通信衛(wèi)星信號體系調制識別技術

宋　洋大慶油田鉆探工程公司地質錄井一公司信息中心，黑龍江大慶　163411

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通信衛(wèi)星信號體系調制識別技術

宋洋
大慶油田鉆探工程公司地質錄井一公司信息中心，黑龍江大慶163411

摘要通信衛(wèi)星的信號體系研究中，調制方式的識別是一個實用性非常強的研究熱點。在沒有任何檢驗條件的環(huán)境下，取自復雜且具有噪聲環(huán)境下的信號要想分離出目標信號，且獲得有用的信息，就需要經(jīng)過一系列科學可靠的研究方能實現(xiàn)。文章從通信衛(wèi)星信號體系的識別方法入手，著重分析通信衛(wèi)星信號特征的提取技術，并提出一種基于高階累積量與頻譜特征的識別算法，系統(tǒng)闡述仿真實驗條件下的通信衛(wèi)星信號調制識別技術。

關鍵詞通信衛(wèi)星；信號體系；調制識別

隨著衛(wèi)星通信技術的全面發(fā)展與應用，通信信號的調制識別技術越來越復雜與多樣化［1］。在衛(wèi)星通信技術信號傳輸安全的研究中，把截獲的通信信號進行調制識別處理，能夠發(fā)現(xiàn)所截獲的通信信號的調制與解調的方式，以及與之相對應的通信系統(tǒng)物理層的參數(shù)。在確定正確的調解參數(shù)之后，經(jīng)過解擾、解碼和解密的過程，便可以獲得可靠的情報信息。通信衛(wèi)星信號體系中，常見的信號有MPSK及高階調制信號等。研究中針對這種高階累積量和譜線特征識別的調制解調技術，在仿真實驗驗證中成果顯著，且實驗結果顯示其具有良好的性能。

1　通信衛(wèi)星信號體系的識別方法

在基于高階累積量的分類識別技術中，由于信號幅度對計算結果存在很大的影響，因此在專業(yè)的研究領域需要采用一種叫做“信號星座圖”的方式來對通信信號的平均功率進行研究，例如在MPSK調制與解調信號的星座圖中，當信號點所在圓的半徑為r時，r與信號功率的關系可用如下公式表示：

當令等式左邊等于零時，可計算得到半徑r=1。

針對特定特征的信號，比如16APSK信號的平均功率便可將公式簡化為

此時，便可在相關參數(shù)值確定的情況下獲得準確的值。由于噪音和通信的信號之間是相互獨立的，因此在高階的信號中，當一種高階噪音能夠達到三階以后，累積量就變成零，在這個時候高階噪音的影響就可以完全的忽略不計了，由此可以看出高階累積量的信號通信技術能夠對抑制噪音起到很大的作用［2］。在MPSK信號中，假設發(fā)送的碼元與疊加了高斯噪聲的混合信號，但其是獨立分布的，這樣經(jīng)過相應的各個階段的累積，便可形成各種特征信號在不同的通信階段累積量的計算理論值。在實際運用中，將這些信號在特定的星座圖內圓半徑全部設為1，便可獲得各個累積量的理論值。再將這些不同調制方式的各階累積量值制成表格，便可很清楚的顯示出不同調制類型下的各階累積量值。

2　通信衛(wèi)星特征提取技術

通過上述形成的累積量值表格，在進一步分析與研究后，可得到一些規(guī)律［3］。為了進一步研究調制識別技術，根據(jù)高階累積量的性質我們可以進一步采用數(shù)學建模的方法進行計算研究，獲得相對半徑在取不同值時，對結果的影響大小。實踐證實，這種影響較小，只要考慮在特定值情況下的信號高階累積量的模型值，并進行對比研究，就可以進一步驗證固定載波相位的誤差對分類特征參數(shù)的影響。在得到不同調制方式特征參數(shù)的理論值之后，我們需要考慮噪聲干擾對特征值的偏差影響。這就需要對不同調制方式下的信號，在各種信號干擾下進行仿真實驗研究，判斷有效識別的可能性。

在研究中發(fā)現(xiàn)，不同的調制方式下，特征參數(shù)曲線的分布有較差時是無法有效識別信號的。而當噪聲在一定值的范圍時，曲線基本重合，而在更小范圍值下，這種特征值又處于規(guī)律可循的狀態(tài)下。在實踐研究中，只需要對其進行定性的判斷便可，比如，當各調制方式的分類特征參數(shù)F在如下約束條件時，可判斷出通信系統(tǒng)所使用的調制類型：

當F＞th1時，可判斷調制類型為BPSK；

當th2＜F＜th1，可判斷調制類型為｛QPSK、

OQPSK｝；

當th3＜F＜th2，可判斷調制類型為8PSK；當F＜th3，可判斷調制類型為16APSK。

在特征提取研究之后，就要基于譜線特征分類識別調制信號?；谔卣髋袛?，可以看出各種信號的累積量完全有相似性。同理進行系統(tǒng)的運算，可以得到周期特性的離散鐠線特征，以及經(jīng)過四次方統(tǒng)計計算的四次方譜。

3　通信衛(wèi)星譜線特征分類識別

在不同類型信號的鐠線特征分類識別中，也是根據(jù)完全相同的星座圖進行計算分析的過程［4］。在傳統(tǒng)的求高階累積量的過程中，我們發(fā)現(xiàn)信號的兩路碼元正好相差半個碼元周期，因此就要尋求該信號的譜線特征，才能夠完成類內的識別。

通過數(shù)學建模，在計算之后，我們發(fā)展調制信號具有固定周期性，可建立二階循環(huán)平穩(wěn)過程。當周期值確定時，信號的二次方形式的統(tǒng)計期望值，再經(jīng)過變形計算便可獲得信號平方譜。一個信號的時變共軛自相函數(shù)的周期性，能夠使得該信號在一個頻率域，產(chǎn)生出呈現(xiàn)離散特征的譜線。這個OQPSK信號的平方譜與四次方譜所呈現(xiàn)的結論為：當信號的譜線幅度隨頻率衰減較快時，特性頻率處的鐠線便很難被檢測到。這樣，在仿真實驗測試的時候，便需要通過平方譜，將這OQPSK譜與QPSK譜識別出來。即采用信號放大的方式進行研究。

理論研究表明，在常見的衛(wèi)星通信信號研究中，利用高階累積量來實現(xiàn)不同點數(shù)信號的類間識別，接著使用二次方譜與四次方譜對同點數(shù)的兩種信號進行識別，具有良好的效果。衛(wèi)星信號體系的調制識別技術，經(jīng)過仿真實驗驗證，具有良好的使用性能。

參考文獻

［1］李云，趙艷麗，趙為糧，等.衛(wèi)星通信中定時誤差檢測改進算法［J］.系統(tǒng)工程與電子技術，2014，36（1）：149-154.

［2］黨月芳，徐啟建，張杰，等.高階累積量和分形理論在信號調制識別中的應用研究［J］.信號處理，2013，29 （6）：761-765.

［3］李探元，任宏，劉小寶.基于Simulink的脈沖編碼調制系統(tǒng)設計［J］.無線通信技術，2011（4）.

［4］潘恒曦，辛旺，范蟠果.Zigbee在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用［C］//2010年西南三省一市自動化與儀器儀表學術年會論文集.貴陽，2010.

中圖分類號G2

文獻標識碼A

文章編號2096-0360（2016）10-0037-01

作者簡介：宋洋，大慶油田鉆探工程公司地質錄井一公司信息中心。