通信系統調制信號識別

蔣勇成都理工大學信息科學與技術學院

?

通信系統調制信號識別

蔣勇
成都理工大學信息科學與技術學院

摘要：通信信號調制類型的自動識別廣泛用于信號確認、干擾辨識、無線電偵聽、電子對抗和信號檢測等領域。本文在時、頻域特征提取的基礎上，對通信系統中QPSK、OQPSK、UQPSK這三種調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行信號調制方式識別的方法。

關鍵字：通信信號 調制識別 MATLAB

1　數字調整方式識別的基礎理論

調制識別過程的基本框架包括三部分：信號預處理部分、特征提取部分和分類識別部分。信號預處理部分的主要功能是為后續處理提供合適的數據；特征提取部分是從輸入的信號序列中提取對調制識別有用的信息；分類識別部分的主要功能是判斷信號調制類型的從屬關系。信號預處理任務一般包括：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。在多信道多發射源的環境中，信號預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入后續的調制識別環節。特征提取部分是從數據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計參數。在分類識別部分，即選擇和確定合適的判決規則和分類器結構，主要采用決策樹結構的分類器和神經網絡結構的分類器。理想情況下，經過提取和選擇的特征矢量應對不同的調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行測量，從而使特征提取和選擇的任務復雜化，因而特征提取和選擇是信號調制識別系統中首要和基本的問題。分類識別是依據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則和分類器結構，也是信號調制識別系統中的重要內容。

2　方法設計

目前調制識別算法有多種，通過對各種算法的分析比較，考慮到我們需要進行的是QPSK、OQPSK和UQPSK三種數字相位調制信號識別，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字相位調制信號大致識別出來。

為了使調制信息識別得更為清晰直觀，我們采用信號的相位直方圖，用矩陣條反應數字調相，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，必須對其進行去相位卷疊現象。這是設計相位直方圖做特征提取時需要解決的關鍵問題，否則得到的相位直方圖無法完成調制識別。另外，在Matlab中進行仿真實現中，相位如果處理不當的話，有時會出現這樣的問題：當接近或等于0相時，小的噪聲干擾或抖動就可使其本應出現在0相的值出現在2π附近，這樣4PSK出現5個峰的情形，為了避免這種情況的出現，當0相和2π相處均有峰值出現時，本算法對直方圖進行循環搬移，使其合并為一個峰，再作統計。通過處理后，可以看出，QPSK信號出現了四個突出的峰。

仿真設置如下：不加噪聲的情況下，真參數設置為：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（抽樣頻率設定較高時，仿真速度較慢，但不會影響仿真結果）。在UQPSK信號中，均衡因子設置為0.3，然后分別設置信噪比和1.5dB和5dB的時候，其他參數不變的情況下，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信號根據相位直方圖中峰的個數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，噪聲不會影響對數字相位調制的識別。對于UQPSK調制，當信噪比小于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調制方式識別。QPSK與OQPSK的識別還需進一步解決。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。根據這一區別，我們可先統計出相鄰碼元的相位值，設一個大于90°小于180°的值作為門限，當統計出相鄰碼元的相位值大于門限多的調制方式為QPSK，否則為OQPSK。

3　總結

本次設計在理解QPSK調制解調原理的基礎上應用MATLAB語言來完成仿真，仿真出了QPSK的調制、解調以及在高斯信道中傳輸、誤碼率的仿真圖。在仿真的基礎上分析比較了各種調制方法的性能。本文對基于信號初相位特征的直方圖統計法識別QPSK、OQPSK、UQPSK信號進行了詳細分析，同時分析噪聲對上述三種信號識別的影響，結果表明在信噪比大于1.5db的條件下，該方法能直觀準確地區分這三種數字調相信號。

參考文獻

［1］岡薩雷斯. 數字圖像處理（第二版）.電子工業出版社.2007

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