衛(wèi)星通信常用調(diào)制方式的自動(dòng)識(shí)別

劉英娜

（河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北 石家莊 050299）

0 引 言

隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信調(diào)制方式已經(jīng)不再是單一的一種，而是具有多種多樣的調(diào)制方式。在眾多的衛(wèi)星通信常用調(diào)制方式中，有的是基于信號(hào)瞬時(shí)時(shí)域特征的，有的是基于信號(hào)頻譜特征的，但是無(wú)論基于哪種特征的調(diào)制方式，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中總會(huì)存在以下阻礙衛(wèi)星通信信號(hào)的接收與傳輸，對(duì)衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的使用者造成了許多不便。

（1）當(dāng)需要對(duì)特征參數(shù)進(jìn)行抽取時(shí)，并不能及時(shí)高效地篩選出所需要的特征參數(shù)。特征參數(shù)的抽取需要在先前參數(shù)的積淀下才能保證特征參數(shù)的抽取效果，才能獲得所需要的特征參數(shù)。想要獲取大量的先前參數(shù)并不是一件十分容易的事情，這自然會(huì)影響特征參數(shù)選擇的準(zhǔn)確性[1]。

（2）面對(duì)不同類型的衛(wèi)星通信，在對(duì)其特征參數(shù)進(jìn)行抽取時(shí)，往往會(huì)受到不同的影響。如果只采用同一種算法，勢(shì)必會(huì)影響特征參數(shù)抽取的正確性，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致衛(wèi)星通信的調(diào)制失敗，影響衛(wèi)星通信系統(tǒng)的正常使用[2]。

（3）在衛(wèi)星通信的調(diào)制方式中，通過(guò)算法識(shí)別的方法準(zhǔn)確性更高。但是面對(duì)不同類型的衛(wèi)星通信，算法識(shí)別的方法并不能在所有類型的衛(wèi)星通信調(diào)制中進(jìn)行應(yīng)用。再加上算法識(shí)別的方法比較少，自然會(huì)影響衛(wèi)星通信的調(diào)制效果。

基于衛(wèi)星通信調(diào)制方式在實(shí)際應(yīng)用中存在的以上問(wèn)題，想要得到有效的解決，就必須加大對(duì)衛(wèi)星通信常用調(diào)制方式自動(dòng)識(shí)別的研究進(jìn)度。

1 常用信號(hào)的頻譜特征

衛(wèi)星通信的應(yīng)用領(lǐng)域一直在不斷地?cái)U(kuò)大，在人們的日常生活中更是隨處可見(jiàn)。像比較常見(jiàn)的衛(wèi)星電視、遠(yuǎn)程教育等都在一定程度上為人們的生活提供了便利。當(dāng)然，其在氣象、地震等部門以及海陸空導(dǎo)航中也有十分廣泛的應(yīng)用。高新技術(shù)企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中更是希望可以在衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用方面進(jìn)行一定的突破，以此提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。然而，信號(hào)頻譜作為信號(hào)的一種新的表示方法，不同的調(diào)制方式其信號(hào)在頻域上會(huì)產(chǎn)生一定的不同，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生不同的頻譜。人們通過(guò)對(duì)不同的信號(hào)頻譜進(jìn)行對(duì)比觀察，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的一些特性[3]。這時(shí)，利用其特性就可以提取出可以用作通信識(shí)別的特征參數(shù)，進(jìn)而就可以找到適合不同衛(wèi)星通信的調(diào)制方式。

1.1 信號(hào)功率譜

信號(hào)功率譜指的是在衛(wèi)星通信信號(hào)調(diào)制過(guò)程中各信號(hào)頻率的發(fā)布情況。不同的信號(hào)呈現(xiàn)的信號(hào)頻率有很大的差異。人們通過(guò)對(duì)其差異性進(jìn)行對(duì)比、觀察，可以作為有效區(qū)分不同信號(hào)的重要特征。如有載波分量信號(hào)與無(wú)載波分量信號(hào)在信號(hào)功率譜方面就存在很大的不同，想要對(duì)這兩種信號(hào)進(jìn)行區(qū)分，就可以對(duì)其各自的信號(hào)功率譜載頻進(jìn)行觀察即可[4]。然而，通過(guò)對(duì)各種類型通信信號(hào)的功率譜進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)不同類型的通信信號(hào)在頻譜中具有不同的特征。像單譜峰信號(hào)的頻譜幅度相對(duì)較小，整體來(lái)看是比較平坦的。然而，多譜峰信號(hào)與單譜峰具有明顯的不同，其頻譜起伏是非常明顯的。那么，通過(guò)對(duì)其頻譜的形狀以及譜峰數(shù)進(jìn)行觀察，就可以高效地將這兩種通信信號(hào)進(jìn)行區(qū)分[5]。

