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基于自主软件无线电接收机的调制识别

石方舟  
【摘要】: 通信信号的调制识别一直是非合作通信信号处理研究领域的一个十分重要的课题,其广泛应用于干扰识别、无线电侦听和信号监测以及软件无线电、卫星通信等领域。调制识别的目的就是通过对接收到的信号进行处理,估计出信号的参数,如载波频率,码速率等,然后判断出信号的调制方式。 自主软件无线电接收机(Autonomous SDR Receiver)是美国航空航天管理局(NASA)正在探索的课题。一般的软件无线电接收机,在系统参数,输入信号种类等变化后,虽然不需要重新配置硬件,但是仍需要重新编写软件。区别于一般的软件无线电接收机,自主软件无线电接收机要求在硬件安装完毕后,能自主的适应信号和系统参数变化,而不需要重新配置软件和硬件。它主要是立足于解决深空通信的一系列问题,比如火星探测设备从发射到着陆使用是一个耗时且复杂的过程,所以探测器的使用年限很长。而通信技术的更新速度很快,为了能使探测器结构不需要地面重新人为配置而适应新的技术,所以要求探测器接收机能自主的适应新的技术和参数。本文主要工作如下: 研究了常用的基于瞬时特征提取的统计模式识别方法,参数统计方法,同时还分析了信号功率谱方面的特征并对这些特征参数进行分析和仿真,得到一种数字信号调制识别方案,并对该方法进行了仿真和性能分析。 研究了小波变换基础理论,并将其应用于一组特定的通信信号调制识别:PSK,FSK,16QAM。选取Haar小波作为母小波,提取小波变换幅度作为分类特征,并进行了算法仿真和结果分析,仿真结果表明,该算法在较低信噪比下也有较高的识别成功率。 研究了自主软件无线电接收机的概念,构成和框架。自主软件无线电接收机与一般的接收机不同,它能不需要先验信息而对信号进行处理。主要研究了其中的某些关键信号处理模块:信噪比估计,码速率估计,符号同步误差估计和调制识别。其中码速率估计和符号同步误差估计建立在信噪比估计模块基础上,主要原理基于SSME算法,调制识别主要采用了极大似然算法。同时对算法都进行了仿真,并对仿真结果和性能进行了分析。 在研究了自主软件无线电接收机原理的基础上,根据其算法和思想,设计了一个结合参数估计的综合调制识别方案,能够处理码元速率未知和存在同步误差的情况。由于其中大部分参数估计原理都是基于ML算法,增加了码速率预估计模块,大大减少了计算量和增加了实用性。仿真结果表明,参数估计模块在SNR≥5dB时性能较好,而调制识别模块在SNR≥3dB成功率能达到100%。


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