一種基于數(shù)字接收機(jī)的信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)

陳宇楊 沈雷 許方敏 周盼

摘 要：針對(duì)偵察接收機(jī)信號(hào)調(diào)制模式識(shí)別問(wèn)題，提出一種基于全數(shù)字接收機(jī)理論的信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)，結(jié)合AGC、FFT、位同步環(huán)和載波跟蹤環(huán)技術(shù)，能夠有效識(shí)別輸入信號(hào)強(qiáng)度、載波頻率動(dòng)態(tài)變化的BPSK、QPSK和FSK信號(hào)。利用載波跟蹤環(huán)路頻率跟蹤曲線完成FSK和PSK識(shí)別，利用解調(diào)的基帶數(shù)據(jù)完成BPSK和QPSK識(shí)別。在Altera 公司的Stratix II器件EP2S180F1020C4上利用該方法完成實(shí)現(xiàn)，并對(duì)中國(guó)電子集團(tuán)提供的空口信號(hào)進(jìn)行識(shí)別驗(yàn)證。理論分析和仿真結(jié)果表明，該方法在保證識(shí)別率的同時(shí)可降低算法復(fù)雜度，易于硬件實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：通信偵察;偵察接收機(jī);同步技術(shù);調(diào)制模式識(shí)別

DOI：10. 11907/rjdk. 181999

中圖分類號(hào)：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-7800（2019）002-0105-05

Abstract：In this paper a signal modulation pattern recognition technology based on all-digital receiver theory is proposed to solve the signal pattern recognition problem in reconnaissance receivers. The proposed method combines AGC， FFT， bit synchronization loop and carrier tracking loop technology， and can identify BPSK， QPSK， and FSK signals with dynamic input energy and carrier frequency. The proposed method utilizes the frequency tracking curve of the carrier tracking loop to identify the FSK and PSK signal， and then uses the demodulated baseband data to complete the identification of BPSK and QPSK signal. The proposed method has been implemented on Altera's Stratix II device EP2S180F1020C4， and verified the air interface signal provided by China Electronics Group. Theoretical analysis and simulation results show that the proposed scheme reduces the complexity of the algorithm while ensuring the recognition rate， and it is easy to implement in hardware.

Key Words： communication reconnaissance; reconnaissance receiver; synchronization technology; modulation pattern recognition

0 引言

隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展， 通信頻段內(nèi)信號(hào)日益密集。不同功率、帶寬和調(diào)制模式的通信信號(hào)共存， 使實(shí)際通信環(huán)境愈加復(fù)雜[1]。在信號(hào)偵察中，現(xiàn)代偵察接收機(jī)必須具備在密集、復(fù)雜、動(dòng)態(tài)變化的信號(hào)環(huán)境中實(shí)時(shí)對(duì)信號(hào)截獲檢測(cè)及分類識(shí)別的能力[2]。而在實(shí)際遠(yuǎn)距離偵察中，接收端接收到的信號(hào)已經(jīng)十分微弱，再加上環(huán)境和儀器噪聲的影響，使信號(hào)分析識(shí)別更加困難。

本文研究對(duì)象為中國(guó)電子集團(tuán)提供的空口信號(hào)，研究?jī)?nèi)容主要包括FSK、BPSK和QPSK 3種調(diào)制模式的識(shí)別。目前的識(shí)別算法研究中，文獻(xiàn)[3]根據(jù)信號(hào)星座圖分布特征進(jìn)行調(diào)制模式識(shí)別，但當(dāng)輸入信號(hào)存在輸入信號(hào)幅度、載波頻率動(dòng)態(tài)變化時(shí)，星座圖對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別會(huì)出現(xiàn)大量虛警和誤識(shí)。文獻(xiàn)[4]使用數(shù)字COSTAS環(huán)去除頻偏后，再通過(guò)星座圖對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，但文獻(xiàn)中沒(méi)有提出具體判別策略。文獻(xiàn)[5]提出一種利用高階累積量實(shí)現(xiàn)對(duì)多種調(diào)制信號(hào)進(jìn)行識(shí)別的方法，通過(guò)不同階累積量特征參數(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)制方式識(shí)別，但對(duì)于MFSK信號(hào)，其高階累積量相等，不足以區(qū)分信號(hào)。對(duì)此，文獻(xiàn)[6]通過(guò)對(duì)MFSK信號(hào)進(jìn)行微分后結(jié)合高階累積量處理，完成了對(duì)MFSK信號(hào)的識(shí)別，但該操作進(jìn)一步增加了算法復(fù)雜度，不適于硬件實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，目前識(shí)別算法主要針對(duì)解調(diào)基帶信號(hào)進(jìn)行研究，對(duì)于實(shí)際環(huán)境中接收到的輸入信號(hào)幅度、載波頻率高度動(dòng)態(tài)變化的信號(hào)，識(shí)別效果不好。在處理能量較低的信號(hào)時(shí)，由于儀器本身和環(huán)境噪聲對(duì)信號(hào)影響很大，以上方法均不能準(zhǔn)確判斷目標(biāo)信號(hào)，無(wú)法滿足實(shí)際工程要求，且目前算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高、資源占用過(guò)大，硬件難以實(shí)現(xiàn)。

基于以上背景，本文針對(duì)BPSK、QPSK、FSK信號(hào)提出一種基于全數(shù)字接收機(jī)的調(diào)制方式識(shí)別方法。所提方案通過(guò)功率自動(dòng)控制（AGC）將信號(hào)幅度統(tǒng)一在同一幅值，使用FFT糾正大頻偏，最后通過(guò)位同步和載波同步解調(diào)出基帶信號(hào)。調(diào)制模式識(shí)別時(shí)首先通過(guò)載波跟蹤環(huán)頻偏跟蹤曲線區(qū)分FSK和PSK信號(hào)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)解調(diào)出的基帶信號(hào)識(shí)別BPSK和QPSK信號(hào)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該方案能在信號(hào)輸入幅度高度動(dòng)態(tài)變化對(duì)（10dBm～-60dBm），對(duì)BPSK、QPSK及FSK信號(hào)在接收機(jī)同步系統(tǒng)中進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。同時(shí)本方案只需要對(duì)兩種特征參量進(jìn)行識(shí)別，減少了計(jì)算量和系統(tǒng)資源占用，易于硬件實(shí)現(xiàn)。