一種MPSK信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別方法

1、徐天揚(yáng)一種信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別方法研究電子與通信工程作為在信號(hào)與信息處理領(lǐng)域中一個(gè)非?；钴S的研究方向，盲信號(hào)分離在圖像處理，通信，電子對(duì)抗等領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用，并取得了大量的成果。信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)是盲信號(hào)處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。在研究信號(hào)的常用分類識(shí)別方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)其識(shí)別特征易受到噪聲以及載波頻率估計(jì)誤差影響的不足，提出一種改進(jìn)的分類識(shí)別方法并對(duì)其分類識(shí)別性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析可知該方法能夠獲得較高的正確識(shí)別率，具有一定的實(shí)用價(jià)值。隨著近些年通信技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，無(wú)線通信的環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，如何在復(fù)雜電磁環(huán)境下有效地掌握電聲信號(hào)的調(diào)制體制及參數(shù)是電聲信號(hào)處理領(lǐng)域的重要

2、研究課題信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)是盲信號(hào)處理的重要組成部分，它可在調(diào)制參數(shù)以及調(diào)制內(nèi)容未知的情況下，判定接收信號(hào)的調(diào)制方式，從而為下一步正確解調(diào)、獲得信號(hào)所攜帶的信息提供理論依據(jù)。信號(hào)的調(diào)制方式識(shí)別可以分為類間識(shí)別和類內(nèi)識(shí)別，類間識(shí)別是指不同調(diào)制體制之間的識(shí)別，比如和之間的識(shí)別區(qū)分；類內(nèi)識(shí)別是指在同一調(diào)制體制下不 同 調(diào) 制 階 數(shù) 間 的 識(shí) 別 區(qū) 分，本 文 主 要 研 究 了信號(hào)的類內(nèi)識(shí)別方法。文獻(xiàn)研究了基于瞬時(shí)相位特征的統(tǒng)計(jì)直方圖進(jìn)行分類識(shí)別的方法，該方法的識(shí)別性能不穩(wěn)定，具有很大的局限性。文獻(xiàn)以相鄰碼元固定位置相位差作為識(shí)別特征，有效地識(shí)別區(qū)分了和信號(hào)。文獻(xiàn)研究了基于信號(hào)特征的零中心歸

3、一化絕對(duì)值方差的識(shí)別方法，該方法可取得較高的正確識(shí)別率。本文針對(duì)文獻(xiàn)中識(shí)別方法的不足研究了一種改進(jìn)的類內(nèi)識(shí)別方法，并對(duì)其識(shí)別性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真。時(shí)相位特征的統(tǒng)計(jì)直方圖進(jìn)行分類識(shí)別的方法.本文針對(duì)文獻(xiàn)中識(shí)別方法的不足研究了一種改進(jìn)的。類內(nèi)識(shí)別方法，并對(duì)其識(shí)別性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)仿真。識(shí)別算法描述常見(jiàn)常見(jiàn)的識(shí)別算法介紹的識(shí)別算法介紹信號(hào)的一般表達(dá)式為：0st nT (21 ) / ,1 ,2,.,nmMmM式中，表示均勻間隔的載波相位，其取值相對(duì)應(yīng)于基帶信號(hào)的分組碼元；表示載波頻率；表示碼元的持續(xù)時(shí)間；（）表示基帶矩形脈沖波形。由式（）可知信號(hào)的調(diào)制階數(shù)等于其初始（） 王曉東：一種信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別方法研

4、究相位個(gè)數(shù)，所以可以通過(guò)提取信號(hào)的瞬時(shí)相位特征來(lái)確定信號(hào)的調(diào)制類型。(1)( )cos(2)()cnsneMPSK tAf tg tnT設(shè)接收信號(hào)為：( )( ) c o s ( )cStatw tt(2)則信號(hào)的解析式可表示為：( )arg ( )arctan ( ( )/( )tz ts ts t式中 表示信號(hào)（）的希爾伯特變換。信號(hào)的瞬時(shí)相位可以通過(guò)解析式求得： (3)( )s t( )( )( )( )( )cj w ttz ta t es tj s t (4)但是式（）計(jì)算得到的相位存在相位卷疊的問(wèn)題，是模后的相位，而區(qū)分識(shí)別信號(hào)需要提取的是碼元的初始相位，所以需要對(duì)求得的瞬時(shí)相位進(jìn)

