数字通信信号的自动识别与参数估计研究

本文在前人工作的基础上，结合具体工程实践，主要研究了数字通信信号调制 样式的自动识别与参数估计技术。所做的工作主要包括： 1、提出了利用小波变换结合谱分析技术估计数字通信信号码速率的方法；提出 了采用总体概率分布估计与支持矢量机分类器相结合对多进制数字基带信号自动分 类的方法。证明了小波变换系数模值构成的单极性基带序列的功率谱在其码速率整数 倍处存在离散谱线，检测这些离散谱线可实现数字基带序列码速率的盲估计。这种方 法实现简单且有较好的估计精度。指出了不同类型的数字基带信号对应不同的总体概 率密度函数，使得分类信号成为可能。利用支持矢量机分类器在小样本学习的情况下 易于构造训练样本且有较好的推广性能，符合信号侦测的应用要求。在多种噪声背景 下，对多种数字基带信号均取得了较好的识别效果。 2、提出了在对调制信号侦察的软件无线电结构框架下，针对MASK、MFSK、 MPSK调制信号采用相应的数字信号处理算法提取信号的分类特征。对这些分类特征 采用总体概率密度估计与支持矢量机分类器相结合的方法实现了调制信号的自动分 类。对于MASK、MFSK信号，结合小波变换和谱分析，对分类特征的码速率估计 值即为相应调制信号的码速率。针对带限MPSK信号特点，提出了构造延迟乘积信 号估计码速率的方法。通过对实测信号的处理验证了这些方法的可行性。 3、提出了利用提取的分类特征对数字调制信号自动分类的聚类分析方法。在大 数据量的情况下，采用了基于目标函数的模糊聚类算法。这种方法的优点在于分类信 号的同时可以估计数据的聚类中心，结合估计出来的码速率可实现侦察信号的盲解 调。 4、在高斯信道中，提出了将基带MPSK信号自动分类的高阶累积量方法推广到 未解调MPSK信号的方法。利用MPSK的差分延迟信号，构造复基带信号，并证明 了可以由此复基带信号估计出信号的码速率。根据估计出的码速率通过差分解调技术 并且按码速率同步采样得到了与原MPSK信号同阶的复基带相位序列，构造利用高 阶累积量的分类器实现了信号自动分类。这种方法是基于高阶累积量构造分类特征不西安电子科技大学博士论文：数字通信信号的自动识别与参数估计研究 变量的基带MPSK信号分类算法向实用化的推广。 5、提出了在平稳高斯或非高斯噪声以及非平稳的高斯噪声背景下，利用高阶循 环累积量对多种数字通信信号自动分类与参数估计的方法。是现有的利用二阶循环平 稳分析信号算法的推广。通过分析证明了2、4PSK信号的特定四阶循环累积量在循 环频率与载波频率相等时不为零，而当偏离载波时迅速降为零。因此利用四阶循环累 积量可以估计出2、4PSK信号的载波频率，这种载波估计方法有很高的估计精度， 且易于自动实现。并且可以利用四阶循环累积量构造2、4PSK信号的分类特征不变 量。对于MASK和MFSK信号，提出了利用三阶循环累积量估计载波频率。证明了 星形QAM调制信号的四阶循环累积量可用于估计载波频率等调制参数。在统一的软 件无线电解调模型下，分析了利用循环累积量估计数字通信信号的各种参数以实现信 号盲解调的方法。 6、将循环累积量用于分析多载波调制，对于子载波均采用PSK调制的OFDM 信号，证明了利用循环累积量可以估计信号的子载波频率进而构造分类特征不变量。 并且把基于小波变换的码速率估计算法推广到了OFDM调制。 7、结合信号侦察的实际应用，讨论了数字通信信号子类分离的算法。提出了基 于判决树结构与综合考虑所有分类特征的常见数字通信信号的自动分类算法。将支持 矢量机分类器推广到信号子类的分离，使得构造的分类器对新出现调制类型具有一定 的适应性。针对数字通信信号参数、种类繁多的特点，初步讨论了利用专家系统实现 通信电台的识别。最后分析了自动分类与参数估计算法在短波通信和无线局域网中的 应用并给出了自动分类与参数估计算法在短波通信中的一些应用实例。