通信系統(tǒng)調(diào)制信號識別

蔣勇成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

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通信系統(tǒng)調(diào)制信號識別

蔣勇
成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

摘要：通信信號調(diào)制類型的自動識別廣泛用于信號確認(rèn)、干擾辨識、無線電偵聽、電子對抗和信號檢測等領(lǐng)域。本文在時、頻域特征提取的基礎(chǔ)上，對通信系統(tǒng)中QPSK、OQPSK、UQPSK這三種調(diào)制信號的識別做了一定的研究。將介紹通過提取QPSK、OQPSK、UQPSK時域和頻域特征來進(jìn)行信號調(diào)制方式識別的方法。

關(guān)鍵字：通信信號 調(diào)制識別 MATLAB

1　數(shù)字調(diào)整方式識別的基礎(chǔ)理論

調(diào)制識別過程的基本框架包括三部分：信號預(yù)處理部分、特征提取部分和分類識別部分。信號預(yù)處理部分的主要功能是為后續(xù)處理提供合適的數(shù)據(jù)；特征提取部分是從輸入的信號序列中提取對調(diào)制識別有用的信息；分類識別部分的主要功能是判斷信號調(diào)制類型的從屬關(guān)系。信號預(yù)處理任務(wù)一般包括：頻率下變頻、同相和正交分量分解、載頻估計和載頻分量的消除等。在多信道多發(fā)射源的環(huán)境中，信號預(yù)處理部分要能有效地隔離各個信號，保證一次只有一個信號進(jìn)入后續(xù)的調(diào)制識別環(huán)節(jié)。特征提取部分是從數(shù)據(jù)中提取信號的時域特征或變換域特征。時域特征包括信號的瞬時幅度、瞬時相位或瞬時頻率的直方圖或其它統(tǒng)計參數(shù)。在分類識別部分，即選擇和確定合適的判決規(guī)則和分類器結(jié)構(gòu)，主要采用決策樹結(jié)構(gòu)的分類器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分類器。理想情況下，經(jīng)過提取和選擇的特征矢量應(yīng)對不同的調(diào)制類型具有明顯的差別，然而在實際中卻不容易找到那些具有良好分辨率的特征，或受條件限制不能對它們進(jìn)行測量，從而使特征提取和選擇的任務(wù)復(fù)雜化，因而特征提取和選擇是信號調(diào)制識別系統(tǒng)中首要和基本的問題。分類識別是依據(jù)信號特征的觀測值將其分到不同類別中去，選擇和確定合適的判決規(guī)則和分類器結(jié)構(gòu)，也是信號調(diào)制識別系統(tǒng)中的重要內(nèi)容。

2　方法設(shè)計

目前調(diào)制識別算法有多種，通過對各種算法的分析比較，考慮到我們需要進(jìn)行的是QPSK、OQPSK和UQPSK三種數(shù)字相位調(diào)制信號識別，而相移鍵控信號之間最大的差別是在相位上。因此，提取信號的相位信息可以將數(shù)字相位調(diào)制信號大致識別出來。

為了使調(diào)制信息識別得更為清晰直觀，我們采用信號的相位直方圖，用矩陣條反應(yīng)數(shù)字調(diào)相，信號相位的分布情況。但是值得注意的是，這時是按模2π計算相位序列會造成相位卷疊。因此，必須對其進(jìn)行去相位卷疊現(xiàn)象。這是設(shè)計相位直方圖做特征提取時需要解決的關(guān)鍵問題，否則得到的相位直方圖無法完成調(diào)制識別。另外，在Matlab中進(jìn)行仿真實現(xiàn)中，相位如果處理不當(dāng)?shù)脑挘袝r會出現(xiàn)這樣的問題：當(dāng)接近或等于0相時，小的噪聲干擾或抖動就可使其本應(yīng)出現(xiàn)在0相的值出現(xiàn)在2π附近，這樣4PSK出現(xiàn)5個峰的情形，為了避免這種情況的出現(xiàn)，當(dāng)0相和2π相處均有峰值出現(xiàn)時，本算法對直方圖進(jìn)行循環(huán)搬移，使其合并為一個峰，再作統(tǒng)計。通過處理后，可以看出，QPSK信號出現(xiàn)了四個突出的峰。

仿真設(shè)置如下：不加噪聲的情況下，真參數(shù)設(shè)置為：碼元速率均為1.024kbit/s，載波為5kHz，對基帶信號的抽樣頻率為2.048kHz（抽樣頻率設(shè)定較高時，仿真速度較慢，但不會影響仿真結(jié)果）。在UQPSK信號中，均衡因子設(shè)置為0.3，然后分別設(shè)置信噪比和1.5dB和5dB的時候，其他參數(shù)不變的情況下，然后用MATLAB仿真。仿真可以看出，QPSK/OQPSK信號為四個間距相等的峰，UQPSK信號為4個間距不相等的峰，所以QPSK/ OQPSK、UQPSK信號根據(jù)相位直方圖中峰的個數(shù)和峰的間距能夠比較清晰地分辨出來。但是，這種方法對于QPSK和OQPSK信號的識別不起作用，另外當(dāng)噪聲增加時，直方圖柱增粗，峰與峰之間的間距減小，但只要峰與峰之間沒有連在一起，噪聲不會影響對數(shù)字相位調(diào)制的識別。對于UQPSK調(diào)制，當(dāng)信噪比小于1.5dB時，中間兩峰會連在一起，將影響對UQPSK信號的識別。

上述方法沒解決QPSK與OQPSK調(diào)制方式識別。QPSK與OQPSK的識別還需進(jìn)一步解決。由于OQPSK信號只有0°、±90°三種相位跳變值，根本不可能出現(xiàn)180°相位跳變。而QPSK信號中相鄰碼元載波相位有180°的突變。根據(jù)這一區(qū)別，我們可先統(tǒng)計出相鄰碼元的相位值，設(shè)一個大于90°小于180°的值作為門限，當(dāng)統(tǒng)計出相鄰碼元的相位值大于門限多的調(diào)制方式為QPSK，否則為OQPSK。

3　總結(jié)

本次設(shè)計在理解QPSK調(diào)制解調(diào)原理的基礎(chǔ)上應(yīng)用MATLAB語言來完成仿真，仿真出了QPSK的調(diào)制、解調(diào)以及在高斯信道中傳輸、誤碼率的仿真圖。在仿真的基礎(chǔ)上分析比較了各種調(diào)制方法的性能。本文對基于信號初相位特征的直方圖統(tǒng)計法識別QPSK、OQPSK、UQPSK信號進(jìn)行了詳細(xì)分析，同時分析噪聲對上述三種信號識別的影響，結(jié)果表明在信噪比大于1.5db的條件下，該方法能直觀準(zhǔn)確地區(qū)分這三種數(shù)字調(diào)相信號。

參考文獻(xiàn)

［1］岡薩雷斯. 數(shù)字圖像處理（第二版）.電子工業(yè)出版社.2007

［2］鄭阿奇，曹弋. MATLAB實用教程（第二版）.電子工業(yè)出版社.2007