[發明專利]一種基于星座圖和深度學習的混合衛星通信調制識別方法及系統

在審

• 申請號: 202011279860.5
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112511477A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 茍亮;劉進進;萬揚洋;聶宇雷;左云鵬;張亞慧;朱明強;陳翔
• 申請（專利權）人: 南京融星智聯信息技術有限公司
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務所(普通合伙) 32360
• 代理人: 張磊

1.一種基于星座圖和深度學習的混合衛星通信調制識別方法，其特征是包括以下步驟：

步驟1、接收機通過頻譜分析獲得預定信號，并進行載波頻率估計和帶寬估計，帶通濾波、下變頻后得到基帶信號；

步驟2、估算定時誤差，并對非最佳采樣的數據點進行插值濾波，逼近最佳采樣點；

步驟3、通過對最佳采樣點進行相位差分，消除頻偏影響，恢復相位差分后的星座圖；

步驟4、通過機器學習的方法對星座圖進行聚類，通過聚類點的特征進行調制方式分類。

2.根據權利要求1所述的一種基于星座圖和深度學習的混合衛星通信調制識別方法，其特征在于，步驟1進一步包括：

步驟1-1、對接收的已調信號進行載頻提取、正交下變頻和低通濾波后，得到被噪聲污染的復基帶信號波形：

式中，a_k是發送的符號，其取值范圍為a_k∈{exp(j2π(m-1)/M),m＝1,2,...M}；E是發送符號的能量；T_s是采樣周期；Δf_c是歸一化載波頻偏；T_b是符號周期；g_T(t)是升余弦滾降濾波器的沖擊響應；ε是歸一化碼元定時誤差，取值范圍為-0.5＜ε＜0.5；是載波初始相位；w(t)是均值為0、方差為N₀的高斯白噪聲；

步驟1-2、引入碼間干擾消除基帶信號采樣時存在的定時誤差，設接收到的信號時間長度為LT，在這段時間內，認定定時誤差ε沒有發生變化，為常量；對采用序列r_k進行平方操作，則在樣本中包含一個頻率為1/T_b的頻譜分量，通過計算每一段數據的傅立葉系數，提取出該頻譜分量。

3.根據權利要求1所述的一種基于星座圖和深度學習的混合衛星通信調制識別方法，其特征在于，步驟2采用立方插值濾波器對非最佳采樣的數據點進行插值濾波，其中立方插值濾波器的形式為：

y(t)＝b_-2(u)x[(m+2)T_s]+b_-1(u)x[(m+1)T_s]+b₀(u)x[mT_s]+b₁(u)x[(m-1)T_s]

其系數為：

式中，μ是插值濾波算法中的分數間隔參數，通過估計得到的定時誤差計算得到；x[T]為T時刻的采樣值；b_-2為之前兩個時刻的內插濾波器系數，b_-1為之前一個時刻的內插濾波器系數，b₀為當前時刻的內插濾波器系數，b₁為之后一個時刻的內插濾波器系數。

4.根據權利要求1所述的一種基于星座圖和深度學習的混合衛星通信調制識別方法，其特征在于，步驟3進一步包括：

步驟3-1、對基帶信號進行匹配濾波、符號速率估計、定時估計及插值濾波，得到存在頻偏的復基帶信號，該信號表示為：

其中，為調制相位，w(n)為高斯白噪聲，Δf_c為歸一化載波頻偏，第n和n+1個碼元的絕對相位分別為：

且有：

相位調制信號中，分別由和來攜帶調制信息；式中，Δω_c＝2πΔf_c；為第n個碼元的載波相位偏差；其余各符號含義同上；

步驟3-2、當接收端存在載波頻偏時，當前碼元的絕對相位除了攜帶固有的調制信息外，比前一個碼元的絕對相位多出一個Δω_cT_b，反映在星座圖上即為引起了角度為Δω_cT_b的旋轉；采用相位差分的方法消除載波頻偏對星座圖恢復的干擾，差分公式如下：

x₁(m)＝x^*(n)·x(n-1)

其中，n＝2,3...N,m＝n-1；

式中，x(n)表示第n個采樣值；x^*(n)為x(n)的共軛；x₁表示已經恢復的信號應有的星座圖狀態，將其輸入信號調制方式識別模塊即可完成對信號調制方式的識別。