通信衛(wèi)星信號(hào)體系調(diào)制識(shí)別技術(shù)

宋　洋大慶油田鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司信息中心，黑龍江大慶　163411

?

通信衛(wèi)星信號(hào)體系調(diào)制識(shí)別技術(shù)

宋洋
大慶油田鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司信息中心，黑龍江大慶163411

摘要通信衛(wèi)星的信號(hào)體系研究中，調(diào)制方式的識(shí)別是一個(gè)實(shí)用性非常強(qiáng)的研究熱點(diǎn)。在沒有任何檢驗(yàn)條件的環(huán)境下，取自復(fù)雜且具有噪聲環(huán)境下的信號(hào)要想分離出目標(biāo)信號(hào)，且獲得有用的信息，就需要經(jīng)過一系列科學(xué)可靠的研究方能實(shí)現(xiàn)。文章從通信衛(wèi)星信號(hào)體系的識(shí)別方法入手，著重分析通信衛(wèi)星信號(hào)特征的提取技術(shù)，并提出一種基于高階累積量與頻譜特征的識(shí)別算法，系統(tǒng)闡述仿真實(shí)驗(yàn)條件下的通信衛(wèi)星信號(hào)調(diào)制識(shí)別技術(shù)。

關(guān)鍵詞通信衛(wèi)星；信號(hào)體系；調(diào)制識(shí)別

隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的全面發(fā)展與應(yīng)用，通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別技術(shù)越來越復(fù)雜與多樣化［1］。在衛(wèi)星通信技術(shù)信號(hào)傳輸安全的研究中，把截獲的通信信號(hào)進(jìn)行調(diào)制識(shí)別處理，能夠發(fā)現(xiàn)所截獲的通信信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)的方式，以及與之相對應(yīng)的通信系統(tǒng)物理層的參數(shù)。在確定正確的調(diào)解參數(shù)之后，經(jīng)過解擾、解碼和解密的過程，便可以獲得可靠的情報(bào)信息。通信衛(wèi)星信號(hào)體系中，常見的信號(hào)有MPSK及高階調(diào)制信號(hào)等。研究中針對這種高階累積量和譜線特征識(shí)別的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，在仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中成果顯著，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示其具有良好的性能。

1　通信衛(wèi)星信號(hào)體系的識(shí)別方法

在基于高階累積量的分類識(shí)別技術(shù)中，由于信號(hào)幅度對計(jì)算結(jié)果存在很大的影響，因此在專業(yè)的研究領(lǐng)域需要采用一種叫做“信號(hào)星座圖”的方式來對通信信號(hào)的平均功率進(jìn)行研究，例如在MPSK調(diào)制與解調(diào)信號(hào)的星座圖中，當(dāng)信號(hào)點(diǎn)所在圓的半徑為r時(shí)，r與信號(hào)功率的關(guān)系可用如下公式表示：

當(dāng)令等式左邊等于零時(shí)，可計(jì)算得到半徑r=1。

針對特定特征的信號(hào)，比如16APSK信號(hào)的平均功率便可將公式簡化為

此時(shí)，便可在相關(guān)參數(shù)值確定的情況下獲得準(zhǔn)確的值。由于噪音和通信的信號(hào)之間是相互獨(dú)立的，因此在高階的信號(hào)中，當(dāng)一種高階噪音能夠達(dá)到三階以后，累積量就變成零，在這個(gè)時(shí)候高階噪音的影響就可以完全的忽略不計(jì)了，由此可以看出高階累積量的信號(hào)通信技術(shù)能夠?qū)σ种圃胍羝鸬胶艽蟮淖饔茫?］。在MPSK信號(hào)中，假設(shè)發(fā)送的碼元與疊加了高斯噪聲的混合信號(hào)，但其是獨(dú)立分布的，這樣經(jīng)過相應(yīng)的各個(gè)階段的累積，便可形成各種特征信號(hào)在不同的通信階段累積量的計(jì)算理論值。在實(shí)際運(yùn)用中，將這些信號(hào)在特定的星座圖內(nèi)圓半徑全部設(shè)為1，便可獲得各個(gè)累積量的理論值。再將這些不同調(diào)制方式的各階累積量值制成表格，便可很清楚的顯示出不同調(diào)制類型下的各階累積量值。

2　通信衛(wèi)星特征提取技術(shù)