5、行去相位卷疊處理。定義一個(gè)修正序列(1)2(1)( )2( )(1)2(1)( )2(1)kkkkCiiiCiCiiiCi（5）式中，（）的取值為。將所得修正序列與瞬時(shí)相加便得到了去相位卷疊序列，即：1()()()KnnCn上述所求得的相位還包含有載波引起的線性分量，而信號(hào)區(qū)分識(shí)別需要的是碼元的初始相位，所以還要進(jìn)一步對(duì)上述去相位卷疊的序列去除線性分量，即：21( )( )2/csnnf nf（6）（7）然后對(duì)去線性分量后的序列再進(jìn)行模處理得到的便是識(shí)別調(diào)制類型需要的相位特征信息。如式（）所示，若利用信號(hào) 的 瞬 時(shí) 相 位 來(lái) 實(shí) 現(xiàn)信號(hào)的類內(nèi)識(shí)別的前提是載波頻率已知或信號(hào)預(yù)處理中載波估計(jì)值

6、準(zhǔn)確，那么只有在載波頻率精確的情況下才能去除相位的線性分量，最終得到正確的初始相位特征。但是在實(shí)際情況中截獲信號(hào)的載波頻率是未知的，只能通過(guò)載波估計(jì)得到一個(gè)估計(jì)值，存在誤差，所以該方法在實(shí)際利用中具有很大的局限性。文獻(xiàn)利用檢測(cè)瞬時(shí)相位的統(tǒng)計(jì)直方圖峰值個(gè)數(shù)的辦法實(shí)現(xiàn)信號(hào)的類內(nèi)識(shí)別，但是這種方法受噪聲干擾嚴(yán)重，極大地影響了正確識(shí)別率。改進(jìn)的識(shí)別算法介紹改進(jìn)的識(shí)別算法介紹中瞬時(shí)相位識(shí)別特征易受載波估計(jì)誤差影響的不足，文中采用文獻(xiàn)的思想將相鄰碼元固定位置的相位差作為識(shí)別特征。信號(hào)中第個(gè)碼元的第個(gè)采樣點(diǎn)的相位可表示為：( )(1)2(1)/csciiMKfiMKf則第個(gè)碼元的同一位置采樣點(diǎn)的相位表達(dá)式為

7、：(1)()2()/csciiMKf iMKf（8）（9）所以相鄰兩個(gè)碼元同一位置采樣點(diǎn)的相位差為：()( 1 ) () ( 1 ) 2/csii MkiMKi MKfMf 式中表示碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)；表示相鄰碼元的初始相位的差值。由式（）可知相鄰碼元在同一位置的相位差和沒(méi)有關(guān)系，僅增加了固定的相位偏轉(zhuǎn)量，而初始相位差值取值個(gè)數(shù)就等于信號(hào)的調(diào)制階數(shù)，可見(jiàn)將相鄰碼元固定位置相位差作為識(shí)別特征可有效消除載波估計(jì)誤差的影響。同時(shí)針對(duì)利用統(tǒng)計(jì)直方圖識(shí)別信號(hào)調(diào)制方式的方法易受噪聲干擾的不足，本文采用文獻(xiàn)中求識(shí)別特征零均值歸一化絕對(duì)值方差的方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)的類內(nèi)識(shí)別，極大地提高了識(shí)別方法的抗干擾能力。定

8、義零中心均值歸一化絕對(duì)值方差算子為：（10）（11）222111()1()()|1 |1 |()()NNx nx nxNm ean xNm ean x式中，(）表示（）的均值。以信 號(hào)、信 號(hào)、信 號(hào) 為 例，信號(hào)的相鄰碼元固定位置相位差有兩種取值，其零中心歸一化后的絕對(duì)值是兩個(gè)大小相等的值，所以對(duì)其取方差結(jié)果等于零；而和信號(hào)相鄰碼元固定位置相位差取值分別為個(gè)和個(gè)，其零中心歸一化后的絕對(duì)值是不同的值，所以其方差不為零，如此便可以將區(qū)分識(shí)別出來(lái)。中心歸一化后的絕對(duì)值是不同的值，所以其方差不為零，如此便可以將區(qū)分識(shí)別出來(lái)。同理，信號(hào)經(jīng)過(guò)兩次零均值歸一化后得到兩個(gè)相同的值，而信號(hào)經(jīng)過(guò)兩次零均值歸一化

