QPSK信號盲識別及盲解調技術

柴 恒，周秀珍

（船舶重工集團公司723所，揚州 225001）

0 引 言

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

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

1 傳統QPSK信號盲識別和盲解調

QPSK信號是通信信號中最常用的調制方式，QPSK信號沒有經過信道的原始信號如圖1所示。QPSK信號經過添加高斯白噪聲（AWGN）的信道后，信號會受到噪聲的污染，假設經過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，根據相位跳變的大小可以判斷其調制類型。根據跳變點的位置可以求出其碼元速率，所以就可以在對其進行識別的同時，對信號進行解調。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生很大的誤差，利用相位對信號進行識別和解調就變得不可靠。

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行解調，必須找到其它方法對信號進行識別和解調。本文采取四次方譜［1］及非相干疊加法對QPSK信號進行識別。沒有經過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倍頻處出現了1個離散的譜線，這是QPSK信號的固有特征，可以根據以上特征對QPSK信號進行識別。

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，導致無法簡單地利用四次方譜進行調制識別。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 相干解調方法

對QPSK信號進行相干解調必須知道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行估計。對QPSK信號的功率譜進行非相干疊加，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行相干解調，經過仿真解調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 基帶和解調信號

4 結束語

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

［1］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（1）：140－149.