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在各种无线通信系统中,正交频分复用(OFDM:Orthogonal Frequency Divison Multiplexing)技术由于其高频谱效率和对多径传播的强大抵抗力而被广泛使用。在一些大型的公众活动场合,使用OFDM技术的大量无线终端聚集在一起,创建了一个复杂的无线电磁环境,有时设备之间会发生相互干扰。如何正确识别多载波混合信号并估计其参数,进而找出干扰设备,是排除干扰维护通信秩序的关键。本文研究了多载波混合信号处理中的一些相关技术,重点研究了OFDM混合信号的检测识别技术及参数估计技术。主要研究成果包括:
1.提出了一种基于分数阶小波变换的多载波混合信号识别方法。检测和识别多载波混合信号是多载波混合信号处理的第一步,不同种类的多载波混合信号处理的方法不同,这里主要考虑两个信号的混合,将OFDM混合信号中的一个设置为目标信号,另一个设置为干扰信号,具体方法是,先对多载波混合信号进行希尔伯特变换,再进行分数阶小波变换,接着利用分数域小波系数构造特征值,最后,决策树分类器用于识别OFDM混合信号。仿真结果表明,选择合适的变换阶次,该算法不仅可以识别出单载波干扰和多载波干扰,还可以区分单载波干扰和多载波干扰的调制类型,而且该算法不依赖任何先验知识,有利于实际应用。
2.提出了一种基于循环谱密度的多载波混合信号载频、符号速率估计算法。为了进一步区分和识别多载波混合信号,研究了多载波混合信号的参数估计,参数估计是混合信号处理的第二大技术,通过参数估计不仅可以进一步识别出多载波混合信号,而且准确估计出多载波载波频率、符号速率及子载波数等参数,进而恢复出调制信息,是非合作通信的重要内容之一,基于此,提出了基于循环谱密度的多载波混合信号的载频、符号速率估计算法,其具体做法为先利用时域平滑的FAM算法估计出混合信号的循环谱密度,然后截取循环频率?等于零的二维切面,循环谱密度达到其峰值,在平面上有两个峰值点,可以从该峰值估算混合OFDM信号的载波频率,接着截取频率f等于载波频率cf的二维切面,循环谱密度分别以间隔m1/T1和m2/T2位置交替出现,由此可估计出混合OFDM信号的符号速率,仿真结果表明所提算法可以准确估计出多载波混合信号的载频和符号速率。
3.提出了一种基于过采样和循环平稳的多载波混合信号子载波数估计算法。针对混合OFDM信号子载波数估计难且研究少的问题,提出了基于过采样和循环平稳的多载波混合信号的子载波数估计算法,其具体做法为首先根据混合信号过采样后的循环自相关估计出混合OFDM信号的过采样率q,然后再根据过采样后的自相关估计出混合OFDM信号的两个有效符号长度,最后估算出混合OFDM信号的子载波个数,研究表明所提算法可以准确估计出多载波混合信号的子载波数。
4.进行了多载波混合信号识别和参数估计的实验测试验证。利用AD9361信号采集卡采集单个多载波信号(大疆精灵4无人机图传信号、WiFi信号),以及多载波混合信号(大疆精灵4无人机图传信号和WiFi信号的混合信号),使用这些收集的测量信号,验证了基于分数阶小波变换识别,载波频率、符号速率以及子载波数盲估计的算法。通过验证,证明了这些算法的有效性。
1.提出了一种基于分数阶小波变换的多载波混合信号识别方法。检测和识别多载波混合信号是多载波混合信号处理的第一步,不同种类的多载波混合信号处理的方法不同,这里主要考虑两个信号的混合,将OFDM混合信号中的一个设置为目标信号,另一个设置为干扰信号,具体方法是,先对多载波混合信号进行希尔伯特变换,再进行分数阶小波变换,接着利用分数域小波系数构造特征值,最后,决策树分类器用于识别OFDM混合信号。仿真结果表明,选择合适的变换阶次,该算法不仅可以识别出单载波干扰和多载波干扰,还可以区分单载波干扰和多载波干扰的调制类型,而且该算法不依赖任何先验知识,有利于实际应用。
2.提出了一种基于循环谱密度的多载波混合信号载频、符号速率估计算法。为了进一步区分和识别多载波混合信号,研究了多载波混合信号的参数估计,参数估计是混合信号处理的第二大技术,通过参数估计不仅可以进一步识别出多载波混合信号,而且准确估计出多载波载波频率、符号速率及子载波数等参数,进而恢复出调制信息,是非合作通信的重要内容之一,基于此,提出了基于循环谱密度的多载波混合信号的载频、符号速率估计算法,其具体做法为先利用时域平滑的FAM算法估计出混合信号的循环谱密度,然后截取循环频率?等于零的二维切面,循环谱密度达到其峰值,在平面上有两个峰值点,可以从该峰值估算混合OFDM信号的载波频率,接着截取频率f等于载波频率cf的二维切面,循环谱密度分别以间隔m1/T1和m2/T2位置交替出现,由此可估计出混合OFDM信号的符号速率,仿真结果表明所提算法可以准确估计出多载波混合信号的载频和符号速率。
3.提出了一种基于过采样和循环平稳的多载波混合信号子载波数估计算法。针对混合OFDM信号子载波数估计难且研究少的问题,提出了基于过采样和循环平稳的多载波混合信号的子载波数估计算法,其具体做法为首先根据混合信号过采样后的循环自相关估计出混合OFDM信号的过采样率q,然后再根据过采样后的自相关估计出混合OFDM信号的两个有效符号长度,最后估算出混合OFDM信号的子载波个数,研究表明所提算法可以准确估计出多载波混合信号的子载波数。
4.进行了多载波混合信号识别和参数估计的实验测试验证。利用AD9361信号采集卡采集单个多载波信号(大疆精灵4无人机图传信号、WiFi信号),以及多载波混合信号(大疆精灵4无人机图传信号和WiFi信号的混合信号),使用这些收集的测量信号,验证了基于分数阶小波变换识别,载波频率、符号速率以及子载波数盲估计的算法。通过验证,证明了这些算法的有效性。