1.2 信號(hào)平方譜

所謂信號(hào)平方譜，就是將信號(hào)進(jìn)行平方運(yùn)算之后形成的頻譜，然后通過(guò)其頻譜計(jì)算功率譜。當(dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)平方運(yùn)算之后，其信號(hào)的平均值就會(huì)越大，人們?cè)谟^察功率譜時(shí)注意力就會(huì)不自覺(jué)地投放在頻譜突出的位置，卻很少在意其頻譜接近于0的位置。然而，通過(guò)對(duì)信號(hào)平方譜的概念進(jìn)行界定，也可以清楚地反映出，信號(hào)平方譜反映的是調(diào)制信號(hào)倍頻后的頻譜功率分布特性。這也是區(qū)分信號(hào)功率譜與信號(hào)平方譜的重要特征。那么，面對(duì)多種多樣的通信信號(hào)，如何利用信號(hào)平方譜對(duì)其進(jìn)行有效的區(qū)分，也是獲得信號(hào)平方譜特征的關(guān)鍵[6]。如在BPSK與DSB信號(hào)中，以上兩種信號(hào)在進(jìn)行平方譜的倍頻調(diào)制后會(huì)出現(xiàn)很強(qiáng)的單頻分量。這是非常容易觀察到的，也是區(qū)分其與其他信號(hào)的重要特征。像PSK信號(hào)和SSB信號(hào)則沒(méi)有這種出現(xiàn)單頻分量的特征。又如FSK信號(hào)在接受過(guò)倍頻處理之后會(huì)使調(diào)制指數(shù)翻倍，但是，由于該信號(hào)的調(diào)制指數(shù)比較小，是無(wú)法在信號(hào)功率譜中進(jìn)行體現(xiàn)的。那么，在信號(hào)平方譜中則可以輕松地識(shí)別FSK信號(hào)。除此之外，在MSK信號(hào)倍頻之后調(diào)制指數(shù)會(huì)為1，而且，調(diào)制指數(shù)為整數(shù)的FSK信號(hào)在功率譜中傳空號(hào)頻率時(shí)，會(huì)有離散的譜線，而想要檢測(cè)平方譜信號(hào)中的單頻分量則可以將MSK從2FSK中檢測(cè)出來(lái)[7]。

1.3 信號(hào)四次方譜

在對(duì)信號(hào)平方譜的定義進(jìn)行如上概述之后，對(duì)于信號(hào)四次方譜的理解就會(huì)更加清晰，其就是將信號(hào)經(jīng)過(guò)四次方運(yùn)算后的功率譜。那么，為了有效區(qū)別出信號(hào)平方譜的頻譜特征與信號(hào)四次方譜的頻譜特征，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，可以先將信號(hào)進(jìn)行平方譜的處理，然后在得出其功率譜之后，再次對(duì)平方譜進(jìn)行計(jì)算。信號(hào)四次方譜主要用于區(qū)分M=4的MPSK和M＞4的MPSK。同時(shí)，也可以用于OQPSK與頻率調(diào)制信號(hào)的特征分類。而面對(duì)不同類型的通信信號(hào)，將其制作成信號(hào)四次方譜后，可以非常直觀地觀察不同類型的通信信號(hào)在信號(hào)四次方譜中的不同特征，可以將不同信號(hào)進(jìn)行有效的區(qū)分。如通過(guò)對(duì)幾種PSK信號(hào)的四次方譜進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)QPSK和OQPSK在二倍載頻處會(huì)有一個(gè)明顯的單頻分量，而8PSK則沒(méi)有任何的單頻分量出現(xiàn)，這也是有效區(qū)分不同類型通信信號(hào)的重要特征。借助這一特征，就可以有效區(qū)分通信信號(hào)的類型，進(jìn)而選擇適合其常用的調(diào)制方式。這樣信號(hào)調(diào)制才會(huì)具有一定的效果，才能有效保障通信信號(hào)的正常接收和傳遞信息[8]。

