一种基于数字接收机的信号调制方式识别技术

陈宇杨 沈雷 许方敏 周盼

摘 要：针对侦察接收机信号调制模式识别问题，提出一种基于全数字接收机理论的信号调制方式识别技术，结合AGC、FFT、位同步环和载波跟踪环技术，能够有效识别输入信号强度、载波频率动态变化的BPSK、QPSK和FSK信号。利用载波跟踪环路频率跟踪曲线完成FSK和PSK识别，利用解调的基带数据完成BPSK和QPSK识别。在Altera 公司的Stratix II器件EP2S180F1020C4上利用该方法完成实现，并对中国电子集团提供的空口信号进行识别验证。理论分析和仿真结果表明，该方法在保證识别率的同时可降低算法复杂度，易于硬件实现。

关键词：通信侦察;侦察接收机;同步技术;调制模式识别

DOI：10. 11907/rjdk. 181999

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：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

随着通信技术的高速发展， 通信频段内信号日益密集。不同功率、带宽和调制模式的通信信号共存， 使实际通信环境愈加复杂[1]。在信号侦察中，现代侦察接收机必须具备在密集、复杂、动态变化的信号环境中实时对信号截获检测及分类识别的能力[2]。而在实际远距离侦察中，接收端接收到的信号已经十分微弱，再加上环境和仪器噪声的影响，使信号分析识别更加困难。

本文研究对象为中国电子集团提供的空口信号，研究内容主要包括FSK、BPSK和QPSK 3种调制模式的识别。目前的识别算法研究中，文献[3]根据信号星座图分布特征进行调制模式识别，但当输入信号存在输入信号幅度、载波频率动态变化时，星座图对信号进行识别会出现大量虚警和误识。文献[4]使用数字COSTAS环去除频偏后，再通过星座图对信号进行识别，但文献中没有提出具体判别策略。文献[5]提出一种利用高阶累积量实现对多种调制信号进行识别的方法，通过不同阶累积量特征参数实现调制方式识别，但对于MFSK信号，其高阶累积量相等，不足以区分信号。对此，文献[6]通过对MFSK信号进行微分后结合高阶累积量处理，完成了对MFSK信号的识别，但该操作进一步增加了算法复杂度，不适于硬件实现。

综上所述，目前识别算法主要针对解调基带信号进行研究，对于实际环境中接收到的输入信号幅度、载波频率高度动态变化的信号，识别效果不好。在处理能量较低的信号时，由于仪器本身和环境噪声对信号影响很大，以上方法均不能准确判断目标信号，无法满足实际工程要求，且目前算法实现复杂度高、资源占用过大，硬件难以实现。

基于以上背景，本文针对BPSK、QPSK、FSK信号提出一种基于全数字接收机的调制方式识别方法。所提方案通过功率自动控制（AGC）将信号幅度统一在同一幅值，使用FFT纠正大频偏，最后通过位同步和载波同步解调出基带信号。调制模式识别时首先通过载波跟踪环频偏跟踪曲线区分FSK和PSK信号，在此基础上根据解调出的基带信号识别BPSK和QPSK信号。仿真实验表明，该方案能在信号输入幅度高度动态变化对（10dBm～-60dBm），对BPSK、QPSK及FSK信号在接收机同步系统中进行准确判断。同时本方案只需要对两种特征参量进行识别，减少了计算量和系统资源占用，易于硬件实现。