QPSK信号盲识别及盲解调技术

2013-04-25 05:52周秀珍

舰船电子对抗 2013年2期

柴恒，周秀珍

（船舶重工集团公司723所，扬州 225001）

0 引言

通信信号的调制类型多，覆盖频段范围广。由于可以进行相关解调，所以在信噪比很低的情况下通信系统依然能够进行高质量的通信，这给通信信号的截获和分析带来了很大的难度。但是在战场环境下通信信号又是电磁环境中最频繁的频谱占用者，所以研究通信信号的盲解调及识别技术对我军的战时和战备侦察有很重要的意义。

通信盲解调及识别技术的研究一般先对通信信号进行调制类型识别，然后根据识别类型对通信信号进行盲解调。调制类型识别的研究主要在包络、频谱域、时频、时相、二次方频谱、四次方频谱，循环谱等方面进行分析。通信信号解调是对通信信号进行盲解调，解调方式分为非相关解调和相关解调。本文的目标是在0 dB信噪比的情况下对正交相移键控（QPSK）信号进行盲识别和盲解调。

1 传统QPSK信号盲识别和盲解调

QPSK信号是通信信号中最常用的调制方式，QPSK信号没有经过信道的原始信号如图1所示。QPSK信号经过添加高斯白噪声（AWGN）的信道后，信号会受到噪声的污染，假设经过AWGN信道后，QPSK信号的信噪比为0 dB。其波形图如图2所示。

图1 QPSK原始信号

从图1可以看出相位的跳变点，通过计算其相位可以求出相位跳变大小，根据相位跳变的大小可以判断其调制类型。根据跳变点的位置可以求出其码元速率，所以就可以在对其进行识别的同时，对信号进行解调。该方法能够容忍一定的信噪比恶化，在信噪比低于10 d B时，其相位计算受噪声影响就会产生很大的误差，利用相位对信号进行识别和解调就变得不可靠。

图2 0 dB时QPSK信号

2 四次方谱及非相干叠加盲识别方法

在0 dB时，就不能利用求相位的方法进行解调，必须找到其它方法对信号进行识别和解调。本文采取四次方谱［1］及非相干叠加法对QPSK信号进行识别。没有经过AWGN信道的QPSK原始信号的功率谱和四次方谱分别如图3和图4所示。如图4所示可以看出在信号的4倍频处出现了1个离散的谱线，这是QPSK信号的固有特征，可以根据以上特征对QPSK信号进行识别。

图3 QPSK信号的功率谱

由于信号受到噪声的影响，QPSK信号四次方谱上四倍频处的离散会被噪声淹没，导致无法简单地利用四次方谱进行调制识别。0 dB时QPSK信号的四次方谱如图5所示，根本无法从图上看出在四倍频处有离散的谱线。解决的方法是对QPSK的信号进行非相干叠加，非相干叠加后的四次方谱如图6所示。从图上可以清楚地看出在四倍频处出现了一个离散的谱线。

图4 QPSK信号的四次方谱

图5 0 dB QPSK四次方谱

图6 非相干叠加后四次方谱

3 相干解调方法

对QPSK信号进行相干解调必须知道QPSK信号的载波和码速率。在图7所示的功率谱估计出信号的载波，但是对载波的估计受到信号长度和噪声的影响会产生偏差。并且很难求得其第一零点的位置，以至于无法对码元速率进行估计。对QPSK信号的功率谱进行非相干叠加，得到如图8所示的功率谱，可以很好地估计QPSK信号的载波和码速率。

图7 0 dB QPSK的功率谱

图8 0 dB QPSK非相干叠加谱

在估计出QPSK信号的载波和码速率后对信号进行相干解调，经过仿真解调可以容忍小的载波偏差，在载波估计误差很大时，误码率很高。在相位完全同步的情况下可以得出信号与基带信号的误码率很低，如图9所示。

图9 基带和解调信号

4 结束语

本文提出了一种在0 dB条件下对QPSK信号进行盲识别和盲解调的方法，详细阐述了盲识别和盲解调的原理，对算法进行了计算机仿真，并验证了算法的可行性。