1.4 信號(hào)包絡(luò)譜

信號(hào)包絡(luò)譜是指兩個(gè)不同的通信信號(hào)在信息加密后，給這兩種通信信號(hào)安排不同的編號(hào)譜，目的就是在信號(hào)傳輸過(guò)程中可以有效區(qū)分這兩種不同的信號(hào)。雖然安全度在一定程度上得到了升級(jí)，但是在檢測(cè)這兩種通信信號(hào)時(shí)也存在一定的難度。這是因?yàn)槠胀ǖ臋z測(cè)是很難發(fā)現(xiàn)這兩種信號(hào)明顯的區(qū)分特征的，而是需要通過(guò)信號(hào)包絡(luò)譜對(duì)這兩種信號(hào)進(jìn)行仔細(xì)地觀察和檢測(cè)，才能區(qū)分開(kāi)來(lái)，進(jìn)而對(duì)其采用的調(diào)制方式進(jìn)行正確的選擇。但是，在實(shí)際的通信信號(hào)應(yīng)用中，信號(hào)包絡(luò)譜主要用于區(qū)分OQPSK信號(hào)和QPSK信號(hào)的特征。之所以用其對(duì)這兩種信號(hào)的特征進(jìn)行區(qū)分，是因?yàn)镻SK信號(hào)在調(diào)制時(shí)采用的是滾降成形技術(shù)，在其包絡(luò)中具有明顯的速率信息。其一般會(huì)通過(guò)速率譜線的形式進(jìn)行呈現(xiàn)。人們通過(guò)對(duì)OQPSK信號(hào)和QPSK信號(hào)的包絡(luò)譜進(jìn)行觀察，可以清晰地發(fā)現(xiàn)QPSK信號(hào)中具有十分明顯的速率譜線，然而，OQPSK信號(hào)的包絡(luò)中則無(wú)明顯的速率譜線。通過(guò)這一特征也可以將這兩種信號(hào)進(jìn)行有效的區(qū)分。而之所以會(huì)出現(xiàn)這一特征，還因?yàn)镺QPSK信號(hào)Q路相對(duì)I路延遲二分之一碼元，包絡(luò)會(huì)因此而變小，自然看不到明顯的符號(hào)速率譜線。QPSK信號(hào)則與其明顯不同，從其信號(hào)包絡(luò)譜中可以明顯地看到符號(hào)速率譜線。

2 分類特征參數(shù)

想要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信常用調(diào)制方式的自動(dòng)識(shí)別，肯定需要先獲取相應(yīng)的特征參數(shù)。但是，特征參數(shù)的獲取并沒(méi)有那么容易。在獲取參數(shù)之前，人們需要先對(duì)不同類型的信號(hào)參數(shù)特征進(jìn)行有效的分類，然后了解不同類型的信號(hào)所采用的調(diào)制信號(hào)傳播方式。這樣才能更加清楚地了解每種不同類型的通信信號(hào)具有什么樣的調(diào)制特性以及其參數(shù)會(huì)具有哪些明顯的差異。在掌握這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，再對(duì)通信信號(hào)的調(diào)制方式進(jìn)行有效識(shí)別，識(shí)別的正確率會(huì)更高。同時(shí)，也可以根據(jù)其顯現(xiàn)出的特征，選擇是用單頻分量偏移值檢測(cè)，還是單頻分量檢測(cè)。

2.1 單頻分量偏移值檢測(cè)

想要確定其在信號(hào)傳輸過(guò)程中是否具有單頻分量偏移值，就需要從單頻分量與載波頻率之間的差值中進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)。那么，想要獲得兩個(gè)數(shù)據(jù)之間的差值就需要先對(duì)相應(yīng)的已知數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后建立起相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，通過(guò)公式計(jì)算，進(jìn)一步準(zhǔn)確地確認(rèn)其偏移量的大小，以此判斷其穩(wěn)定性。那么，在衛(wèi)星通信的正常使用過(guò)程中，就需要對(duì)其所傳輸?shù)男盘?hào)信息進(jìn)行有效的收集。這樣才能為其提供有效的特征參數(shù)，才能進(jìn)一步確定其信息在傳播過(guò)程中的傳播速度[9]。

2.2 單頻分量檢測(cè)

