汪 威

（電子科技大學(xué),成都，611731）

基于高階累積量的OFDM子載波盲識別探討

汪 威

（電子科技大學(xué),成都，611731）

正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)作為一種特殊的多載波調(diào)制技術(shù)，以其高效的頻譜利用率、較強(qiáng)的抗碼間干擾能力等優(yōu)點(diǎn)成為第四代寬帶技術(shù)的核心技術(shù)之一。同時(shí)，OFDM的廣泛應(yīng)用也為信息對抗、無線頻譜資源管理等領(lǐng)域帶來了一系列新的任務(wù)與挑戰(zhàn)。因此，對非合作OFDM信號偵收技術(shù)的研究，意義深遠(yuǎn)。

正交頻分復(fù)用；調(diào)制模式識別；盲檢測識別；模擬仿真

1 研究模型

首先對OFDM系統(tǒng)做如下合理的假設(shè)：

（1）OFDM信號各子載波調(diào)制方式為{BPSK、QPSK、8PSK、 16QAM}中的一種，每一個(gè)子載波上的信息符號來自M個(gè)有限的星座，即：，其中是第i個(gè)傳輸符號的第n個(gè)子載波上的信息符號，均值為零，方差為1，并且等概率分布，

（2）接收機(jī)已經(jīng)完成必要的前端工作，也即實(shí)現(xiàn)載波同步、樣值同步和匹配濾波，得到每個(gè)子信道上OFDM的基帶信號離散序列。

（3）信道為慢變信道，即在一次突發(fā)傳送期間信道保持不變，在一次突發(fā)到另外一次突發(fā)之間信道是慢變的；信道存在多徑衰落，信道噪聲建模為均值為零，方差為的復(fù)高斯噪聲，噪聲的實(shí)部與虛部不相關(guān)。

通常多徑衰落信道可以建模為FIR模型，其沖激響應(yīng)可以表示為：

2 識別算法

根據(jù)圖一所示的OFDM系統(tǒng)等效并行衰落信道模型，以第n條子信道為例，得到的樣值同步的采樣序列可以表示為：

OFDM信號子載波調(diào)制方式的盲識別是通過計(jì)算接收累積量的識別特征向量進(jìn)行，分別定義為：

各高階累積量數(shù)值可以根據(jù)概率的相關(guān)公式給出，這里不做詳細(xì)推導(dǎo)。假設(shè)各個(gè)子信道的信號序列是調(diào)制集合中獨(dú)立同分布的零均值復(fù)隨機(jī)序列，經(jīng)過計(jì)算，平均功率歸一化信號的累積量理論上的數(shù)值如表2所示。

2

從表中可以看出BPSK、QPSK、8PSK、16QAM四種子調(diào)制方式的信號經(jīng)過匹配濾波得到的樣值同步采用序列識別特征向量中各元素的構(gòu)造消除了第n條子信道的信道衰減和相位旋轉(zhuǎn)的影響，因此，識別特征向量對子信道的信道衰減和相位旋轉(zhuǎn)具有不變性。利用和模式識別中用于度量模式相似性的歐式距離分類法，首先，可以利用先把信號分為3類：、、，然后再利用來區(qū)分QPSK與16QAM信號。得到OFDM信號子載波調(diào)制方式的判別準(zhǔn)則為：

3 性能仿真與分析

3.1 識別特征向量的選取驗(yàn)證

仿真驗(yàn)證。OFDM信號的子載波調(diào)制方式分別采用BPSK、QPSK、8PSK、16QAM，其他OFDM信號參數(shù)設(shè)置與上一節(jié)相同。仿真選取接收端基帶OFDM離散序列中的4000個(gè)采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行1000次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)求得、中各特征參數(shù)均值，仿真結(jié)果如圖四所示.

