基于譜線特征的MPSK調制識別

李少凱， 董 斌， 劉 寧

（第二炮兵指揮學院，湖北 武漢 430012）

0 引言

信號調制方式自動識別在通信偵察、電子對抗等方面均有重要意義。目前，常見識別方法有基于瞬時特征提取的算法；基于高階累積量的算法；基于似然估計的算法等[1]。另外，也可將多種算法相結合以提高識別效率，如將高階累積量和分形盒維數相結合[2]。由于MPSK的特性相似，采用上述算法的效果均不佳。選取BPSK、QPSK、OQPSK、8PSK、pi/4QPSK五種信號進行研究。

1 脈沖成形對信號特征的影響

信號進行Hilbert變換，得到復信號為：

圖1 成形基帶信號

圖2 成形信號瞬時幅度

2 信號的譜線特征分析

S(t)的n次方譜為[3]：

式中， {}F?為傅里葉變換。

對于BPSK信號，其表達式為：

二次方譜為：

因 0,1m= ，故有：

可得：

式中，sE為符號能量。因2( )gtnT- 是周期函數，故有：

式中， A (f ) = G (f ) ? G (f )，G(f ) = F {g(t)}。 G (f)的衰減使F{}只在 f = { 0,±1 /T }處出現譜線,故(f)只在f = { 2 fc, 2 fc± 1 /T}處出現譜線。其他信號的譜線特征也可類似得到，如圖3、圖4所示。

圖3 二次譜線

圖4 四次譜線

3 信號譜線特征參數提取

由圖4和圖5可知，復信號譜線具有對稱性，二次譜線對稱軸為二倍載頻，四次譜線對稱軸為四倍載頻。根據對稱性，提出如下參數：

LVn：判斷離散譜線是否存在。圖3和圖4中，有部分信號的譜線是不存在的，如QPSK的二次譜線。對吳月嫻等[4]提出的參數進行改進，提出n次方譜離散譜線檢測參數：

式中，N表示 U (f)的長度， Pn表示信號功率， Fs表示取樣頻率。當 L Vn大于某一門限值α時，認為離散譜線存在。

Fn：判斷譜線圖是平坦還是多峰。范海波等[5]提出了平坦指數來進行分析，但是需要對信號的載波頻率進行估算。現進行改進：

式中， fmid為max{|U(f ) |}對應的頻率，N為 U (f)的長度，δ可減小 fmid鄰近頻率處|U(f)|的影響。當 Fn＜＜2時，認為譜線在 fmid處有一譜線存在；當 Fn＞＞2時，認為譜線在 fmid處無譜線存在。

設計識別流程為：對信號進行預處理；根據 F2，識別出BPSK；根據 L V4和 F2，識別出8PSK和QPSK；根據 L V2和F4，識別出pi/4QPSK和OQPSK。

4 實驗仿真分析

如圖5(a)所示，QPSK與8PSK的4LV在不同信噪比下具有很好的區分能力；如圖5(b)所示，OQPSK的4F值遠小于pi/4QPSK的4F值，故4F有效；如圖6所示，信噪比不低于8 dB時，信號的識別率均高于95%。

圖5 nLV和 4F隨信噪比的變化

圖6 識別率隨信噪比的變化

5 結語

研究了均方根升余弦脈沖成形對 PSK信號瞬時特性的影響，并對BPSK、QPSK、OQPSK、pi/4QPSK以及 8PSK等5種常見PSK信號的二次譜線特征和四次譜線特征進行了詳細的推導與實驗仿真。根據不同信號譜線特征的差異性，提出了兩個新的特征參數對其進行了識別。仿真結果表明，提出的兩個參數受信噪比的影響不大，在較低信噪比條件下，仍然有較高的識別率。同時特征參數的提取過程非常簡單，對先驗知識的依賴性很小，因此能夠很好地滿足實際工程的需要。

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[2] 楊偉超,張忠,丁群.低信噪比數字通信信號識別算法研究[J].通信技術,2009,42(01)：68-70.

[3] 楊琳,許小東,路友榮,等.常見數字通信信號的譜線特征分析[J].電子與信息學報,2009,31(05)：1067-1071.

[4] 吳月嫻,葛東臨,許志勇.常見數字調制信號識別的一種新方法[J].電子學報,2007,35(04)：782-785.

[5] 范海波,楊志俊,曹志剛.衛星通信常用調制方式的自動識別[J].通信學報,2004,25(01)：140-149.