一种识别卫星通信信号调制方式的方法技术

本发明专利技术公开了一种识别卫星通信信号调制方式的方法。其方案为：1.对接收信号滤波，得到待识别信号；2.对待识别信号进行功率谱平滑、载波频率估计和相干解调，得到解调后信号；3.估计解调后信号的码元速率；4.利用信号二次方谱，确定接收信号是否为二进制相移键控信号；5.利用信号四次方谱、载波频率和码元速率确定接收信号是否为四进制相移键控信号或十六正交幅度调制信号；6.利用信号八次方谱，确定接收信号是否为八进制相移键控信号；7.利用信号十二次方谱、载波频率和码元速率，确定接收信号是否为十六振幅相移键控信号。本发明专利技术识别准确率高，能实现对卫星通信信号调制方式的全盲实时识别，可用于卫星通信信号的实时监测。

【技术实现步骤摘要】
一种识别卫星通信信号调制方式的方法
本专利技术属于卫星通信
，特别是一种涉及卫星通信信号的调制方式识别方法，可用于卫星通信信号的实时监测。
技术介绍
在卫星信号通信与遥测领域，调制方式识别具有十分重要意义，它是解调器正确解调信号并获取卫星通信链路信息的必要前提条件。常用的卫星通信信号有二进制相移键控BPSK信号、四进制相移键控QPSK信号、八进制相移键控8PSK信号和十六正交幅度调制16QAM信号。转发器及天线技术的发展使得高阶调制应用变得越来越广泛，例如新一代数字卫星广播DVB-S2标准就采用了十六振幅相移键控16APSK、三十二振幅相移键控32APSK等高阶调制，高阶调制的应用能够有效提高频谱效率，这在频谱资源紧张的现代通信中具有十分重要的意义。目前，国内外已发表的有关调制识别的文献中，调制识别方法可以分为统计模式识别和判决理论识别两大类。统计模式识别方法是指从接收信号中提取出信号的特征参数，然后根据这些特征参数来判决信号的调制方式；判决理论识别方法则复杂很多，以概率论和假设检验中的贝叶斯理论作为指导，来识别信号的调制方式，这种方法需要知道信号的一些先验知识并且运算量也很大。由于统计模式识别方法可以实现调制样式的盲识别，因此得到了广泛的应用。2004年王建新和宋辉发表的期刊文章“基于星座图的数字调制方式识别”中提出了一种基于星座图的分类算法，《通信学报》，25(6):166-173。该算法是先对信号减法聚类，再提取聚类中心与理想星座图模型进行匹配。2014年廖灿辉、涂世龙和万坚发表的期刊文章“一种抗频偏的卫星幅相调制信号识别算法”中提出了一种自适应构造幅度分布模板的方法，《电子与信息学报》，36(2):346-352。该方法是先自适应构造幅度分布模板，再计算实际信号幅度分布向量与幅度分布模板间的匹配误差。2011年田上成、王可人和金虎发表的期刊文章“卫星通信中数字调相信号调制方式识别方法研究”中提出了一种根据信号八阶累积量和四阶累积量提取一组特征参数的方法，《信号处理》,27(2):271-275)。2011年徐峰发表的期刊文章“卫星通信常用调制方式的自动识别”中提出了一种根据信号功率谱、平方谱和四次方谱提取一组特征参数的方法，《信息通信》,(5):16-17。上述方法在卫星通信这一特殊通信场景下存在以下不足：1、所使用特征参数的提取往往需要较多的先验知识，不能进行全盲识别；2、没有考虑升余弦成形对信号分类特征的影响，使得算法的正确识别率下降甚至失效；3、算法复杂，难以做到实时的调制方式识别；4、高阶累积量受频偏影响较大，使得算法在存在频偏情况下正确识别率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有方法的不足，提出一种识别卫星通信信号调制方式的方法，以简化识别的复杂度，提高识别率，实现对卫星通信信号调制方式的全盲实时识别。为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下：(1)接收待处理的调制信号r(t)，并对其进行带通滤波，得到待识别信号z(t)；(2)对待识别信号z(t)进行分段处理，计算每段信号的功率谱，并对功率谱依次进行平滑处理和载波频率估计，得到平滑后信号w(t)和载波频率fc；(3)将平滑后信号w(t)与本地振荡器输出的信号相乘，再通过匹配滤波滤除其高频分量，得到解调后的两路基带信号I(t)和Q(t)，由两路基带信号I(t)和Q(t)得到一路复基带信号：s(t)＝I(t)+jQ(t)，其中，I(t)＝a(t)cosΔθ+b(t)sinΔθQ(t)＝-a(t)sinΔθ+b(t)cosΔθ式中a(t)为平滑后信号的同向分量，b(t)为平滑后信号的正交分量，Δθ为平滑后信号与本地振荡器输出信号的相位差；(4)计算复基带信号s(t)相邻码元间的距离与时间间隔的比值，得到速率信号vl(t)，再计算速率信号的频谱，得到码元速率sr；(5)对复基带信号s(t)做平方运算，对平方运算后的信号做傅里叶变换，得到二次方频谱，判断二次方频谱是否存在谱峰，如果二次方频谱存在谱峰，则将接收的调制信号r(t)作为二进制相移键控BPSK信号，识别结束，否则，执行步骤(6)；(6)对复基带信号s(t)做四次方运算，对四次方运算后的信号做傅里叶变换，得到四次方频谱，判断四次方频谱是否存在谱峰，如果四次方频谱存在谱峰，则先根据四次方频谱、载波频率fc和码元速率sr进行频偏纠正，再确定出四进制相移键控QPSK信号或十六正交幅度调制16QAM信号，识别结束，否则，执行步骤(7)；(7)对复基带信号s(t)做八次方运算，对八次方运算后的信号做傅里叶变换，得到八次方频谱，判断八次方频谱是否存在谱峰，如果八次方频谱存在谱峰，则将接收的调制信号r(t)作为八进制相移键控8PSK信号，识别结束，否则，执行步骤(8)；(8)对复基带信号s(t)做十二次方运算，对十二次方运算后的信号做傅里叶变换，得到十二次方频谱，判断十二次方频谱是否存在谱峰，如果十二次方频谱存在谱峰，则先根据十二次方频谱、载波频率fc和码元速率sr进行频偏纠正，再确定出十六振幅相移键控16APSK信号或十六正交幅度调制16QAM信号，识别结束，否则,无法识别接收信号的调制方式。本专利技术与现有技术相比，具有以下特点：1、提高了对卫星通信信号的识别率。由于卫星通信信号采用的是升余弦成型，信号的频谱峰值处往往存在相邻或相近的最大值或次大值，这种情况下，传统的基于高次方频谱谱峰数目的调制方式识别方法会将一个谱峰误判为两个谱峰，导致调制方式识别错误，本专利技术充分考虑了升余弦成形对信号频谱的影响，采用是否存在谱峰作为判决规则，避免了这种错误情况，适合卫星通信信号的特点，提高了对卫星通信信号的识别率。2、可实现全盲的调制方式识别本专利技术采用了高次方频谱和高阶累计量相结合的方法，由于高阶累计量和高次方频谱不依赖于先验知识，包括滚降系数、调制指数、信噪比、载波相位等，因而做到了全盲的调制方式识别。3、扩大了识别的调制方式种类。由于传统的卫星通信信号调制方式识别方法只是单一的采用高阶累计量或者高次方频谱来进行识别的，因此只能识别三类信号：二进制相移键控BPSK信号、四进制相移键控QPSK信号和八进制相移键控8PSK信号，本专利技术采用了高阶累计量和高次方频谱相结合的方法，能在正确识别以上三种调制信号的基础上，还可以识别新一代的卫星通信信号，即十六正交幅度调制16QAM信号和十六振幅相移键控16APSK信号；4、实现复杂度低。本专利技术由于直接对基带信号的高次方频谱进行特征提取，省略了传统方法中对包络谱的计算，同时本专利技术对于二次方频谱、四次方频谱、八次方频谱和十二次方频谱采用统一的谱峰判决方法，简化了判决规则，降低了算法实现的复杂度，可以实现卫星信号调制方式的实时识别；5、消除了频偏对识别率的影响。由于在接收的调制信号存在频偏时，复基带信号的高阶累积量实际值与复基带信号的高阶累计量理论值存在很大的偏差，这种情况下，传统的基于高阶累积量的调制方式识别方法识别率很低，本专利技术充分考虑了频偏对复基带信号的高阶累计量实际值的影响，提出了基于复基带信号高次方频谱的频偏估计算法，消除了频偏对高阶累计量的影响，进而消除了频偏对识别率的影响。附图说明图1是本专利技术的实现流程图。图2是本专利技术不同进制信号的二次方频谱图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种识别卫星通信信号调制方式的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)接收待处理的调制信号r(t)，并对其进行带通滤波，得到待识别信号z(t)；(2)对待识别信号z(t)进行分段处理，计算每段信号的功率谱，并对功率谱依次进行平滑处理和载波频率估计，得到平滑后信号w(t)和载波频率f

【技术特征摘要】