可以看出，識別特征向量的仿真結(jié)果與理論分析相吻合，不同子載波調(diào)制方式下的基帶OFDM信號具有明顯的數(shù)值區(qū)別；并且基于高階累積量的特征參數(shù)提取方法具有較強(qiáng)的抵抗高斯噪聲性能，能使接收信號在較高的信噪比域上獲得不同子載波調(diào)制方式的分類識別。

3.2 識別性能分析

本節(jié)意在仿真分析基于高階累積量的OFDM信號子載波類型識別性能。OFDM信號的子載波調(diào)制采用{BPSK、QPSK、8PSK、16QAM}中隨機(jī)的一種，信號為4徑的多徑衰落信道，假設(shè)接收信號已經(jīng)實(shí)現(xiàn)載波同步、定時(shí)同步，接收方識別接收信號子信道的調(diào)制方式并與發(fā)送方相比較，得到每一次正確的識別性能。仿真中選取采樣數(shù)據(jù)的長度分別為2000、4000、8000，并與理想信道下OFDM子載波方式的識別性能進(jìn)行對比仿真結(jié)果如圖五所示。

從圖中可以看出，基于高階累積量的OFDM子載波調(diào)制識別方式能夠有效地抵抗多徑衰落影響，從而驗(yàn)證所提取識別特征向量對于子信道的信道衰減和相位旋轉(zhuǎn)具有不變性；并且識別性能受到觀測數(shù)據(jù)長度的影響，隨著觀測數(shù)據(jù)長度的增加，子載波的識別性能得到不斷優(yōu)化。

4 總結(jié)

本文主要分析了信號的時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析方法在OFDM信號多載波模式識別以及基帶子載波類型識別上的應(yīng)用。

在子載波調(diào)制識別中，本文對以{BPSK、QPSK、8PSK、16QAM}作為子信道調(diào)制方式的OFDM信號子載波識別技術(shù)做了深入分析，并假設(shè)在經(jīng)過接收端處理后，分配到各子信道上離散序列仍受到多徑衰落的影響。仿真實(shí)驗(yàn)表明，所提出的識別分類算法能夠有效的分類識別OFDM信號子載波調(diào)制類型，并且能夠抑制多徑傳輸引起的調(diào)制相位旋轉(zhuǎn)以及功率衰減。

[1] 吳偉陵，牛凱編著.移動(dòng)通信原理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

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[3] 陳洄.基于循環(huán)譜相關(guān)的調(diào)制識別的研究[D]. 北京：北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.

[4] 尹長川，羅濤編著.OFDM移動(dòng)通信技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2010

To investigate the OFDM sub carrier blind identification based on higher order cumulants

Wang Wei
(Chengdu University of Electronic Science and Technology,611731)

Orthogonal frequency division multiplexing(OFDM)is a special multi carrier modulation technology,because of its high spectrum utilization rate, the advantages of strong anti interference becomes one of the core technology of the fourth generation of broadband technology. At the same time, the wide application of OFDM has also brought a series of new tasks and challenges in the area of information warfare, the wireless spectrum resource management.Therefore, research on non cooperative OFDM signal collection technology,far-reaching significance. Because of the particularity of OFDM modulation,after the completion ofbroadband multi carrier and single carrier signal classification,the receiving system is necessary to sub carrier type on OFDM signals are further judgment.In this paper,based on the high order cumulant sub channel blind modulation recognition algorithm as the technical route,by extracting feature vector to achieve blind modulation recognition of sub channel. In the baseband OFDM signal modulation type identification part,based on the equivalent scalar model of OFDM system,using the statistical characteristic symbol sequence of each sub carrier,high order cumulant sequence ofidentification as a classification feature extraction algorithm,can powereffectively suppress multi-path fading effect caused by attenuation and phase rotation of sub carrier modulation type recognition performance,combined with simulation experiments,we analyzed the recognition performance of the proposed algorithm is efficient.

OFDM;modulation recognition;blind detection;simulation

由于OFDM調(diào)制方式的特殊性，在完成寬帶多載波與單載波信號分類之后，接收系統(tǒng)有必要對OFDM信號的子載波類型進(jìn)行進(jìn)一步判斷。文中采用基于高階累積量的子信道調(diào)制盲識別算法作為技術(shù)路線，通過提取特征向量實(shí)現(xiàn)對子信道調(diào)制方式的盲識別。

在基帶OFDM信號子載波調(diào)制類型識別部分，結(jié)合OFDM系統(tǒng)的等效標(biāo)量模型，利用每個(gè)子載波上符號序列的統(tǒng)計(jì)特性，提取序列的高階累積量作為識別分類特征構(gòu)造算法，能夠有效地抑制多徑衰落所引起的功率衰減以及相位旋轉(zhuǎn)對子載波調(diào)制類型識別性能的影響，結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)，我們分析了所提出算法的高效識別性能。