通信偵察中一種新的碼速率盲估計方法

摘 要： 在截獲信號調制樣式未知的情況下，提出了一種碼元速率估計方法。把正交解調后的I路或Q路信號延遲相乘自相關后，通過在頻域測量與碼元速率對應的譜線來估計碼元速率。仿真結果表明，該算法即使在很低信噪比情況下，也不受脈沖成形濾波器及其系數的影響，具有很好的穩健性。該方法為碼元速率估計提供了一種新的思路。

關鍵詞： 通信對抗； 碼元速率盲估計； 碼元速率譜線； 譜線檢測

中圖分類號： TN911.3?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）15?0079?03

Blind estimation of symbol rate in communication reconnaissance

LIU Zhi?guo， DU Yu?hai， ZHAO Liang

（China Research Institute of Radio Wave Propagation， Qingdao 266107， China）

Abstract： A method of symbol rate estimation is proposed without the knowledge of signal modulation type. After multiplying the in?phase component or the quadrature component of the intercepted signal by its delay， the autocorrelation will be estimated. As a result， in the frequency domain， the discrete spectral lines occur at the location which is corresponding to the symbol rate. The symbol rate can be quickly estimated by detecting the location of the discrete spectral lines. Simulation results show that the method is immune to pulse?shaping filter and its parameter in the condition of low SNR. The method provides a new idea to symbol rate estimation.

Keywords： communication countermeasure； symbol rate blind estimation； spectrum line of symbol rate； spectral line detection

0 引 言

通信信號的碼元速率估計是通信偵察的重要研究內容和方向。目前，大多數方法以信號調制樣式為前提條件，主要的碼元速率估計方法包括基于小波變換的估計方法[1?3]和基于數字通信信號循環平穩特性的估計方法[4?5]。其中，基于小波變換的估計方法對于MASK、MPSK、MFSK信號而言，在碼元狀態變化時刻，會出現信號相位、頻率變化的奇異點，利用小波變換可以檢測到這些奇異點，具有實現簡單、計算復雜度小等優點，但是一般需要較高的采樣速率，同時存在小波尺度盲點、抗噪聲性能差等問題。與小波變換法相比，基于信號循環平穩特性的估計方法具有更好的抗噪聲性能，且適用于多種成型脈沖濾波器，但計算量大，不適合實時性較強的場合。

本文借鑒了參考文獻[6?7]中關于DSSS/BPSK信號chip速率估計算法原理，經過改進后用于數字調制信號的碼元速率估計。本文利用數字調制信號I路或Q路具有碼元的周期性，在小于碼元周期時間延遲相乘再做自相關后，在頻域檢測相應的譜線，進而把碼元速率估計問題轉換為譜線檢測問題。

1 chip速率估計原理

延時相乘法在20世紀80年代末[8?9]提出，該譜線產生的實質是由于擴頻碼序列的很強自相關特性引起的，因此該方法僅適用于直擴信號。通過檢測率線的存在與否就可以判定信號是否存在，同時也可以估計出碼元速率。改進后的檢測方法[6?7]，輸入信號與自身相乘，再做其自相關計算后進行功率譜計算，可以在碼速率處得到功率譜線。本文的數字調制信號碼元速率估計原理如圖1所示。

圖1 碼元速率估計原理框圖

一般的數字調制信號均可以寫成I，Q兩路調制形式：

[s（t）=I（t）cosωct+Q（t）sinωct] （1）

式中[ωc]為載波頻率。

經過正交解調后的I路，Q路信號為：

[sIt=12Itcosωc-ω0t+Qtsinωc-ω0t] （2）

[sQt=12-Itsinωc-ω0t+Qtcosωc-ω0t] （3）

式中[ω0]為本振信號，當本振信號與發送信號的頻率不同時，在I路和Q路會產生串擾。當滿足式（4）：

[fc-f0fs?1] （4）

I路，Q路中的串擾可以忽略，可以表示為：

[sIt=12Itcosωc-ω0t] （5）

[sQt=12Qtcosωc-ω0t] （6）

所以當本振頻率與發射信號的載頻滿足式（4）后，正交解調后的I路，Q路信號與參考文獻[6?7]中的擴頻信號相同，可以利用相同的流程進行碼元速率估計。

2 碼元速率估計

在通信偵察或電子偵察中，利用上節改進的算法進行碼元速率估計的流程圖如圖2所示。

圖2 碼元速率估計流程圖

3 算法仿真

在仿真的過程中，碼速率為5 KSPS，8 KSPS，采樣率為4倍以上的碼速率。頻偏滿足式（4）要求。除了FSK信號[10]類外對常用的數字調制信號進行仿真，仿真結果見表1。

