王啟峰，劉 濤，饒德虎，李仙茂

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430033)

0 引言

在通信對(duì)抗偵察中，對(duì)相移鍵控信號(hào)進(jìn)行偵察主要包括檢測(cè)、識(shí)別和盲解調(diào)，有效檢測(cè)和正確識(shí)別是進(jìn)行盲解調(diào)的條件。檢測(cè)由通用的搜索偵測(cè)接收機(jī)完成即可，而識(shí)別則可用基于統(tǒng)計(jì)矩的數(shù)字通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別屬于哪類信號(hào)。對(duì)相移鍵控信號(hào)進(jìn)行盲解調(diào)可在得到傳輸?shù)男盘?hào)相位信息的同時(shí)為調(diào)制識(shí)別提供更為詳細(xì)的信息，是通信對(duì)抗中對(duì)相移鍵控信號(hào)偵察的重要一步。

對(duì)相移鍵控信號(hào)進(jìn)行盲解調(diào)是對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)為相移鍵控信號(hào)基礎(chǔ)上進(jìn)行解調(diào)的［1］，其載波和碼速需要進(jìn)行估計(jì)，然后進(jìn)行解調(diào)，對(duì)相移鍵控信號(hào)進(jìn)行分析和解調(diào)的文獻(xiàn)也比較多，如張浩的8PSK全數(shù)字解調(diào)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)［2］、王永建的相位噪聲對(duì)QPSK系統(tǒng)性能的影響［3］、和賈墨林的基于FPGA的多體制中頻數(shù)字解調(diào)器實(shí)現(xiàn)［4］，但是進(jìn)行盲解調(diào)分析研究比較少。

1 相移鍵控信號(hào)的編碼及調(diào)制原理

多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)是利用載波的多種不同相位來(lái)表征數(shù)字信息的調(diào)制方式，可以分為絕對(duì)相移和相對(duì)相移兩種，絕對(duì)相移是利用載波的相位來(lái)表征數(shù)字信息，而相對(duì)相移是利用碼元間前后載波相位的相對(duì)變化來(lái)表征數(shù)字信息。假設(shè)用M相調(diào)制波形來(lái)表示2k種狀態(tài)，有2k=M，碼元持續(xù)時(shí)間為T(mén)s，則M相調(diào)制波形可以表示為e0(t)=(t－nTs)cos(ωct+φn)，其中 φn是 M 中相位的一種，g(t－nTs)是該相位期間的波形成形函數(shù)。

每個(gè)相位代表的信息跟編碼是相關(guān)的，在信息編碼方面，主要采用格雷碼等，若采用格雷碼，并且假定在相位解調(diào)過(guò)程中，在不出現(xiàn)跨相位解調(diào)錯(cuò)誤的情況下，則無(wú)波特率與誤碼率相同。

2 相移鍵控信號(hào)的載波頻率估計(jì)和碼元速率估計(jì)

相移鍵控信號(hào)的盲解調(diào)是在信號(hào)相關(guān)參數(shù)未知的條件下進(jìn)行的，那么解調(diào)信號(hào)的參數(shù)就必須估計(jì)出來(lái)，核心的參數(shù)就是信號(hào)的載波頻率和碼元速率。

2.1 相移鍵控信號(hào)的載波頻率估計(jì)

對(duì)射頻信號(hào)的載波頻率估計(jì)方法比較多，可以采用窄帶搜索接收機(jī)對(duì)信號(hào)搜索的同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。在數(shù)字處理技術(shù)廣泛應(yīng)用之后采用FFT測(cè)頻的廣泛應(yīng)用，對(duì)一個(gè)相移信號(hào)進(jìn)行的傅里葉變換得到信號(hào)頻譜瞬時(shí)譜，取多幀信號(hào)頻譜的平均譜中心頻率為載波頻率。有平方倍頻法測(cè)頻，這種方法要求采用頻率要高，信號(hào)的頻率是測(cè)出頻率的0.5倍。

2.2 相移鍵控信號(hào)的碼元速率估計(jì)

碼元速率估計(jì)主要有延遲相乘法碼元速率估計(jì)和直方圖法碼元速率估計(jì)。延遲相乘法碼元速率估計(jì)其估計(jì)模型如圖1所示。

圖1 碼速率估計(jì)原理圖

由此產(chǎn)生一個(gè)波形為w(t)=1－s(t)s(t－τ)的輸出信號(hào)，這時(shí)對(duì)w(t)作FFT變換，就可以在頻譜中碼元速率的整數(shù)倍位置產(chǎn)生一根離散的譜線。在進(jìn)行估計(jì)時(shí)，如果輸出信號(hào)在頻譜中出現(xiàn)離散譜線，并且這根譜線的幅度明顯高于其鄰域的幅度，則認(rèn)為這根譜線所在的位置對(duì)應(yīng)的數(shù)值就是信號(hào)的碼元速率值。在碼元速率檢測(cè)時(shí)，信號(hào)首先通過(guò)低通濾波器，濾除高頻成分。

