域特征提取
• 2.2 信号傅氏谱分析
• 2.2.1 ASK信号的谱分析
• 2.2.2 FSK信号的谱分析
• 2.2.3 PSK信号的谱分析
• 2.3 信号循环谱分析
• 2.3.1 循环平稳理论基础
• 2.3.2 调制信号的循环谱分析
• 2.3.3 谱相关的工程计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 通信信号的调制识别
• 3.1 调制信号识别中的参数选取及分析
• 3.1.1 调制信号的类间分类
• 3.1.2 调制信号的类内分类
• 3.1.3 调制信号的总体分类
• 3.2 谱分析调制识别和DMRAs算法比较分析
• 3.2.1 DMRAs算法简介
• 3.2.2 谱分析识别算法和DMRAs算法比较分析研究
• 3.3 本章小结
• 第4章 调制信号的参数估计
• 4.1 ASK/FSK信号的参数估计研究
• 4.1.1 ASK信号的载频估计及性能分析
• 4.1.2 FSK信号的载频估计及性能分析
• 4.1.3 ASK信号的码元速率估计及性能分析
• 4.1.4 FSK信号的码元速率估计及性能分析
• 4.2 BPSK/QPSK信号的载频估计研究
• 4.2.1 PSK信号的通用载频估计及性能分析
• 4.2.2 BPSK的平方谱载频估计及性能分析
• 4.2.3 QPSK的四次方谱载频估计及性能分析
• 4.2.4 低信噪比下载频估计的改进方法及对比分析
• 4.3 BPSK/QPSK信号的码元速率估计研究
• 4.3.1 BPSK/QPSK码元速率估计
• 4.3.2 BPSK/QPSK码元速率估计改进算法及分析
• 4.4 循环谱应用在参数估计的研究
• 4.5 本章小结
• 结论与未来的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文