基于W61PC的短波數(shù)字信號分析

蘆偉東

（國家無線電監(jiān)測中心哈爾濱監(jiān)測站，哈爾濱 150010）

基于W61PC的短波數(shù)字信號分析

蘆偉東

（國家無線電監(jiān)測中心哈爾濱監(jiān)測站，哈爾濱 150010）

本文首先介紹了數(shù)字信號的特征參數(shù)、常用的短波數(shù)字通信體制和W61PC分析信號流程，對典型短波數(shù)字信號進行識別，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，分析了W61PC對不同信噪比數(shù)字信號的識別能力。

W61PC；信號識別；數(shù)字信號

1　引言

短波通信一直都是通信領域中的重要組成部分，尤其是近年來，短波數(shù)字信號更是短波通信的主力軍。所以，短波無線電監(jiān)管部門必須具備對短波數(shù)字信號的識別能力。但是在實際監(jiān)測工作中，是否能夠準確識別出未知數(shù)字信號的調(diào)制方式等參數(shù)取決于信號的信噪比，因此，找到能夠準確識別數(shù)字信號的信噪比門限值，對于判斷我們是否有能力識別出監(jiān)測到的數(shù)字信號具有重要意義。

2　數(shù)字信號

2.1概念和特征參數(shù)

數(shù)字信號可以有多重的含義。它可以用來表示已經(jīng)數(shù)字化的離散時間信號，或者表示數(shù)字系統(tǒng)中的波形信號。這里所指的數(shù)字信號指自變量是離散的，因變量也是離散的信號，這種信號的自變量用整數(shù)表示，因變量用有限數(shù)中的一個數(shù)字表示。數(shù)字信號的特點是幅度的取值是離散的，而且幅度值被限制在有限個數(shù)值之內(nèi)。

識別數(shù)字信號的關鍵就在于能夠?qū)ζ渥陨硭奶卣鲄?shù)做出準確判斷。波特率（Baud rate）即調(diào)制速率，是指調(diào)制載波的速率，是單位時間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)變化的次數(shù)。圖1是對FSK信號波特率的分析示意圖。碼元速率即符號速率（Symbol rate）是指每秒鐘傳送的碼元數(shù)。圖2是對PSK信號碼速率的分析示意圖。在日常監(jiān)測工作中，必須準確判定波特率和碼元速率才能進行后續(xù)的數(shù)字信號分析工作。

表1　典型短波數(shù)字通信體制

圖1　FSK信號波特率分析

圖2　PSK信號碼速率分析

2.2典型短波數(shù)字通信體制

常見的短波數(shù)字通信體制如表1所示。由于目前大部分監(jiān)測設備只能解調(diào)模擬信號，在接收數(shù)字信號時，一般采用CW，LSB或USB解調(diào)方式進行錄音，然后再對錄制的音頻文件進行后續(xù)分析。

2.3信號識別的一般方法

模式識別法是目前比較流行的數(shù)字信號識別方法。一般包含輸入信號、提取特征參數(shù)和識別調(diào)制方式三個步驟。如圖3所示。

圖3　一般調(diào)制識別方法

對信號進行預處理，是將截收信號的文件格式轉(zhuǎn)換為適合分析處理的信號文件，并初步估計基本參數(shù)。提取特征參數(shù)是從經(jīng)過預處理的信號文件中提取出該信號獨有的特征參數(shù)。根據(jù)得到的特征參數(shù)，通過模式識別分類算法得出調(diào)制方式。

3　W61PC分析信號流程簡介

W61PC信號解碼卡是瑞士某公司生產(chǎn)的一款高性能信號解碼卡。它支持通過局域網(wǎng)遠程操控應用軟件，可以實時分析音頻或中頻信號，也可以分析離線的音頻文件。在常規(guī)監(jiān)測時，利用W61PC軟件對疑似數(shù)字信號的錄音文件進行逐一分析。首先對信號進行快速傅里葉變換（FFT）實時頻譜分析，觀察二維頻譜圖、三維頻譜圖、聲譜圖，通過幅頻特性可以清楚的看到信號波形的頻譜狀態(tài)，從而掌握信號的頻率成分。然后進行分類識別、通信體制識別和解碼。由于短波信號多徑傳播的復雜性，極易受到噪聲干擾，造成信噪比下降，所以并不能對所有錄音信號進行準確的識別。

