[发明专利]一种差分空时编码信号盲检测方法

摘要

本发明涉及到电通信技术专业的一种差分空时编码信号盲检测方法。该方法过程中，输入的差分空时编码信号采用JADE方法进行分离，分别得到各天线阵元发射的信号分量，各信号分量经由调制方式识别算法进行处理识别调制方式，将相同频段和相同调制方式信号分量提取出来，利用差分空时编码信号检测方法进行检测，识别差分空时编码信号，通过选取连续时间长度的差分空时编码信号进行统计分析，实现对差分空时编码矩阵的有效估计。本发明首次将JADE算法、调制方式识别算法和差分空时编码信号识别算法相结合，实现了无先验知识条件下差分空时编码信号识别和差分空时编码矩阵估计。

主权项

一种差分空时编码信号盲检测方法，将信号分离算法、调制方式识别算法和差分空时编码信号识别算法相结合，实现对差分空时编码信号的盲检测，其特征在于：1) 输入的混合信号首先经由信号分离算法处理，得到各天线阵元发射的信号分量；2）各天线阵元发射的信号分量再经由调制方式识别算法进行处理，识别调制方式；3）对各天线阵元发射的信号分量进行频谱分析，将相同调制方式和相同频率范围的信号分量提取出来，利用差分空时编码信号检测方法进行检测，识别差分空时编码信号；4）最后通过选取连续时间长度的差分空时编码信号分量进行统计分析，实现对差分空时编码矩阵{V}的有效估计；采用JADE算法的信号分离处理：设有个独立的信号分量由各天线阵元发射，经由传输信道，到达有个阵元的接收天线，得到混合信号；对接收信号利用JADE算法进行处理，求解分离矩阵满足，则可以根据式，即可得到各天线阵元发射的信号分量；利用JADE算法对输入的混合信号进行分离需预先估计混合信号中信号分量的数目，采用MDL(minimum description length)算法对混合信号中信号分量数目进行估计，MDL算法通过定义目标函数，在设有不同信号源数目K的条件下，通过求解目标函数的最小值点来估计信号分量的数目，MDL算法的目标函数为（1）其中，M为接收天线阵元数，为混合信号的协方差矩阵经特征值分解得到的特征值，N为处理数据点数；在式(1)中，当从0增加到时，找到使取得最小值的，则即为估计信号分量的数目，即（2）利用JADE算法对输入的混合信号进行分离需要以下几个主要步骤：Step1：计算天线阵元接收混合信号的协方差矩阵；Step2：对进行特征值分解，得到特征值及对应特征向量；Step3：利用MDL准则估计混合信号中信号分量数目；Step4：通过计算噪声子空间对应M‑个特征值的均值和求解矩阵的秩得到噪声方差的估计值；Step5：利用信号子空间和噪声子空间的特征值与特征向量计算白化矩阵；Step6：利用白化矩阵对接收混合信号进行白化预处理得到矩阵；Step7：对矩阵计算其四阶统计量，并对其进行特征值分解，得到特征向量；Step8：将带入四阶统计量，得到集合{}；Step9：对集合{}求解酉矩阵，满足可将其联合对角化；Step10：由酉矩阵和白化矩阵得到信号方向矩阵估计值；Step11：利用对接收混合信号进行分离，得到各天线阵元发射的信号分量的估计值；调制方式识别算法处理：识别各天线阵元发射的信号分量估计值的调制方式，要利用各信号分量的瞬时幅度、瞬时相位和瞬时频率构建特征参数，实现对2FSK、4FSK、MSK、BPSK、QPSK、QAM、2ASK和4ASK共8种调制方式的识别，构建的特征参数如下：（1）零中心归一化瞬时幅度的谱密度的最大值：=（3）该特征参数用来区分带有幅度调制信息的调制方式和不带有幅度调制信息的调制方式，式中是处理信号分量的采样点数，是i采样点的归一化中心瞬时幅度值，，，是信号分量i采样点的瞬时幅度，是处理信号分量瞬时幅度的平均值，且；（2）零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量绝对值的标准方差：（4）该特征参数用来区分不含有绝对值相位信息的信号和含有绝对值相位信息的信号；式中为信号分量在i采样点的瞬时相位的零中心非线性分量的值，C为中满足条件的采样点数，是的门限值，这里取=1；（3）零