通過上述形成的累積量值表格，在進(jìn)一步分析與研究后，可得到一些規(guī)律［3］。為了進(jìn)一步研究調(diào)制識(shí)別技術(shù)，根據(jù)高階累積量的性質(zhì)我們可以進(jìn)一步采用數(shù)學(xué)建模的方法進(jìn)行計(jì)算研究，獲得相對半徑在取不同值時(shí)，對結(jié)果的影響大小。實(shí)踐證實(shí)，這種影響較小，只要考慮在特定值情況下的信號(hào)高階累積量的模型值，并進(jìn)行對比研究，就可以進(jìn)一步驗(yàn)證固定載波相位的誤差對分類特征參數(shù)的影響。在得到不同調(diào)制方式特征參數(shù)的理論值之后，我們需要考慮噪聲干擾對特征值的偏差影響。這就需要對不同調(diào)制方式下的信號(hào)，在各種信號(hào)干擾下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)研究，判斷有效識(shí)別的可能性。

在研究中發(fā)現(xiàn)，不同的調(diào)制方式下，特征參數(shù)曲線的分布有較差時(shí)是無法有效識(shí)別信號(hào)的。而當(dāng)噪聲在一定值的范圍時(shí)，曲線基本重合，而在更小范圍值下，這種特征值又處于規(guī)律可循的狀態(tài)下。在實(shí)踐研究中，只需要對其進(jìn)行定性的判斷便可，比如，當(dāng)各調(diào)制方式的分類特征參數(shù)F在如下約束條件時(shí)，可判斷出通信系統(tǒng)所使用的調(diào)制類型：

當(dāng)F＞th1時(shí)，可判斷調(diào)制類型為BPSK；

當(dāng)th2＜F＜th1，可判斷調(diào)制類型為｛QPSK、

OQPSK｝；

當(dāng)th3＜F＜th2，可判斷調(diào)制類型為8PSK；當(dāng)F＜th3，可判斷調(diào)制類型為16APSK。

在特征提取研究之后，就要基于譜線特征分類識(shí)別調(diào)制信號(hào)。基于特征判斷，可以看出各種信號(hào)的累積量完全有相似性。同理進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)算，可以得到周期特性的離散鐠線特征，以及經(jīng)過四次方統(tǒng)計(jì)計(jì)算的四次方譜。

3　通信衛(wèi)星譜線特征分類識(shí)別

在不同類型信號(hào)的鐠線特征分類識(shí)別中，也是根據(jù)完全相同的星座圖進(jìn)行計(jì)算分析的過程［4］。在傳統(tǒng)的求高階累積量的過程中，我們發(fā)現(xiàn)信號(hào)的兩路碼元正好相差半個(gè)碼元周期，因此就要尋求該信號(hào)的譜線特征，才能夠完成類內(nèi)的識(shí)別。

通過數(shù)學(xué)建模，在計(jì)算之后，我們發(fā)展調(diào)制信號(hào)具有固定周期性，可建立二階循環(huán)平穩(wěn)過程。當(dāng)周期值確定時(shí)，信號(hào)的二次方形式的統(tǒng)計(jì)期望值，再經(jīng)過變形計(jì)算便可獲得信號(hào)平方譜。一個(gè)信號(hào)的時(shí)變共軛自相函數(shù)的周期性，能夠使得該信號(hào)在一個(gè)頻率域，產(chǎn)生出呈現(xiàn)離散特征的譜線。這個(gè)OQPSK信號(hào)的平方譜與四次方譜所呈現(xiàn)的結(jié)論為：當(dāng)信號(hào)的譜線幅度隨頻率衰減較快時(shí)，特性頻率處的鐠線便很難被檢測到。這樣，在仿真實(shí)驗(yàn)測試的時(shí)候，便需要通過平方譜，將這OQPSK譜與QPSK譜識(shí)別出來。即采用信號(hào)放大的方式進(jìn)行研究。

理論研究表明，在常見的衛(wèi)星通信信號(hào)研究中，利用高階累積量來實(shí)現(xiàn)不同點(diǎn)數(shù)信號(hào)的類間識(shí)別，接著使用二次方譜與四次方譜對同點(diǎn)數(shù)的兩種信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，具有良好的效果。衛(wèi)星信號(hào)體系的調(diào)制識(shí)別技術(shù)，經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具有良好的使用性能。

參考文獻(xiàn)

［1］李云，趙艷麗，趙為糧，等.衛(wèi)星通信中定時(shí)誤差檢測改進(jìn)算法［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2014，36（1）：149-154.

［2］黨月芳，徐啟建，張杰，等.高階累積量和分形理論在信號(hào)調(diào)制識(shí)別中的應(yīng)用研究［J］.信號(hào)處理，2013，29 （6）：761-765.

［3］李探元，任宏，劉小寶.基于Simulink的脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.無線通信技術(shù)，2011（4）.

［4］潘恒曦，辛旺，范蟠果.Zigbee在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用［C］//2010年西南三省一市自動(dòng)化與儀器儀表學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.貴陽，2010.

中圖分類號(hào)G2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)2096-0360（2016）10-0037-01

作者簡介：宋洋，大慶油田鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司信息中心。