数字卫星通信信号调制方式识别方法研究

李海鸥

摘 要：数字卫星通信信号的调制方式识别可通过识别调制信号进行，不同的调制信号在反映特征上存在明显差异，通过调制信号在信号频谱上的反映，观察特征参数，总结调制方式的功率谱和高阶频率谱的不同特征，借助调制信号不同特性进行识别。目前，常用的数字信号调制方式进行识别，常采用参数判决法和统计模式识别法，这两种方法操作简单，易于辨别。本文针对数字卫星通信信号调制方式识别问题对调制信号频谱特性和包络谱特征作了相关研究。

关键词：数字卫星通信信号；调制方式；识别方法；

中图分类号：F49 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-01

在实际情况下，卫星通信将受到各方面的制约，若通信距离较远、星上发射功率较低等都会对卫星通信造成不利影响，接收机的工作也会受到影响。由于低信噪比的影响，信号盲识别成为亟待解决的问题。随着通信体制和信号调制方式的复杂化和多样化，通信环境逐渐复杂，促成通信信号的调制方式识别变成军、民领域内十分重要的研究课题。当前常用的数字信号调制方式自动识别方式主要有参数判决法和统计模式识别法。

一、常用调试方式的信号频谱特征

一般情况下，采用不同的调制方式进行数字信号的调制工作，相关的频谱特征有差异，分析调制方式的功率谱和高阶频率谱可观察出不同特征。

（一）分析信号的功率谱

应用功率谱进行传输信号的能量反映，分布在不同的频率处，信号占用频段将在功率谱上出现峰值现象。在常用的信号调制方式上存在载波分量调制的有无情况，例如ASK和MFSK等有载波分量调制，而DSB和PSK则没有。针对此现象，分析其功率谱将会观察到其在信号功率谱载频出有差异，且此差异较为明显，对判断信号调制方式提供了依据。结合实践而言，经过调制的单谱峰信号表现较为平和，多谱峰信号则会出现多峰值现象。因此，依据频谱的状况和谱峰数量，对其设置适量的阀值进行分析，亦能够识别信号，从而实现对信号调制方式的识别。

（二）分析信号的平方谱

信号的平方谱是指经过调制的信号，需对其采取平方处理方法，再转换视频获取信号。因对信号进行开平方，造成直流分量的锐增，故而不考虑平方谱的零频值。调制频波出现π波动，将会造成信号平方谱中单频分量出现增强的现象，而这类调制方式主要为BPSK和DSB调制方式。FSK信号调制指数因较小而不能进行有效识别，即使直接采用功率谱也难以将其识别开来。不过将其进行平方谱分析，可在平方处理后增大其调制指数，从而能够被平方谱识别。MSK信号在平方谱中较为恒定，无论怎样经过平方倍频处理，其调制指数仍然是1，但可在2FSK调制信号里将其识别出来。

（三）分析信号的四次方谱

对信号的倍频处理后，滤波处理倍频信号，并截取载波频率作截止频率，在频谱中对已处理信号平移，再获得的一倍载频，处理新的载频取得信号的四次方谱。四次方谱区分MPSK调制方式时，可进行MPSK信号调制阶数识别，与其他使用频率的调制信号相比较，同时还能识别出OQPSK信号。通过观察发现π/4QPSK信号会在二倍频位置出现两个峰值，因此可通过观察谱峰数量，利用四次方谱检测出π/4QPSK信号。而其他调制阶数较高的PSK信号将不能用四次方谱进行识别，因其高于4阶数的信号不会出现单频独立峰值，在四次方谱中失去识别的作用。

（四）分析信号的包络谱

由于四次方谱识别不出QPSK调制方式和OQPSK调制方式，所以需进行别的特征参数进行相关识别，而取得两种调制信号的区别特征可通过信号的包络谱进行有效分析。PSK调制信号的包络谱会出现速率信息，并在包络谱中突出反应，即可称为符号速率谱线。OQPSK调制信号在包络谱中出现几率为零，主要是受其调制信号的限制。而PSK调制信号出现符号速率谱线，以此方法识别出PSK信号和QPSK信号，进而识别出其各自的调制方式。

二、提取调制参数特征

特征参数将会明显突出调制信号的特性，调制信号的不同，其调制特性亦存在相应差异。总结上述的调制信号频谱特性和包络谱特征，在调制信号识别参数的选择上可进行单频分量检测值、单频分量偏移值、平坦度指数以及谱峰数。在这些特征参数上进行有效识别。

（一）单频分量检测值

该值可对信号功率谱最大值与其相应的较大谱峰点进行描述，同时亦能说明对其求和的数值与该谱峰点两边谱线之和的比值。假如比值较大，并超过了固定的阀值，则说明该功率谱有单频分量，能进行检测。

（二）单频分量偏移值

该值主要是在载波的单频分量和载波倍频后频率之间取差值而得到相关结果。差值的大小将能对调制方式进行识别操作。

（三）平坦度指数

该值主要是对频谱的起伏状况进行描述，假如平坦指数值小于2，将反映出信号经调制后有单峰特性，若是情况与之相反，平坦指数值等于或者大于2，将表示调制信号的频谱较为平坦或者具有多个谱峰值，从而对信号调制方式进行识别。

（四）谱峰值和包络变化度

谱峰值可对调制信号中的多谱峰与零谱峰信号进行识别。包络变化度则是通过信号包络均值和方差的比值进行信号调制识别。

三、结束语

综上所述，由于通信体制和信号调制方式越来越复杂，通信环境也随之发生相应的变化，对通信信号的调制方式识别成为了一个较为重要的研究课题。当前常用的数字信号调制方式自动识别办法包括参数判决法和统计模式识别法。不同的调制方式在调制信号时，在相关的频谱反映上有明显的特征差异，通过分析各种常规的调制方式在功率谱和高阶频率谱等特征，根据不同的特征对信号调制方式进行识别。一般情况下，卫星通信在接受信号时会受到各方面因素的制约，例如通信距离较远和星上发射功率较低等，对卫星通信正常工作产生相关问题，接收机的工作也随之出现问题。因而识别出实用性强的信号调制方式，将能提高整个卫星通信的工作效率。

参考文献：

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