3 相移鍵控信號(hào)解調(diào)過(guò)程

利用估計(jì)出來(lái)的參數(shù)采用相干解調(diào)，其原理如圖2所示。

圖2 相干解調(diào)原理圖

圖2中，S(t)為模擬信號(hào)，S(n)為數(shù)字信號(hào)，I(n)為數(shù)字下變頻后的I通道信號(hào)，Q(n)為數(shù)字下變頻后的Q通道信號(hào)。則

式中:d(t)是幅度信息，fc是載波頻率，fo是本振頻率，Δφ為相差分別為相應(yīng)的噪聲，Ts是采樣周期。提取瞬時(shí)包絡(luò)，瞬時(shí)相位利用正交變換，S1為同相信道輸出，S2為正交信道輸出。瞬時(shí)包絡(luò)和瞬時(shí)相位分別表示為

4 相移鍵控信號(hào)盲解調(diào)的仿真分析

4.1 載波頻率及碼元速率的估計(jì)

射頻信號(hào)頻率較高，這里采用降頻以后的信號(hào)仿真，對(duì)載波頻率為800 Hz，碼元速率為200 Baud，信噪比為20 dB的相移鍵控信號(hào)用10 kHz的采用頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，直接進(jìn)行傅里葉變換，得到如圖3所示的頻譜。對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率估計(jì)，取門(mén)限為540(相對(duì)值)，可以估計(jì)出信號(hào)頻率為800 Hz。

圖3 相移鍵控信號(hào)頻譜圖

對(duì)采樣取得信號(hào)進(jìn)行w(t)=1－s(t)s(t－τ)變換，取傅里葉變換如圖4所示，經(jīng)過(guò)低通濾波器后，得到信號(hào)的碼元速率為200 Baud。

圖4 信噪比為5 dB時(shí)相關(guān)法碼速估計(jì)

4.2 4PSK和8PSK盲解調(diào)仿真

對(duì)4PSK，8PSK信號(hào)在上述參數(shù)下，本振初始相位為0，其中4PSK，8PSK幅度設(shè)置為1，8PSK為1 200個(gè)相位符號(hào)，4PSK信號(hào)為450個(gè)符號(hào)，盲解調(diào)仿真如圖5所示。

4.3 16QAM和16PSK盲解調(diào)仿真

16QAM和16PSK的信號(hào)在4.1節(jié)設(shè)置的參數(shù)下，本振初始相位為0，信號(hào)為900個(gè)符號(hào)，16QAM信號(hào)的幅度分別為 1，3三個(gè)幅度，16PSK幅度為3，仿真如圖6所示。

圖5 對(duì)4PSK和8PSK進(jìn)行盲解調(diào)顯示圖

圖6 對(duì)16QAM和16PSK進(jìn)行盲解調(diào)顯示圖

4.4 仿真分析

載波頻率和碼速率估計(jì)正確的情況下對(duì)4PSK，8PSK，16PSK，16QAM信號(hào)在－2～+30 dB每一信噪比情況下進(jìn)行1 000次解調(diào)仿真，其統(tǒng)計(jì)性能如圖7所示。

5 小結(jié)

對(duì)相移鍵控信號(hào)的形成和調(diào)制原理進(jìn)行了分析，從而推導(dǎo)出對(duì)相移鍵控信號(hào)和振幅相位聯(lián)合鍵控盲解調(diào)的公式，并進(jìn)行了仿真，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，明確了信噪比多相移鍵控信號(hào)進(jìn)行盲解調(diào)的影響，給通信對(duì)抗偵察提供了參考和依據(jù)。

圖7 信噪比對(duì)相移鍵控信號(hào)盲解調(diào)性能分析圖

［1］馮小平.通信對(duì)抗原理［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

［2］張浩，張彧，潘長(zhǎng)勇.8PSK全數(shù)字解調(diào)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)［J］.電視技術(shù)，2010，34(2):4 －6.

［3］王永建，趙洪林，李明江.相位噪聲對(duì)QPSK系統(tǒng)性能的影響［J］.南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，42(10):68－70.

［4］賈墨林，聶偉.基于FPGA的多體制中頻數(shù)字解調(diào)器實(shí)現(xiàn)［J］.北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，37(2):132 －136.

［5］程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1995.