9、處理得到的值仍不相等，所以同樣通過(guò)求方差就可以將二者區(qū)分開(kāi)。式中，(）表示（）的均值。以信 號(hào)、信 號(hào)、信 號(hào) 為 例，信號(hào)的相鄰碼元固定位置相位差有兩種取值，其零中心歸一化后的絕對(duì)值是兩個(gè)大小相等的值，所以對(duì)其取方差結(jié)果等于零；而和信號(hào)相鄰碼元固定位置相位差取值分別為個(gè)和個(gè)，其零中心歸一化后的絕對(duì)值是不同的值，所以其方差不為零，如此便可以將區(qū)分識(shí)別出來(lái)。中心歸一化后的絕對(duì)值是不同的值，所以其方差不為零，如此便可以將區(qū)分識(shí)別出來(lái)。同理，信號(hào)經(jīng)過(guò)兩次零均值歸一化后得到兩個(gè)相同的值，而信號(hào)經(jīng)過(guò)兩次零均值歸一化處理得到的值仍不相等，所以同樣通過(guò)求方差就可以將二者區(qū)分開(kāi)。仿真結(jié)果分析以、和信號(hào)為例，設(shè)

10、碼速率是，載波頻率是H，采樣頻率是，碼元長(zhǎng)度為，載波估計(jì)誤差.圖存在載波估計(jì)誤差時(shí)信號(hào)相鄰碼元固定位置相位差特征 圖相位特征零均值歸一化后絕對(duì)值方差的曲線圖圖顯示的是假設(shè)載波頻率估計(jì)存在的誤差時(shí)提取的瞬時(shí)相位特征，可以看出，由于載波頻率誤差的存在，對(duì)提取的瞬時(shí)相位特征去線性分量存在殘量，所以會(huì)嚴(yán)重地影響最終的正確識(shí)別率。圖顯示的是在同樣存在載波頻率誤差的前提下，提取的相鄰碼元固定位置相位差特征圖，可以看出、和的相鄰碼元固定位置相位差取值分別為個(gè)、個(gè)和個(gè)，其識(shí)別特征清晰不受載波頻率誤差的影響。圖（）中顯示的是在信噪比為-條件下，求識(shí)別特征的零均值歸一化絕對(duì)值方差的曲線圖，可以看出隨著信噪比的提高

11、，特征相位的零均值歸一化絕對(duì)值方差趨向于零，在信噪比大于時(shí)就可以有效地將信號(hào)識(shí)別出來(lái)； 圖（）顯示的是信號(hào)和經(jīng)過(guò)兩次零均值歸一化處理后取值的絕對(duì)值方差曲線圖，可以看出，在信噪比大于時(shí)便可以有效地區(qū)分識(shí)別信號(hào)和信號(hào)。圖顯示的是在上述條件下信號(hào)的正確識(shí)別率，可以看出即使在低信噪比條件下對(duì)信號(hào)和信號(hào)也有較高的識(shí)別率，識(shí)別率均大于，信號(hào)在信噪比較低的時(shí)候識(shí)別效果不是很理想，主要是因?yàn)樾盘?hào)調(diào)制相位之間差距較小，所以容易受到噪聲的干擾。在信噪比大于時(shí)三種信號(hào)的識(shí)別率均能達(dá)到。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)仿真，可以證實(shí)本文方法具有一定的實(shí)用價(jià)值。結(jié)束語(yǔ)本文在研究常用信號(hào)類內(nèi)識(shí)別方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)其易受載波頻率估計(jì)誤差的影響以及抗噪聲干擾能力較差的不足，以相鄰碼元固定位置相位差的零均值歸一化絕對(duì)值方差為識(shí)別特征，通過(guò)設(shè)置合適的門限值進(jìn)行識(shí)別區(qū)分，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能在較低信噪比條件下取得較高的識(shí)別率，具有一定的實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)：高杰，董巍.基于小波變換的信號(hào)類內(nèi)識(shí)別法信息與信號(hào)處理，（）張晶晶基于小波變換的信號(hào)識(shí)