基带PSK、QAM信号调制子类自动识别研究

论文摘要

近年来,在无线广播、卫星通信、蜂窝移动通信等无线通信领域中,PSK和QAM两类调制方式得到了广泛应用,尤其是在卫星通信中常用到BPSK、UQPSK、QPSK、OQPSK、8PSK和π4-QPSK等调制子类。然而,现阶段仍然没有一个统一的信号处理方案来识别这两种调制子类,并且现有的许多调制识别算法没有考虑实际通信中成形滤波所带来的影响。本文围绕经成形滤波的常用PSK、QAM的子类信号调制识别算法及方案进行了研究,主要工作如下:（1）基于星座图分析了PSK和QAM子类信号的基本特征。对基于星座图的调制识别技术中常用的两种聚类方法-减法聚类和山峰聚类进行了仿真和比较。针对星座图分布一致的两组信号（OQPSK与QPSK、8PSK与π4-QPSK）,提出了差分处理后减法聚类的门限修正方法,并进行了仿真验证。（2）分别从数据长度、信噪比估计范围、成形滤波对算法的影响及算法适用的信号类型这几方面对四种典型的信噪比估计算法进行了仿真分析和比较。仿真结果表明,基于自相关矩阵特征值分解的信噪比估计算法性能稳定,且不需要任何先验知识。在调制类型未知的情况下,能在大信噪比变化范围内较准确地估计信噪比,从而为后续的调制识别做好准备。（3）推导了的PSK、QAM子类信号高阶累积量理论值,提出16方形QAM、星形MQAM（ M = 8,16,32）、MPSK（ M = 2,4,8）、OQPSK、UQPSK与π4-QPSK信号的调制识别方法。由仿真结果可得:该方法在无需信噪比先验知识的情况下能达到较高的正确识别率。（4）讨论了成形滤波对高阶累积算法的影响。总结出适用于经成形滤波的常用PSK、QAM子类信号的调制识别方案,仿真分析了输入数据量、成形滤波滚降系数对平均识别正确率的影响。仿真结果表明,滚降系数β< 0.5时该方案在较低信噪比能达到高识别正确率。（5）仿真分析了基于最大似然的BPSK与UQPSK、基于相位主值差分的8PSK与π4-QPSK、基于时偏检测的OQPSK与QPSK信号调制识别算法。讨论了成形滤波和信噪比估计误差对基于最大似然调制识别算法的影响。综合设计了经成形滤波的BPSK、UQPSK、QPSK、OQPSK、8PSK和π4-QPSK信号调制识别方案。仿真结果表明,该方案能在较大信噪比范围内准确地识别这几种信号。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 调制识别研究背景
• 1.2 调制识别研究现状
• 1.2.1 决策论方法
• 1.2.2 统计模式识别方法
• 1.2.3 PSK、QAM 调制子类应用
• 1.3 本文的主要工作和章节安排
• 第二章 基于星座图的PSK、QAM 信号特征分析
• 2.1 相移键控（PSK）信号特征分析
• 2.1.1 MPSK 信号特征分析
• 2.1.2 OQPSK 与QPSK 信号特征分析
• 2.1.3 pi/4-QPSK 与8PSK 信号特征分析
• 2.1.4 BPSK、QPSK 与UQPSK 信号特征分析
• 2.2 正交幅度调制（QAM）信号特征分析
• 2.3 星座图聚类方法仿真
• 2.3.1 减法聚类
• 2.3.1.1 原理
• 2.3.1.2 仿真分析
• 2.3.1.3 门限修正
• 2.3.2 山峰聚类
• 2.3.2.1 原理
• 2.3.2.2 仿真分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 信噪比估计算法
• 3.1 系统模型
• 3.2 信噪比估计算法
• 3.2.1 最大似然（ML）估计算法
• 3.2.2 二阶、四阶矩（M2M4）的估计算法
• 3.2.3 基于周期平稳（CS）的估计算法
• 3.2.4 基于自相关矩阵特征值分解（ACE）的估计算法
• 3.3 算法仿真与比较
• 3.3.1 信号长度及信噪比估计范围对算法的影响
• 3.3.2 成形滤波对算法的影响
• 3.3.3 算法适用的信号类型
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于高阶累积量的PSK、QAM 信号调制识别
• 4.1 高阶统计量理论简介
• 4.2 PSK、QAM 信号高阶累积量理论值推导
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 识别流程设计
• 4.3.2 成形滤波对算法的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 PSK 子类综合调制识别算法及方案
• 5.1 基于最大似然的BPSK 与UQPSK 信号调制识别
• 5.1.1 算法原理
• 5.1.2 仿真分析
• 5.1.2.1 非均衡因子估计
• 5.1.2.2 识别流程设计
• 5.1.2.3 信噪比估计对算法的影响
• 5.1.2.4 算法比较
• 5.2 基于相对相位差分的PI/4-QPSK 与8PSK 信号调制识别
• 5.2.1 算法原理
• 5.2.2 仿真分析
• 5.3 基于时偏检测的OQPSK 与QPSK 信号调制识别
• 5.3.1 算法原理
• 5.3.2 仿真分析
• 5.3.3 算法比较
• 5.4 常用PSK 子类信号识别方案设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 对未来工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻硕期间取得的研究成果