4　常見短波數(shù)字信號分析

以四種常見短波數(shù)字信號為例，給出W61PC分析不同數(shù)字信號的信噪比門限。

4.1ALIS

ALIS（Automatic Link Establishment，自動鏈路建立）系統(tǒng)廣泛應用于各種外交部門，比如德國、意大利等，也可用于電話或數(shù)據(jù)傳輸。該協(xié)議具有自適應性的特點：傳播條件根據(jù)時間、季節(jié)、太陽黑子數(shù)和各站點的位置而定。ALIS通過主動信道分析，允許在指配的頻帶內(nèi)選擇最大可用頻率（MUF）。如果信號質(zhì)量太差，ALIS的傳輸站點會改變信號載波頻率直到獲得最佳的傳輸質(zhì)量為止。該系統(tǒng)主要采用2FSK調(diào)制方式，調(diào)制速率一般為228.7波特，170Hz頻移。通過實驗，發(fā)現(xiàn)只有信噪比在30dB以上才能利用W61PC卡對ALIS信號進行正確的調(diào)制方式識別和解碼。圖4（a）為ALIS信號的波特率分析圖，圖4（b）為解碼圖。

圖4?。╝） ALIS信號波特率分析

圖4　（b） ALIS信號解碼

4.2GW-PSK

GW-PSK應用于全球無線海事數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，是船舶與陸地間的重要通信手段，在短波頻段，可以利用它向船舶提供海上電子郵件、通話等服務。GW-PSK信號的主要參數(shù)為：DQPSK和D8PSK調(diào)制方式，400Hz帶寬，傳輸速率400b/s，符號速率200Baud。通過對比試驗，發(fā)現(xiàn)信噪比只有19dB以上才能利用W61PC卡進行自動識別和解碼。圖5為GW-PSK信號的解碼圖。

圖5　GW-PSK信號解碼

4.3SSTV

SSTV是慢掃描電視（Slow Scan Television）的英文首字母縮寫，它是由美國業(yè)余無線電愛好者于1958年提出來的，調(diào)制方式采用FSK，最初只能用來傳輸黑白圖像，現(xiàn)在則主要傳輸彩色圖像。慢掃描電視技術可以通過普通的3kHz話音信道傳輸圖像，所以這項技術也被運用在其他領域中，稱為“靜止畫面?zhèn)鬏敗?。SSTV音頻信號節(jié)奏感很強，比較容易通過聲音判斷。通過對比實驗，發(fā)現(xiàn)只有當信噪比在27dB以上時，才能用W61PC卡完整的解碼出SSTV圖像。圖6為SSTV信號解碼圖。表2為常用的SSTV頻率表。

表2　SSTV信號常用頻率

4.4MORSE

MORSE電碼（Morse alphabet）是由美國人摩爾斯于1837年發(fā)明的，由點dot（.）和劃dash（-）兩種字符組成。任意一種書面文字，都能用摩爾斯電碼來表示。與其他無線電通信方式相比，MORSE的優(yōu)點是所需設備簡單、占用帶寬窄、發(fā)射效率高和在同等條件下通信距離更遠。通過對比實驗，發(fā)現(xiàn)只有信噪比在15dB以上，才能利用W61PC進行解碼。圖7是對MORSE信號的解碼，該信號的傳輸速度為8wpm（每分鐘傳輸8個字符），中心頻率800Hz，帶寬為100Hz。

圖7　MORSE信號解碼

5　結(jié)束語

短波數(shù)字信號受多徑傳輸?shù)挠绊懀旁氡容^低，而W61PC解碼卡能夠準確分析數(shù)字信號所需的信噪比較高，今后應在低信噪比環(huán)境下，更加有效提取信號的特征參數(shù)或者提高信噪比等方面做進一步研究。

Analysis of Short Wave Digital Signal based on W61PC

Lu Weidong
（State Radio Monitoring Center Harbin Monitoring Station ， Harbin 150010 ， China）

This paper firstly introduces the characteristic parameters of digital signal， common HF digital communication system and signal technological process based on W61PC.The typical short wave digital signal recognition， according to the experimental data， it analyses different digital signal recognition ability of W61PC based on signal to noise ratio.

W61PC； signal recognition； digital signal

10.3969/j.issn.1672-7274.2015.03.010

TN92文獻標示碼：A

1672-7274（2015）03-0042-04

蘆偉東，男，本科，工程師，現(xiàn)任職于國家無線電監(jiān)測中心哈爾濱監(jiān)測站，主要研究方向為無線電監(jiān)測、測向。

［1］W61PC/LAN Manual V6.8.1，瑞士，2010