一種基于數字接收機的信號調制方式識別技術

陳宇楊 沈雷 許方敏 周盼

摘 要：針對偵察接收機信號調制模式識別問題，提出一種基于全數字接收機理論的信號調制方式識別技術，結合AGC、FFT、位同步環和載波跟蹤環技術，能夠有效識別輸入信號強度、載波頻率動態變化的BPSK、QPSK和FSK信號。利用載波跟蹤環路頻率跟蹤曲線完成FSK和PSK識別，利用解調的基帶數據完成BPSK和QPSK識別。在Altera 公司的Stratix II器件EP2S180F1020C4上利用該方法完成實現，并對中國電子集團提供的空口信號進行識別驗證。理論分析和仿真結果表明，該方法在保證識別率的同時可降低算法復雜度，易于硬件實現。

關鍵詞：通信偵察;偵察接收機;同步技術;調制模式識別

DOI：10. 11907/rjdk. 181999

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2019）002-0105-05

Abstract：In this paper a signal modulation pattern recognition technology based on all-digital receiver theory is proposed to solve the signal pattern recognition problem in reconnaissance receivers. The proposed method combines AGC， FFT， bit synchronization loop and carrier tracking loop technology， and can identify BPSK， QPSK， and FSK signals with dynamic input energy and carrier frequency. The proposed method utilizes the frequency tracking curve of the carrier tracking loop to identify the FSK and PSK signal， and then uses the demodulated baseband data to complete the identification of BPSK and QPSK signal. The proposed method has been implemented on Altera's Stratix II device EP2S180F1020C4， and verified the air interface signal provided by China Electronics Group. Theoretical analysis and simulation results show that the proposed scheme reduces the complexity of the algorithm while ensuring the recognition rate， and it is easy to implement in hardware.

Key Words： communication reconnaissance; reconnaissance receiver; synchronization technology; modulation pattern recognition

0 引言

隨著通信技術的高速發展， 通信頻段內信號日益密集。不同功率、帶寬和調制模式的通信信號共存， 使實際通信環境愈加復雜[1]。在信號偵察中，現代偵察接收機必須具備在密集、復雜、動態變化的信號環境中實時對信號截獲檢測及分類識別的能力[2]。而在實際遠距離偵察中，接收端接收到的信號已經十分微弱，再加上環境和儀器噪聲的影響，使信號分析識別更加困難。

本文研究對象為中國電子集團提供的空口信號，研究內容主要包括FSK、BPSK和QPSK 3種調制模式的識別。目前的識別算法研究中，文獻[3]根據信號星座圖分布特征進行調制模式識別，但當輸入信號存在輸入信號幅度、載波頻率動態變化時，星座圖對信號進行識別會出現大量虛警和誤識。文獻[4]使用數字COSTAS環去除頻偏后，再通過星座圖對信號進行識別，但文獻中沒有提出具體判別策略。文獻[5]提出一種利用高階累積量實現對多種調制信號進行識別的方法，通過不同階累積量特征參數實現調制方式識別，但對于MFSK信號，其高階累積量相等，不足以區分信號。對此，文獻[6]通過對MFSK信號進行微分后結合高階累積量處理，完成了對MFSK信號的識別，但該操作進一步增加了算法復雜度，不適于硬件實現。

綜上所述，目前識別算法主要針對解調基帶信號進行研究，對于實際環境中接收到的輸入信號幅度、載波頻率高度動態變化的信號，識別效果不好。在處理能量較低的信號時，由于儀器本身和環境噪聲對信號影響很大，以上方法均不能準確判斷目標信號，無法滿足實際工程要求，且目前算法實現復雜度高、資源占用過大，硬件難以實現。

基于以上背景，本文針對BPSK、QPSK、FSK信號提出一種基于全數字接收機的調制方式識別方法。所提方案通過功率自動控制（AGC）將信號幅度統一在同一幅值，使用FFT糾正大頻偏，最后通過位同步和載波同步解調出基帶信號。調制模式識別時首先通過載波跟蹤環頻偏跟蹤曲線區分FSK和PSK信號，在此基礎上根據解調出的基帶信號識別BPSK和QPSK信號。仿真實驗表明，該方案能在信號輸入幅度高度動態變化對（10dBm～-60dBm），對BPSK、QPSK及FSK信號在接收機同步系統中進行準確判斷。同時本方案只需要對兩種特征參量進行識別，減少了計算量和系統資源占用，易于硬件實現。