宽带卫星通信信号调制识别及信道均衡技术研究

发布时间：2020-10-22 20:05

　　 随着卫星通信技术的快速发展,人们对信息传输质量的要求越来越高。卫星通信系统信息传输距离远,信道环境恶劣,信噪比波动大,影响信道均衡的效果,降低调制信号模式识别的准确率。深度学习技术能自动提取信息中的特征,拟合非线性关系,常用于处理关系不确定或难以量化的问题。将深度学习技术引入调制信号模式识别技术中,不需要推导调制信号间的区分特征。对于新增的调制信号,增加少量数据重新训练网络,就能拟合时变信道的非线性特性。使用并行计算处理大数据量的调制信号提高计算效率,缩短模型训练时长,提高模型的迭代更新周期,对于时变的卫星信道至关重要。为了提高调制信号的识别率,只区分信噪比波动大的调制信号是远远不够的,设计能抑制码间干扰、提高信噪比的均衡器也至关重要。深度学习技术通过迭代训练改变抽头系数,强化学习(RL)能够根据历史数据指导模型更新方向,所以强化学习和深度学习技术的结合能实现无训练数据的盲均衡,动态更新抽头系数拟合信道环境。本论文重点研究卫星通信系统中调制信号模式识别技术、调制信号并行处理技术和信道均衡技术,重点解决宽带卫星调制信号模式识别模型设计问题、基于spark框架的高速并行数据处理问题和信道均衡器设计问题。本论文的主要研究工作如下:(1)基于可变卷积神经网络(DCNN)的宽带卫星调制信号模式识别算法本文在研究卫星通信调制信号模式识别技术的基础上,基于CNN网络,提出DCNN算法进行信号模式识别。该方法对新的调制信号不需要再做特征提取工作,解决了星上调制信号难识别和对新加入的调制信号需要再做分类特征提取的问题。研究结果表明对信道条件复杂多变的卫星调制信号,本算法表现出较好的识别性能和鲁棒性。(2)spark分布式并行调制信号图像压缩存储算法在研究调制信号预处理技术的基础上,基于spark框架,提出spark分布式并行调制信号图像压缩存储算法。克服在训练卫星调制信号模式识别模型时,需要处理大量数据的问题。研究结果表明,该算法具有并行处理功能,提高数据处理速度,节省内存开销,解决了训练DCNN网络时间开销大的问题,并缩短模型更新周期。(3)带RL反馈的LSTME盲均衡算法研究能够有效地改善因信道的各种噪声和干扰引起的码元失真的均衡技术,基于强化学习和深度学习技术,提出带RL反馈的LSTME盲均衡算法。研究结果表明,该方法不需要训练序列就能实现均衡并且更能使原信号逼近接收信号的最佳估计值,解决了由于码间干扰和卫星信道环境等造成的低信噪比,均衡困难的问题,同时能改善调制信号模式识别难度。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN927.2
【部分图文】：

信号平方谱是将信号先做平方变换后，计算变换后的功率谱。信号的平方谱??分析的是将调制信号平方后频谱的功率分布特性。通过分析调制信号的平方谱可??以区分ＭＰＳＫ信号，如图２－１所示，观察信号平方谱的二倍频分量，ＢＰＳＫ信号??有一单频分量，然而ＱＰＳＫ与８ＰＳＫ信号在二倍频处不是一个单频分量。所以根??据调制信号的平方谱二倍频处特性可以区分ＢＰＳＫ和ＱＰＳＫ、８ＰＳＫ。??＿２ＰＳＫ信号＿??圯?１〇〇［￣￣１—￣１—￣￣￣￣￣??８５０．?■??°３?３．２?３．４?３?６?３?Ｓ?４?４．２?４．４?４．６?４?Ｂ?５??鲼本（ｋＨｚ）??二？洁号??ｗｌＱ０＼￣￣￣Ｌｌ＂￣￣：??＾?５０?？?愚??°３?３．２?３?４?３?６?３?８?４?４２?４?４?４?６?４．Ｓ?５??频率??—????１１０?Ｍｌ??０?Ｔ?＊?－?－－?‘一?一?１?—?一＇?—?—，－?■??３?３２?３?４?３．６?３?Ｓ?４?４?２?４?４?４６?４?Ｓ?５??烯率（ｋＨｚ＞??图２－１?ＭＰＳＫ信号平方频谱??１１??

信号平方谱是将信号先做平方变换后，计算变换后的功率谱。信号的平方谱??分析的是将调制信号平方后频谱的功率分布特性。通过分析调制信号的平方谱可??以区分ＭＰＳＫ信号，如图２－１所示，观察信号平方谱的二倍频分量，ＢＰＳＫ信号??有一单频分量，然而ＱＰＳＫ与８ＰＳＫ信号在二倍频处不是一个单频分量。所以根??据调制信号的平方谱二倍频处特性可以区分ＢＰＳＫ和ＱＰＳＫ、８ＰＳＫ。??＿２ＰＳＫ信号＿??圯?１〇〇［￣￣１—￣１—￣￣￣￣￣??８５０．?■??°３?３．２?３．４?３?６?３?Ｓ?４?４．２?４．４?４．６?４?Ｂ?５??鲼本（ｋＨｚ）??二？洁号??ｗｌＱ０＼￣￣￣Ｌｌ＂￣￣：??＾?５０?？?愚??°３?３．２?３?４?３?６?３?８?４?４２?４?４?４?６?４．Ｓ?５??频率??—????１１０?Ｍｌ??０?Ｔ?＊?－?－－?‘一?一?１?—?一＇?—?—，－?■??３?３２?３?４?３．６?３?Ｓ?４?４?２?４?４?４６?４?Ｓ?５??烯率（ｋＨｚ＞??图２－１?ＭＰＳＫ信号平方频谱??１１??

接收信号进行解调，所以需要选对调制信号进行调制模式识别，再进行信号的解??调工作，因此，卫星信号调制模式识别就成为了目前有待解决的一个核心问题。??宽带通信卫星系统是由空间段、应用段和控制端组成，如图２－３。??／象??＼?鍪??＼?＿户娜??像纖Ｉ傻关站??！?网控中心??ｉ賴賴网ｉ?厂■地“刁??—?？???ｉ??图２－３宽带通信卫星系统??空间段中的通信卫星可根据需要配置多个点波束，点波束可分业务波束和信??关点波束。业务点波束主要服务广大用户，可采用下行高速ＴＤＭ和上行ＭＦ－??ＴＤＭＡ体制；信关波束主要为干线连接，上下行均可采用高速ＴＤＭ方式。卫星??１５??
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本文编号：2852039