[发明专利]一种光信号调制格式识别方法及系统有效

专利信息
申请号: 201310210097.4 申请日: 2013-05-30
公开(公告)号: CN103281120A 公开(公告)日: 2013-09-04
发明(设计)人: 崔晟;邱晨 申请(专利权)人: 华中科技大学
主分类号: H04B10/075 分类号: H04B10/075
代理公司: 北京市德权律师事务所 11302 代理人: 周发军
地址: 430074 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 信号 调制 格式 识别 方法 系统
【说明书】:

技术领域

发明涉及光纤通信,全光信号和数字信号处理技术领域。 

背景技术

通信的最终目的是为了实现信息快速有效安全准确的传输。由于信道容量的限制,通信信号需要采用不同的调制方式,来满足用户的不同需求。随着现代通信技术的高速发展,通信系统中的调制方式趋于多样化和复杂化。通信信号的调制方式识别是截获信号处理领域的重要组成部分,它需要在复杂环境和有噪声干扰的条件下,不依赖于其它的先验知识,确定接收信号的调制方式,并提取相应的调制参数,为信号的进一步分析和处理提供依据。 

通信信号的调制方式识别在军事领域中起到了关键的作用。信息战已成为现代战争的主要形式之一,以控制电磁频谱为目的的电子战是信息战中最重要的核心部分,而通信对抗是电子战的重要组成部分。通信对抗是对敌方信号进行截获、检测和识别,从而获得敌方的通信信息或对敌方信号进行有效的干扰。其中调制方式识别技术是通信对抗中的关键技术,利用它分析截获的敌方通信信号,能确定接收信号采用的调制方式及相应的调制参数,然后选择正确的解调参数,最终获得有用的情报信息。同时,只有准确地识别出敌方信号的调制方式,才能进行最佳的干扰,从而破坏和抑制敌方通信。 

在民用方面,通信信号的调制方式识别同样具有十分重要的应用价值。在信号确认、干扰识别、电磁频谱监测等通信系统管理中,要成功地排除非法干扰,保证合法通信正常进行就必须采用通信信号的调制方式识别技术,把调制方式识别技术应用到通信系统监测设备中,则能提高监测设备 区分不同用户性质的能力,进而可以实现通信监测和网络控制的智能化。 

光纤传输系统具有极大的带宽和更远的传输距离,承载了目前绝大部分高速、大容量信息传输业务。而且随着光纤通信技术的发展,特别是近年来相干光通信技术的发展,光信号从简单的幅度调制过度到对光场信息多维度,多参数的调制,其中的调制体制和调制参数趋于复杂多样,因此监测和识别光纤通信系统中光信号调制格式对于军用和民用领域均具有重要的应用价值。 

目前提出的调制识别方法的基本框架包括三个部分:信号预处理部分、提取特征参数部分和分类识别部分。信号预处理包括频率下变频、同相(I)和正交(Q)分量分离、载频估计、符号速率估计等,它为下一步的特征提取做准备。特征提取是从预处理后的信中提取信号的时域或变换域特征参数。时域特征包括瞬时幅度、瞬时频率、瞬时相位;变换域特征包括功率谱、谱相关函数、时频分布及其它统计参数。按照提取的信号特征的不同,可对信号调制识别方法进行分类。常用的分类算法包括最大似然方法、特征识别方法、基于星座图方法、决策论方法、基于人工神经网络(ANN)方法、基于支持向量机方法等。 

光信号调制格式的识别相对于无线信号的识别起步较晚。与无线信号不同的是光信号传输过程中由于光纤介质的色散(CD)会发生严重的脉冲展宽,长距离传输时这种展宽甚至可以覆盖相邻数百甚至数千个符号。此外偏振模色散(PMD)还会导致信号偏振方向的发生随机变化和相互耦合。CD和PMD失真会导致在信号预处理部分信号I/Q分量和波形瞬时特征难以被直接提取。此外由于光信号调制速率一般10G~100G波特或更高,远远高于无线电射频信号速率,对于光探测器的带宽,模数转换(ADC)和数字信号处理(DSP)器件速率的要求极高,基于相干接收机识别系统造价十分高昂。对于高速光信号DSP的运算能力也很难支持无线信号识别中使用的复杂的识别算法,必须采用更为有效的识别方法。 

目前已经提出光信号调制格式的识别主要是基于信号光谱特征和异步幅度直方图特征。光谱特征包括如光谱形状,谱峰数和谱宽等等。基于光谱特征的调制识别方法无需先验知识并且对光信噪比(OSNR)不敏感,但是此方法对信号幅度和相位的变化不敏感,因此对于高级调制格式识别能力有限,而且高分辨率的光谱分析设备目前成本较高,体积较大。基于异步幅度直方图的识别方法是利用低于信号速率的异步采样获得信号幅度大小分布直方图情况,再利用ANN对其特征进行识别。此方法对六种常用光调制格式,包括一些高级调制格式都能较好的自动识别,且对一定范围内OSNR,色度色散(CD)和偏振模色散(PMD)劣化不敏感,但是该方法需要较为复杂的采样和数据算法,而且ANN网络的训练需要大量的样本数据,过程繁琐。 

为解决上述问题需要开发一种无需任何先验信息,对信号速率无限制,适用于开关调制和高级调制格式信号以及CD和OSNR劣化信号的,结构简单,性价比高的光信号调制格式识别方法。 

发明内容

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