基于分级识别的软件无线电调制信号分类识别

基于分级识别的软件无线电调制信号分类识别

1准相制的识别软件无线电改变了传统通信系统的独特设置风格。它具有多段、多功能、多系统的特点，因此双方都可以使用多种通信形式来通信。如何快速稳定地识别出接收信号的调制方式,从而正确解调出信息,已成为软件无线电技术在应用中必需解决的重要问题。一般来说,调制方式识别需要预知较精确的中心频率和信号带宽,然后通过这些相对较少的先验知识确定信号解调所需要的各种参数。近几年涌现出许多调制识别的方法:Swami等在已知星座图的基础上利用高阶累积量对非线性相位信号,如正交幅度调制(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)、多进制频移键控(MultiFrequencyShiftKeying,MFSK)、多进制数字相位调制(MultiplePhaseShiftKeying,MPSK))进行统计判决;Haruhiko等在码元同步的基础上,估计传输带宽、码元周期和调制指数作为参数识别高斯滤波最小频移键控(GaussianFilteredMinimumShiftKeying,GMSK)信号。上述识别方法对同步要求较高,且在线性相位调制如最小频移键控(MinimumShiftKeying,MSK)、GMSK、平滑调频(TamedFrequencyModulation,TFM)和非线性相位调制如二进制相移键控(BinaryPhaseShiftKey,BPSK)、正交相移键控(QuadraturePhaseShiftKeying,QPSK)、π/4非线性对差分正交相移键控(DifferentialQuadraturePhase-ShiftKeying,DQPSK)相混合的情况下,识别效果不够理想。本文采用分级识别的方法,即第一级识别根据反映信号包络变化的R参数对调制信号进行粗略划分,分类为恒包络调制和非恒包络调制;然后选择信号平方谱、瞬时相位平方的双谱对调制信号进行细分类,完成全部识别工作。该方法无需载波同步,当码元数为500、信噪比为3dB时,识别率达到92%以上。2光谱特征和双谱定义2.1归一化信号特征信号平方谱定义为接收信号平方后的频谱,它反映了调制信号倍频后的频谱分布特性。各调制方式的平方谱线如图1所示(信号载频归一化为0.0625、信噪比为3dB)。对BPSK信号,平方谱在2倍载频处有很强的分量如图1(a)所式,而QPSK和π/4DQPSK信号则无此特征。TFM,MSK,GMSK在归一化频率为0.00936和0.15615处都存在较强分量,但TFM谱线分布较分散,归一化幅度为0.5以上的谱线数大于2。因此可以根据谱线数识别出BPSK和TFM。2.2半零调制双谱图法设x(n)为一零均值的k阶平稳随机过程,该过程的k阶累积量定义为:式(1)满足绝对可和,即,则k阶累积量谱定义为k阶累积量的k-1维Fourier变换:在实际中最常用的是三阶谱也称为双谱。为了使特征明显,瞬时相位ϕ(t)的平方即ϕ1(t)=ϕ(t)2,把x(n)=ϕ1(t)2,k=3代入式(1)和(2)得到1ϕ(t)的双谱。由于BPSK,TFM可以通过平方谱的谱线数识别出来,因此只需计算QPSK,π/4DQPSK,MSK和GMSK瞬时相位平方的双谱,图2为以上四种调制方式双谱的等高线图(为方便说明问题图中并未加噪声)。由图2可以看出这四种调制方式的峰值基本位于主对角线上,QPSK谱峰呈椭圆形,π/4DQPSK谱峰呈扁圆形,MSK的双谱有三个十分接近的峰值,排列方向与主对角线平行,GMSK双谱有两个峰值,峰值之间有一定距离,排列方向与主对角线方向平行。3分类参数3.1r参数3.2计算单谱线的比值计算信号的平方谱,并对幅度进行归一化;找出最大值和不相邻的次大值,计算它们的比值。若比值大于某一阈值则为单谱线;若小于阈值则取剩下谱线中的最大值,计算它与次大值的比值,若比值大于阈值则为双谱线。3.3/4gqpsk的双谱切片与噪声式中:ai为双谱对角切片的归一化幅度,L为双谱峰值的宽度。考虑到MSK,GMSK,QPSK和π/4DQPSK的相位轨迹各不相同,其瞬时相位平方1ϕ(t)的双谱将在一定程度上反映信号的特征。图3为四种调制方式双谱的对角切片,图中横坐标为归一化频率,平行于横坐标的虚线为判决谱宽度的门限th(本文取0.3)。QPSK和π/4DQPSK双谱的切片都是单峰,检测到峰值再以th为门限即可确定双谱的宽度L1,L2;MSK的双谱切片的三个峰值十分接近,当有噪声时峰值几乎相连,因此取三个峰值的总宽度为L3;GMSK对角切片的两个峰值都较窄,取最大峰值的宽度为L4。在高斯白噪声信道中,信号的双谱被噪声污染,使得峰值宽度不稳定,因此采用谱线的归一化能量作为判决准则。峰值能量与信噪比的关系如图4所示,信噪比的取值范围为-7～15dB。从图4中可以看出:当信噪比大于3dB时,Eb参数有较好的稳定性,且MSK,GMSK特征明显,能很好地区分。4包络变化程度的比较根据以上分析,可按图5所示流程完成识别,其中R为信号包络变化程度的参数,N为平方谱的谱线数,Eb为双谱峰值能量,th1,th2,th3分别为门限。5gaus虾nnoisa信道信号分类根据上文介绍的方法,仿真在加性白高斯噪声(AdditiveWhiteGaussianNoise,AWGN)信道下,对BPSK,QPSK,π/4DQPSK,MSK,GMSK和TFM六种信号进行分类。信号的归一化载波频率为0.0625,每次对500个样点进行处理,每个识别样本仿真200次。6马克思主义识别率仿真本文采用分级调制识别的方案对BPSK,QPSK,π/4DQPSK,MSK,GMSK和TFM六种信号进行分类识别,第一步采用反映包络变化的R参数进行粗分类,把以上六种调制方式分成恒包络调制和非恒包络调制两大类,再利用信号平方谱线数和本文提出的双谱峰值能量两个参数相结合的方式细分出六种调制方式。经仿真表明:在调制方式未知、精确载频未知的情况下,该方案具有较高的识别率。该R参数反应信号包络的变化程度,表达式为:式中:µ和2σ分别是信号ts)(包络平方的均值和方差。定义双谱峰值能量Eb为:图6为六种调制方式的识别率随信噪比变化图,图中信噪比范围为-7～15dB,其中BPSK和TFM的识别率均较高,这是因为BPSK在2倍频处有较强的分量,而TFM平方谱的谱线分布较分散,特征明显;QPSK的识别率随着信噪比的增加迅速提高,因为在信噪比小于-3dB时QPSK的双谱峰值能量Eb与π/4DQPSK的Eb很