表1 仿真結果

[信號

類型＼脈沖成

形類型＼脈沖成形參數＼信噪比

/dB＼譜線是

否明顯＼2ASK＼Root Nyquist＼R=0.1＼0＼否＼2ASK＼Nyquist＼R=0.8＼0＼否＼BPSK＼Root Nyquist＼R=0.1＼0＼是＼BPSK＼Nyquist＼R=0.8＼0＼是＼QPSK＼Root Nyquist＼R=0.1＼0＼是＼QPSK＼Nyquist＼R=0.8＼0＼是＼π/4QPSK＼Root Nyquist＼R=0.1＼0＼是＼π/4QPSK＼Nyquist＼R=0.8＼0＼是＼OQPSK＼Root Nyquist＼R=0.1＼10＼是＼OQPSK＼Nyquist＼R=0.8＼10＼是＼8PSK＼Root Nyquist＼R=0.1＼0＼是＼8PSK＼Nyquist＼R=0.8＼0＼是＼16QAM＼Root Nyquist＼R=0.1＼0＼是＼16QAM＼Nyquist＼R=0.8＼0＼是＼32QAM＼Root Nyquist＼R=0.1＼0＼是＼32QAM＼Nyquist＼R=0.8＼0＼是＼64QAM＼Root Nyquist＼R=0.1＼0＼是＼64QAM＼Nyquist＼R=0.8＼0＼是＼128QAM＼Root Nyquist＼R=0.1＼0＼是＼128QAM＼Nyquist＼R=0.8＼0＼是＼]

典型信號碼元速率估計仿真圖，如圖3～圖5所示。

圖3 128 QAM碼元速率估計圖

從仿真結果可以看到，除了2ASK，OQPSK信號外，即使在較低的信噪比下其他信號也可以獲得較強的碼元速率譜線，如圖3所示。如圖4所示，在SNR=10 dB時OQPSK信號有比較明顯的譜線，需要注意的是其有兩根距離很近的譜線，靠近零頻的才是想要的碼元速率譜線。這給機器識別譜線帶來了較大的麻煩，但是只要經過嚴格的仿真就能找到對應的方法。如圖5所示，在SNR=0 dB時，2ASK碼元速率譜線不明顯。通過仿真表明，在信噪比為任何情況下，碼元速率譜線都不明顯，但是在合適的判斷條件下通過機器可以識別出譜線。

圖4 OQPSK碼元速率估計

圖5 2ASK碼元速率估計

4 結 論

本文借鑒參考文獻[6?7]的思想，通過公式推導出利用正交解調后的I路或Q路信號也可進行碼元速率估計。仿真結果表明，在頻偏滿足要求情況下，此方法即使在很低信噪比下，對脈沖成形濾波器類型及其參數等因素均不敏感，具有很好的穩健性。

參考文獻

[1] 令狐俊珍，姚遠程.QPSK信號碼元速率估計[J].現代電子技術，2011，34（1）：80?84.

[2] 盧璐，關鵬.基于小波變換的數字通信信號碼元速率估計算法[J].電子元器件應用，2010，12（8）：79?81.

[3] 馮旭哲，楊俊，羅飛路.基于小波變換的通信信號碼元速率估計[J].系統仿真學報，2008，20（5）：1259?1261.

[4] 史建鋒，沈輝.基于循環譜包絡的BPSK信號碼元速率改進估計算法[J].艦船電子對抗，2006，29（5）：42?45.

[5] GARDNER W A. Signal interception：a unifying theoretical framework for feature detection [J]. IEEE Transaction on Communications， 1988， 36（8）： 897?906.

[6] 劉營營，徐朝陽.DSSS/BPSK信號PN碼速率的估計[J].現代電子技術，2011，34（21）：20?22.

[7] 孫銘芳.直擴信號檢測和 PN 碼參數估計的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2006.

[8] KUEHLS J F， GERANIOTIS E. Presence detection of binary?phase?shift?keyed and direct?sequence spread spectrum signals using a prefilter?delay?and?multiply device [J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications， 1990， 8（5）： 915?933.

[9] FRENCH C A， GARDNER W A. Spread spectrum de?spreading without the code [J]. IEEE Transactions on Communications， 1986， 34（4）： 404?407.

[10] 徐健飛，汪芙平，王贊基.基于信號分解的MFSK信號碼元速率估計算法[J].計算機科學，2012，39（2）：66?67.