1.一种识别卫星通信信号调制方式的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)接收待处理的调制信号r(t)，并对其进行带通滤波，得到待识别信号z(t)；(2)对待识别信号z(t)进行分段处理，计算每段信号的功率谱，并对功率谱依次进行平滑处理和载波频率估计，得到平滑后信号w(t)和载波频率fc；(3)将平滑后信号w(t)与本地振荡器输出的信号相乘，再通过匹配滤波滤除其高频分量，得到解调后的两路基带信号I(t)和Q(t)，由两路基带信号I(t)和Q(t)得到一路复基带信号：s(t)＝I(t)+jQ(t)，其中，I(t)＝a(t)cosΔθ+b(t)sinΔθQ(t)＝-a(t)sinΔθ+b(t)cosΔθ式中a(t)为平滑后信号的同向分量，b(t)为平滑后信号的正交分量，Δθ为平滑后信号与本地振荡器输出信号的相位差；(4)计算复基带信号s(t)相邻码元间的距离与时间间隔的比值，得到速率信号vl(t)，再计算速率信号的频谱，得到码元速率sr；(5)对复基带信号s(t)做平方运算，对平方运算后的信号做傅里叶变换，得到二次方频谱，判断二次方频谱是否存在谱峰，如果二次方频谱存在谱峰，则将接收的调制信号r(t)作为二进制相移键控BPSK信号，识别结束，否则，执行步骤(6)；(6)对复基带信号s(t)做四次方运算，对四次方运算后的信号做傅里叶变换，得到四次方频谱，判断四次方频谱是否存在谱峰，如果四次方频谱存在谱峰，则先根据四次方频谱、载波频率fc和码元速率sr进行频偏纠正，再确定出四进制相移键控QPSK信号或十六正交幅度调制16QAM信号，识别结束，否则，执行步骤(7)；(7)对复基带信号s(t)做八次方运算，对八次方运算后的信号做傅里叶变换，得到八次方频谱，判断八次方频谱是否存在谱峰，如果八次方频谱存在谱峰，则将接收的调制信号r(t)作为八进制相移键控8PSK信号，识别结束，否则，执行步骤(8)；(8)对复基带信号s(t)做十二次方运算，对十二次方运算后的信号做傅里叶变换，得到十二次方频谱，判断十二次方频谱是否存在谱峰，如果十二次方频谱存在谱峰，则先根据十二次方频谱、载波频率fc和码元速率sr进行频偏纠正，再根据高阶累积量确定出十六振幅相移键控16APSK信号，识别结束，否则无法识别接收信号的调制方式。2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(4)中估计码元速率，按如下步骤进行：(4a)由解调后两路基带信号I(t)和Q(t)的表达式，得到速率信号vl(t)：其中，fs为采样频率，a(t)为平滑后信号的同向分量，b(t)为平滑后信号的正交分量；(4b)对速率信号vl(t)做傅里叶变换，得到其频谱图，将频谱图中最大峰值处对应的频率作为码元速率估计值sr。3.如权利要求1所述的方法，其中步骤(5)中判断二次方频谱是否存在谱峰，按如下步骤进行：(5a)在二次方频谱中，设频偏对应的信号点范围为(0,sr+2fmax)，令(0,sr+2fmax)范围内信号点的频谱值为0，得到去除频偏的二次方谱，其中，sr为码元速率，fmax为系统允许的最大频偏；(5b)在去除频偏的二次方频谱中，搜索频谱的最大值和次大值，并计算该频谱的最大值和次大值的比值P1；(5c)设置二次方谱情况下的门限值为Th1，将去除频偏的二次方频谱的最大值和次大值的比值P1与二次方谱情况下的门限值Th1进行比较：如果P1≥Th1，则存在谱峰，如果P1＜Th1，则不存在谱峰。4.如权利要求1所述的方法，其中步骤(6)中判断四次方频谱是否存在谱峰，按如下步骤进行：(6a)在四次方频谱中，设频偏对应的信号点范围为(0,sr+4fmax)，令(0,sr+4fmax)范围内信号点的频谱值为0，得到去除频偏的四次方频谱，其中，sr为码元速率，fmax为系统允许的最大频偏；(6b)在去除频偏的四次方频谱中，搜索频谱的最大值和次大值，并计算该频谱的最大值和次大值的比值P2；(6c)设置四次方谱情况下的门限值为Th2，将去除频偏的四次方频谱的最大值和次大值的比值P2与四次方谱情况下的门限值Th2进行比较：如果P2≥Th2，则存在谱峰，如果...

【专利技术属性】
技术研发人员：任光亮，董雪，傅金澍，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61