[发明专利]一种基于可见性图的循环平稳信号检测及调制识别方法

说明书

本发明设计了一种基于可见性图算法的循环平稳信号检测及调制类型识别的方法，适用于在现有频谱资源日益稀缺的情况下，不能够有效检测信道中的目标信号、识别该信号调制类型不准确等问题。通过将待检测信号进行归一化、量化预处理，使其连续功率谱谱值转化为可见性图矩阵，再对可见性图矩阵加权，并利用矩阵的连通性及周期性判断信道中真实信号是否存在。利用可见性图邻接矩阵的平均度来评估图的连通性，并使用支持向量机和K近邻算法对不同调制类型的循环平稳信号进行分类。本发明与现有的统计循环谱检测方法相比，信号检测性能提升了2dB。在信噪比为‑8dB的情况下，识别正确率近91％。

所属技术领域

本发明涉及信号检测及调制识别技术，具体涉及一种基于可见性图的循环平稳信号检测及调制识别方法。

背景技术

无线通信和网络技术的飞速发展，激发了越来越多的无线网络业务。而频谱作为无线网络中最宝贵的资源，已经难以满足目前及将来的无线业务需求，这已成为制约无线通信发展的瓶颈。频谱感知及调制识别作为解决频谱资源稀缺问题的两项关键技术，受到研究者们广泛青睐。

快速准确的频谱感知技术是实现认知无线电系统的关键和前提。目前已提出的频谱感知方法主要包括多分辨率频谱感知、能量检测、匹配滤波器检测以及循环平稳特征检测。这些频谱感知方法是根据信号能量、信号自相关和信号循环平稳特性设计的，用于从噪声中识别主用户信号。然而，目前的频谱感知技术主要考虑认知用户的频谱感知过程中固定的主用户的信号状态。此外，在实际的频谱分析过程中，主用户经常出现信号序列不稳定、采样时间短的情况，这将对当前的频谱感知方法产生重大影响，甚至引发漏检的验证后果，导致主用户信号调制类型识别精度降低。因此，寻找一种能够有效检测信号并识别信号调制类型的方法是非常必要的。

在众多信号检测方法中，循环平稳特征检测是应用最广泛的信号检测技术之一。作为通信信号的一个重要特征，循环平稳特性通常来自信号编码、调制和循环前缀。一般来说，它们是人造信号，而噪声是不具有循环平稳特性的。此外，我们还可以利用信号的循环平稳特性来区分信号的类别，尤其在低信噪比情况下，循环平稳特征检测具有更好的检测性能，而且针对各种信号类型独特的统计特征进行循环谱分析，可以克服恶意干扰信号，大大提高检测的性能和效率。

虽然人们利用循环谱的统计检验量分析了许多识别循环平稳信号的方法，但是传统的循环平稳检测方法为了达到理想的感知效果，需要大量的数据采样点，导致其感知过程复杂度大，感知时间长。因此，针对现有方法的不足，通过对循环平稳信号的特性分析，本发明提出了一种基于可见性图的循环平稳信号检测及识别方法。该方法不仅能有效检测信道中的循环平稳信号，而且能准确识别其相应的调制类型。即使在信噪比较低或样本数较少的情况下，该信号检测方法也能够有效地检测微弱或稀疏信号。

发明内容

本发明提出一种基于可见性图的循环平稳信号检测及调制识别方法，目的是能够有效检测信道中的循环平稳信号并准确识别该信号调制类型。

为实现上述发明目的，本发明的具体技术方案如下：

步骤(1)：在高斯噪声环境下接收样本信号，运用快速傅里叶变换计算获得样本信号的循环功率谱，并对功率谱谱值进行量化归一化处理，通过功率谱维度的变换，使其转化成二维可见性图邻接矩阵；

步骤(2)：针对循环平稳信号的循环平稳特性建立信号检测系统模型，并通过比较待检测样本信号的可见性图平均聚类系数与所设置的动态阈值的大小，判断所接收样本信号是否存在循环平稳信号；

步骤(3)：对样本信号的可见性图进行加权处理，然后提取加权网络的特征，使用机器学习算法KNN识别特征，根据加权后不同调制类型信号之间可见性图的平均度差异来实现对接收信号的识别；

步骤(4)：利用Matlab平台对样本信号的检测与识别进行仿真验证。