QPSK信號盲識別及盲解調(diào)技術(shù)

柴 恒，周秀珍

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州 225001）

0 引 言

通信信號的調(diào)制類型多，覆蓋頻段范圍廣。由于可以進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，所以在信噪比很低的情況下通信系統(tǒng)依然能夠進(jìn)行高質(zhì)量的通信，這給通信信號的截獲和分析帶來了很大的難度。但是在戰(zhàn)場環(huán)境下通信信號又是電磁環(huán)境中最頻繁的頻譜占用者，所以研究通信信號的盲解調(diào)及識別技術(shù)對我軍的戰(zhàn)時和戰(zhàn)備偵察有很重要的意義。

通信盲解調(diào)及識別技術(shù)的研究一般先對通信信號進(jìn)行調(diào)制類型識別，然后根據(jù)識別類型對通信信號進(jìn)行盲解調(diào)。調(diào)制類型識別的研究主要在包絡(luò)、頻譜域、時頻、時相、二次方頻譜、四次方頻譜，循環(huán)譜等方面進(jìn)行分析。通信信號解調(diào)是對通信信號進(jìn)行盲解調(diào)，解調(diào)方式分為非相關(guān)解調(diào)和相關(guān)解調(diào)。本文的目標(biāo)是在0 dB信噪比的情況下對正交相移鍵控（QPSK）信號進(jìn)行盲識別和盲解調(diào)。

1 傳統(tǒng)QPSK信號盲識別和盲解調(diào)

QPSK信號是通信信號中最常用的調(diào)制方式，QPSK信號沒有經(jīng)過信道的原始信號如圖1所示。QPSK信號經(jīng)過添加高斯白噪聲（AWGN）的信道后，信號會受到噪聲的污染，假設(shè)經(jīng)過AWGN信道后，QPSK信號的信噪比為0 dB。其波形圖如圖2所示。

圖1 QPSK原始信號

從圖1可以看出相位的跳變點，通過計算其相位可以求出相位跳變大小，根據(jù)相位跳變的大小可以判斷其調(diào)制類型。根據(jù)跳變點的位置可以求出其碼元速率，所以就可以在對其進(jìn)行識別的同時，對信號進(jìn)行解調(diào)。該方法能夠容忍一定的信噪比惡化，在信噪比低于10 d B時，其相位計算受噪聲影響就會產(chǎn)生很大的誤差，利用相位對信號進(jìn)行識別和解調(diào)就變得不可靠。

圖2 0 dB時QPSK信號

2 四次方譜及非相干疊加盲識別方法

在0 dB時，就不能利用求相位的方法進(jìn)行解調(diào)，必須找到其它方法對信號進(jìn)行識別和解調(diào)。本文采取四次方譜［1］及非相干疊加法對QPSK信號進(jìn)行識別。沒有經(jīng)過AWGN信道的QPSK原始信號的功率譜和四次方譜分別如圖3和圖4所示。如圖4所示可以看出在信號的4倍頻處出現(xiàn)了1個離散的譜線，這是QPSK信號的固有特征，可以根據(jù)以上特征對QPSK信號進(jìn)行識別。

圖3 QPSK信號的功率譜

由于信號受到噪聲的影響，QPSK信號四次方譜上四倍頻處的離散會被噪聲淹沒，導(dǎo)致無法簡單地利用四次方譜進(jìn)行調(diào)制識別。0 dB時QPSK信號的四次方譜如圖5所示，根本無法從圖上看出在四倍頻處有離散的譜線。解決的方法是對QPSK的信號進(jìn)行非相干疊加，非相干疊加后的四次方譜如圖6所示。從圖上可以清楚地看出在四倍頻處出現(xiàn)了一個離散的譜線。

圖4 QPSK信號的四次方譜

圖5 0 dB QPSK四次方譜

圖6 非相干疊加后四次方譜

3 相干解調(diào)方法

對QPSK信號進(jìn)行相干解調(diào)必須知道QPSK信號的載波和碼速率。在圖7所示的功率譜估計出信號的載波，但是對載波的估計受到信號長度和噪聲的影響會產(chǎn)生偏差。并且很難求得其第一零點的位置，以至于無法對碼元速率進(jìn)行估計。對QPSK信號的功率譜進(jìn)行非相干疊加，得到如圖8所示的功率譜，可以很好地估計QPSK信號的載波和碼速率。

圖7 0 dB QPSK的功率譜

圖8 0 dB QPSK非相干疊加譜

在估計出QPSK信號的載波和碼速率后對信號進(jìn)行相干解調(diào)，經(jīng)過仿真解調(diào)可以容忍小的載波偏差，在載波估計誤差很大時，誤碼率很高。在相位完全同步的情況下可以得出信號與基帶信號的誤碼率很低，如圖9所示。

圖9 基帶和解調(diào)信號

4 結(jié)束語

本文提出了一種在0 dB條件下對QPSK信號進(jìn)行盲識別和盲解調(diào)的方法，詳細(xì)闡述了盲識別和盲解調(diào)的原理，對算法進(jìn)行了計算機(jī)仿真，并驗證了算法的可行性。

［1］范海波，楊志俊，曹志剛.衛(wèi)星通信常用調(diào)制方式的自動識別［J］.通信學(xué)報，2004，25（1）：140－149.