單頻分量檢測(cè)就是對(duì)信號(hào)譜中最突出的數(shù)值和相鄰較大值之和與左右各兩譜線之和的比值進(jìn)行檢測(cè)。在這一信號(hào)譜線中，單頻譜線是非常突出的，是區(qū)分不同通信信號(hào)的重要特征。而且，當(dāng)線譜的突出程度大于某閾值時(shí)，就可以確定最大線譜處有一個(gè)單頻分量。

3 識(shí)別方法及操作流程

衛(wèi)星通信常用調(diào)制方式的自動(dòng)識(shí)別方案想要得到有序開(kāi)展，不僅要認(rèn)真嚴(yán)格地執(zhí)行操作流程，而且要層層遞進(jìn)，嚴(yán)格按照操作順序進(jìn)行相關(guān)操作，才能保證工作的有效開(kāi)展。那么，基于此上面對(duì)不同信號(hào)的頻譜特征以及特征參數(shù)的獲取進(jìn)行有效分析和識(shí)別的前提下，在其具體操作流程中，依然需要注意以下兩個(gè)方面。

（1）特征參數(shù)的獲取非常關(guān)鍵。在獲取特征參數(shù)的時(shí)候，一定要重視對(duì)參數(shù)的算法，采用哪種公式對(duì)其參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，將會(huì)影響特征參數(shù)獲得的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響通信信號(hào)能否被準(zhǔn)確地確定。同時(shí)，還會(huì)影響通信信號(hào)的調(diào)制方式選擇，進(jìn)而影響最終的信號(hào)調(diào)制結(jié)果。一旦參數(shù)計(jì)算失誤，整個(gè)通信信號(hào)的調(diào)制環(huán)節(jié)將會(huì)出現(xiàn)一系列問(wèn)題?；诖?，在選擇參數(shù)的算法時(shí)一定要十分的慎重。面對(duì)眾多的參數(shù)計(jì)算公式，一定要遵循簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的原則去選擇參數(shù)的計(jì)算公式，以此來(lái)保證特征參數(shù)的選取準(zhǔn)確性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信常用調(diào)制方式的自動(dòng)識(shí)別[10]。

（2）為了更好地保證獲取的參數(shù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性更高，在實(shí)際的調(diào)制應(yīng)用中可行性更強(qiáng)，在獲取特征參數(shù)之后，一定要進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)。開(kāi)展此實(shí)驗(yàn)的主要目的，就是保證新方案的操作可行性[11]。而且，仿真模擬實(shí)驗(yàn)作為具體操作流程中非常關(guān)鍵的一個(gè)步驟，不僅不能缺乏，還要認(rèn)真進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的操作。在仿真模擬實(shí)驗(yàn)的操作中，相關(guān)科研人員一定要先行準(zhǔn)備好需要用到的各種設(shè)備，以此為模擬實(shí)驗(yàn)的高效開(kāi)展提供服務(wù)。同時(shí)，進(jìn)一步保證信號(hào)信息在傳輸過(guò)程中的安全性，確保接收到的信號(hào)信息與傳輸?shù)男盘?hào)信息是一致的。這樣才算是真正完成了信號(hào)的傳輸工作，同時(shí)也在一定程度上代表著仿真模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是具有可操作性的[12]。

4 結(jié) 論

面對(duì)多種多樣的通信信號(hào)，之所以可以將每個(gè)信號(hào)進(jìn)行有效區(qū)分，就是因?yàn)槊總€(gè)信號(hào)都具有其代表性的特征，這也是區(qū)分不同信號(hào)的關(guān)鍵。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用，其對(duì)于人們生活方式的改變以及生活質(zhì)量的提升具有積極的推動(dòng)作用。但是，在通信信號(hào)的實(shí)際使用過(guò)程中，仍然存在著一些問(wèn)題，影響了通信信號(hào)接收和傳遞?；谶@種情況，本文對(duì)衛(wèi)星通信常用調(diào)制方式的自動(dòng)識(shí)別進(jìn)行研究。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一方案具有較強(qiáng)的可操作性，對(duì)其常用信號(hào)的頻譜特征進(jìn)行分析，然后通過(guò)相應(yīng)的公式計(jì)算來(lái)選取分類的特征參數(shù)，從而引出具體的識(shí)別方法和實(shí)際的操作流程。實(shí)驗(yàn)表明，利用衛(wèi)星通信常用調(diào)制方式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)去減少煩瑣的操作，節(jié)省時(shí)間和投入的資金。這一研究在社會(huì)各領(lǐng)域中普遍應(yīng)用，將有很好的發(fā)展前景。