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专利号: 2023112743023
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于CLDNN神经网络的MIMO‑OFDM信号盲调制识别方法,其特征在于,包括:S1:基于MIMO系统设计特征,设计MIMO‑OFDM信号发射模型;

S2:基于MIMO‑OFDM信号发射模型,利用最小描述长度准则估计出MIMO系统的发射天线数;

S3:对接收信号数据进行PCA白化处理,利用JADE算法恢复源信号,并计算恢复信号的循环谱,提取出循环谱频率为零的截面;

S4:对恢复信号进行预处理,基于预处理后的信号与循环谱频率为零的截面生成训练数据集,并将训练数据集划分为训练样本集与测试样本集;

S5:构建CLDNN卷积神经网络模型,并将训练样本集输入到CLDNN卷积神经网络模型进行训练,当达到神经网络设置的最大迭代次数时,完成卷积神经网络的训练,得到训练好的CLDNN神经网络模型;

S6:将多天线的接受信号通过训练好的CLDNN神经网络模型获取各类调制方式概率,根据最小描述长度准则估计出MIMO系统的发射天线数,选取合适的接受天线的数量,并基于不同天线接受信号收到的噪声影响程度不同、发射天线数量推断信号种类的数量,依据置信决策理论得到最终调制方式类型。

2.根据权利要求1所述的基于CLDNN神经网络的MIMO‑OFDM信号盲调制识别方法,其特征在于,步骤S1中,基于MIMO系统设计特征,设计MIMO‑OFDM信号发射模型的方法具体包括:S11:在MIMO‑OFDM系统中,发射端的天线数与接收端天线数为Nt,Nr,且满足Nt<Nr;基于平坦衰落信道模型理论,对发射信号进行信道建模,建立平坦衰落信道矩阵,构建信道状态,其中发射信号的模型表示为:式中, 表示第nt根天线上第k个子信道发射的第l个符号,Ts表示一帧OFDM信号时间,Tg和Tu分别表示该帧信号中循环前缀时间和有用时间,且三者满足Ts=Tg+Tu,g(t)为矩阵脉冲函数,N为常数;

S12:发射信号经过串并转换,星座图映射与MIMO编码变成Nt个OFDM信号;

S13:多天线接收端各天线接受信号是各传输信道的叠加,计Nr个接受信号,发射信号经过信道传输后到达接收端,接收信号为发射信号加噪声,其表示为:其中, 分别表示第nr根天线上第k个子信道上的高斯白噪声, 表示平坦衰落信道。

3.根据权利要求1所述的基于CLDNN神经网络的MIMO‑OFDM信号盲调制识别方法,其特征在于,步骤S2中,基于MIMO‑OFDM信号发射模型,利用最小描述长度准则估计出MIMO写的发射天线数的方法具体包括:(k) H

S21:构造接收信号的协方差矩阵,对所述协方差矩阵进行特征值分解:R =U∑U,式中,U是由的特征向量构成的酉矩阵,∑=diag(λ1,λ2,.....,)是由协方差矩阵的特征值构成的对角阵,特征值按照降序排列;

S22:协方差矩阵谱分解根据谱表示原理,用分解的特征向量和特征值表示协方差矩阵(k) (k)R ,将协方差矩阵R 用参数模式表示,在假设接收数据样本长度N足够的大的情况下,根据中心定理,观测数据向量联合概率分布函数;

S23:求解目标函数的参数自由度,自由度K为可自由调整的参数个数,其表示为:式中,Nr表示接收天线数,k表示可自由调整的参数个数;

S24:求解最小描述长度准则目标函数,利用盲估计算法,估计出MIMO系统的发射天线数,其中盲估计算法的估计准则为:式中, 表示发射天线的估计数,Nr为接收天线数,AIC(k)表示赤池信息量准则,argmin()表示最小取值。

4.根据权利要求1所述的基于CLDNN神经网络的MIMO‑OFDM信号盲调制识别方法,其特征在于,步骤S3中,对接收信号数据进行PCA白化处理的方法具体包括:n×m

信号X∈R ,其中n是数据维度,m是样本个数,将信号X的每一行进行零均值化,得到计算零均值化后的数据的协方差矩阵:T

对协方差矩阵进行特征值分解:∑=UΛU;

T

对数据进行旋转:Xrotate=UX;

让每一维特征上的数据都除以该维特征的标准差:

式中,λi表示特征值,U表示由的特征向量构成的酉矩阵,Λ表示特征矩阵。

5.根据权利要求1所述的基于CLDNN神经网络的MIMO‑OFDM信号盲调制识别方法,其特征在于,步骤S3中,利用JADE算法恢复源信号的方法为:首先求出白化信号的四阶累积量矩阵C;然后对矩阵C作奇异值分解,取模最大的前Nt个特征值φi和其对应的特征矩阵Ui,将其写为矩阵集;最后对矩阵集作联合近似对角化,得到分离矩阵X,那么恢复后的发送信号为 式中q(k)表示白化后的信号。

6.根据权利要求1所述的基于CLDNN神经网络的MIMO‑OFDM信号盲调制识别方法,其特征在于,步骤S3中,计算恢复信号的循环谱的方法为:首先对信号s(t)计算自相关函数:

*

RS(t,τ)=E[s(t+τ)s(t)]

*

式中,τ代表时延,s(t)与s(t)共轭;

然后对自相关函数Rs(t,r)做傅氏变换得到循环自相关函数:式中,f为信号频率;

当噪声为高斯白噪声时,信号为 自相关函数为:

式中,σ表示噪声方差,n(t)表示噪声;

故存在高斯白噪声信号循环谱为:

式中,α表示循环频率。

7.根据权利要求1所述的基于CLDNN神经网络的MIMO‑OFDM信号盲调制识别方法,其特征在于,步骤S4中,对恢复信号进行预处理,基于预处理后的信号与循环谱频率为零的截面生成训练数据集,并将训练数据集划分为训练样本集与测试样本集的方法具体包括:S41:将恢复信号以I/Q数据类型进行存储;

S42:根据循环谱图计算公式,获得三维循环谱图;

S43:采用MIMO‑OFDM系统下二进制相移键控调制信号、四相移相键控调制信号、八相移相键控调制信号、十六进制正交振幅调制信号、三十二进制正交振幅调制信号以及128进制正交振幅调制信号,即{BPSK,QPSK,8PSK,16QAM,32QAM,128QAM}共6种信号,选取信噪比为‑

10dB~10dB,每间隔2dB进行一次采样,并将I/Q序列与循环谱切面特征共同构建1024*3维数据作为输入,生成训练数据集;

S44:划分训练集与测试集,分别从数据样本集合的每一种调制类型,随机抽取80%的样本,组合成训练样本集,余下的20%组合为测试样本集。

8.根据权利要求1所述的基于CLDNN神经网络的MIMO‑OFDM信号盲调制识别方法,其特征在于,步骤S5中,构建CLDNN卷积神经网络模型的方法具体包括:设定CLDNN分类神经网络参数和最大迭代次数;

构建CLDNN卷积神经网络模型,所述CLDNN分类神经网络的结构包括4个CNN层、2个LSTM层、3个DNN层、平均池化层、激活层为softmax;

设置模型的损失函数、优化算法、激活函数,所述损失函数设置为交叉熵,所述优化算法选择误差逆传播算法,所述激活函数设置为修正线性单元激活函数。

9.一种基于CLDNN神经网络的MIMO‑OFDM信号盲调制识别系统,其特征在于,用于实现权利要求1至8任意一项所述的基于CLDNN神经网络的MIMO‑OFDM信号盲调制识别方法,所述系统包括:MIMO‑OFDM信号发射模型设计模块,用于基于MIMO系统设计特征,设计MIMO‑OFDM信号发射模型;

发射天线数估计模块,用于基于MIMO‑OFDM信号发射模型,利用最小描述长度准则估计出MIMO系统的发射天线数;

数据处理模块,用于对接收信号数据进行PCA白化处理,利用JADE算法恢复源信号,并计算恢复信号的循环谱,提取出循环谱频率为零的截面;

训练数据集生成模块,用于对恢复信号进行预处理,基于预处理后的信号与循环谱频率为零的截面生成训练数据集,并将训练数据集划分为训练样本集与测试样本集;

神经网络训练模块,用于构建CLDNN卷积神经网络模型,并将训练样本集输入到CLDNN卷积神经网络模型进行训练,当达到神经网络设置的最大迭代次数时,完成卷积神经网络的训练,得到训练好的CLDNN神经网络模型;

调试识别模块,用于将多天线的接受信号通过训练好的CLDNN神经网络模型获取各类调制方式概率,根据最小描述长度准则估计出MIMO系统的发射天线数,选取合适的接受天线的数量,并基于不同天线接受信号收到的噪声影响程度不同、发射天线数量推断信号种类的数量,依据置信决策理论得到最终调制方式类型。

10.一种电子装置,其特征在于,所述电子装置包括处理器、存储器和总线系统,所述处理器和存储器通过该总线系统相连,所述存储器用于存储指令,所述处理器用于执行存储器存储的指令,以实现权利要求1至8任意一项所述的基于CLDNN神经网络的MIMO‑OFDM信号盲调制识别方法。