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量的标准偏差：（5）该特征参数用来区分不含直接相位信息的信号和含有直接相位信息的信号，BPSK信号含有直接相位信息，而2ASK、4ASK信号不含有直接相位信息，可以利用该参数将BPSK信号与2ASK信号和4ASK信号分开；（4）信号瞬时幅度的均值：（6）该特征参数用来区分QPSK信号和QAM信号，其中为信号分量的瞬时幅度；（5）信号瞬时幅度的方差：（7）该特征参数用来区分2ASK信号和4ASK信号，因为2ASK只有两种幅度值，而4ASK有4种幅度值，其瞬时幅度的方差值会有差异，因此可以通过瞬时幅度的方差将两种调制方式区分开；（6）归一化瞬时频率的方差：（8）该特征参数用来区分2FSK ,4FSK和MSK这3种调制方式，为瞬时频率，利用六个特征参数对各信号分量进行调制方式识别处理的主要步骤如下：Step1：首先计算信号分量的特征参数零中心归一化瞬时幅度的谱密度的最大值，确定其是不含有幅度调制信息的2FSK、4FSK或MSK调制方式，还是含有幅度调制信息的QPSK、QAM、BPSK、4ASK或2ASK调制方式；Step2：计算信号分量的零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量绝对值的标准方差，确定其是含有绝对值相位信息的QPSK或QAM调制方式，还是不含有绝对值相位信息的BPSK、2ASK或4ASK调制方式；Step3：计算信号分量的零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量的标准偏差，确定其是不含直接相位信息的2ASK或4ASK调制方式，还是含有直接相位信息的BPSK调制方式；Step4：计算信号分量的瞬时幅度的均值，区分具有不同幅度的QPSK和QAM调制方式；Setp5：计算信号分量的瞬时幅度的方差，区分含有幅度个数不同的2ASK和4ASK调制方式；Setp6：计算信号分量的归一化瞬时频率的方差，区分含有的频率数目不同的2FSK、4FSK和MSK调制方式，首先设置一个阈值来将2FSK信号与4FSK信号和MSK信号区分开，再设置另一个阈值将4FSK信号和MSK信号区分开；对差分空时编码信号检测和差分空时编码矩阵估计：差分空时编码信号传输符号产生过程如下式St=VzSt‑1，t=1,2, …                                    （9）其中，和为t和t‑1时刻的传输符号，Vz为根据传输数据选择的差分空时编码矩阵对应子集；利用t‑1时刻差分空时编码传输符号的逆和t时刻差分空时编码传输符号，可得到差分空时编码信号在t‑1时刻的传输数据所对应的子集Vz，如下式所示：（10）由于差分空时编码矩阵子集的数目有限，则通过对较长时间的连续时刻差分空时编码信号进行统计分析，可得到差分空时编码矩阵中的多个子集，当被统计的差分空时编码信号中包含全部差分空时编码矩阵子集时，将可得到差分空时编码矩阵{V}；差分空时编码信号分量具有相同的调制方式，且处于相同的频率范围内，可根据这一特点，对经分离算法处理得到的信号分量进行划分，选取具有相同调制方式且处于相同频率范围的信号分量进行检测，差分空时编码信号检测算法处理流程如下：Step1：选取相同调制方式的信号分量进行频谱分析，将相同频率范围的信号分量作为被检测信号；Step2：根据调制方式识别算法结果，对被检测的信号分量进行解调，提取传输符号；Step3：设定时间长度T和起始时刻t，求取t时刻传输符号的逆；Step4：利用t+1时刻传输符号和计算Vz，若计算得到的Vz重复出现，则设置检测标志位为1，否则将新的Vz放入差分空时编码矩阵{V}；Step5：选取下一时刻t+1，若选取时刻t+1在t时刻起始的T时间范围内，则跳转至Step3，否则跳转到Step6；Step6：若检测标志位为1，则判定检测到差分空时编码信号，并输出差分空时编码矩阵{V}，程序结束，若检测标志位不为1，则跳转到step7；Step7：若需要重新设定时间长度T和起始时刻t，则跳转到Step3，否则程序结束。