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        基于數(shù)字通信信號瞬時特性的調(diào)制方式識別方法

        2019-08-23 05:34:47王海濱周正李炳榮解傳軍
        現(xiàn)代電子技術(shù) 2019年16期
        關(guān)鍵詞:數(shù)字通信

        王海濱 周正 李炳榮 解傳軍

        摘? 要: 通信對抗中數(shù)字通信調(diào)制方式識別作為一種非協(xié)作通信識別是近年研究的熱點,提出一種基于信號瞬時特性并結(jié)合決策論對通信信號調(diào)制方式進行識別的方法。該方法選用數(shù)字通信信號中的五個典型特征參數(shù)作為判決準則,然后給出基于決策論判別樹的方法,選取恰當(dāng)?shù)奶卣鏖T限進行信號識別流程設(shè)計。仿真實驗結(jié)果表明,該方法在信噪比較低時也具有較高的識別正確率和更快的識別速度,更容易工程實現(xiàn)。

        關(guān)鍵詞: 通信對抗; 數(shù)字通信; 調(diào)制方式識別; 特征參數(shù)選擇; 特征門限選取; 信號識別流程

        中圖分類號: TN911.72?34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼: A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號: 1004?373X(2019)16?0022?04

        0? 引? 言

        在通信對抗、軍事偵察、電磁頻譜管理等領(lǐng)域中,經(jīng)常會面臨非協(xié)作通信的情況,在通信對抗偵察中對于非協(xié)作通信的偵察一般是缺少調(diào)制信號先驗知識的。所謂調(diào)制識別指的是在通信偵察過程中,通過偵察接收機對接收到的通信信號,在未知調(diào)制信息內(nèi)容的情況下判斷出信號的調(diào)制方式的過程[1]。隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用,自20世紀以來研究人員就對信號識別進行探索,但隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展,通信信號也在不斷變化,這對通信信號識別帶來了更大的挑戰(zhàn),所以通信調(diào)制識別仍然是通信對抗領(lǐng)域的研究熱點[1]。

        通信信號調(diào)制識別主要包括信號預(yù)處理、參數(shù)提取、分類識別幾個步驟。目前在通信信號調(diào)制方法上,主要有基于統(tǒng)計模式識別、小波變換、灰色關(guān)聯(lián)以及決策理論等方法,每一種調(diào)制信號識別方法都各有特點 [2]。文獻[1]對通信信號的識別方法首次進行了理論創(chuàng)新,提出了采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對數(shù)字通信信號進行調(diào)制識別,文獻[2]則從特征參數(shù)提取角度改進了傳統(tǒng)決策理論算法,并利用決策樹對信號調(diào)制進行識別。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展,各類算法可以嵌入到硬件系統(tǒng)當(dāng)中,但在信號調(diào)制識別領(lǐng)域,復(fù)雜的調(diào)制識別算法還不能有效的被工程實現(xiàn)。因此,研究適合于工程實現(xiàn)的通信信號識別算法有著很強的現(xiàn)實需求。本文著眼于特征參數(shù)提取算法,從而實現(xiàn)以較小的工程計算量,較高的識別正確率,并且適用的信噪比范圍較大,選用信號瞬時特性參數(shù),對數(shù)字調(diào)制信號進行了分式識別,并通過仿真給出了實驗結(jié)果,表明該方法在信噪比較低時,相較于其他方法具有更快的識別速度,更容易工程實現(xiàn)。

        3? 調(diào)制識別

        目前,決策理論已經(jīng)廣泛應(yīng)用到信號調(diào)制識別的領(lǐng)域,在通信信號調(diào)制識別方面,國內(nèi)外有許多研究采用基于決策理論的調(diào)制識別算法,但都存在從理論分析上能夠取得好的效果,在實際應(yīng)用中出現(xiàn)識別算法過于復(fù)雜導(dǎo)致計算時間長、識別準確率不高等問題[8]。使用決策論判別信號調(diào)制方式時,首先需要建立特征參數(shù),而后建立一定的判決準則,在此基礎(chǔ)上將信號瞬時特征參數(shù)與設(shè)定的門限值進行比較,從而實現(xiàn)數(shù)字通信信號調(diào)制樣式識別。

        基于決策論的識別方法具有多種優(yōu)點,它相對于其他識別方法,計算量相對較小,并且易于計算機編程實現(xiàn),同時實時性較好,因此非常適合應(yīng)用于通信信號識別領(lǐng)域[9]。識別的基本思路是:在接收到新的信號后,就計算出信號的瞬時特征參數(shù)。

        由于不同信號特點不同,導(dǎo)致其相互之間的瞬時特征參數(shù)有很大區(qū)別,根據(jù)設(shè)定的門限值,進行比較后就可以在不同級別將不同信號兩兩分辨出來。在信號調(diào)制方式的識別過程中,主要與信號識別順序以及特征參數(shù)位置有關(guān),同時特征參數(shù)門限值與識別正確率也有很大關(guān)系[10]。具體識別步驟如下:

        1) 通過接收機對接收的數(shù)字通信信號進行下變頻,使之變成中頻信號;

        2) 由瞬時幅度計算特征參數(shù)[M1],根據(jù)[M1]將FSK信號從信號群中識別出來;

        3) 根據(jù)瞬時相位計算特征參數(shù)[Mp1],與設(shè)定的特征門限值[t(Mp1)]相比較,然后將4PSK信號識別出來;

        4) 根據(jù)瞬時相位計算特征參數(shù)[Mp2],與設(shè)定的特征門限值[t(Mp2)]相比較,識別2PSK信號;

        5) 根據(jù)瞬時幅度計算特征參數(shù)[M2],使用[t(M2)]門限值,區(qū)分2ASK信號與4ASK信號;

        6) 根據(jù)瞬時頻率計算特征參數(shù)[Mf],結(jié)合特征參數(shù)門限值[t(Mf)],對2FSK信號和4FSK信號進行區(qū)分。

        經(jīng)過以上步驟,根據(jù)瞬時信息特征參數(shù),就可實現(xiàn)對數(shù)字通信信號調(diào)制方式的全過程識別[11]。上述的識別過程的流程如圖1所示。

        4? 仿真及結(jié)果分析

        在完成對數(shù)字通信信號模型構(gòu)建、瞬時特征參數(shù)提取以及識別流程設(shè)計后,對上述方法進行仿真,以測定識別方法的準確性和實時性。根據(jù)信號瞬時特性并利用決策論的識別方法與信噪比密切相關(guān),通過仿真分析可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)信號的信噪比大于10 dB時,采用上面的特征完成信號識別,效果很好。

        在仿真實驗中,可以采用[M1]來提取瞬時幅度信息,區(qū)分FSK信號還是ASK或者PSK信號。利用[Mp1]來提取相位信息,識別4PSK信號,采用[Mp2]識別2PSK信號,用[M2]區(qū)分ASK和4ASK信號,用[Mf]來區(qū)分2FSK和4FSK信號。利用[M1],[M2],[Mp1],[Mp2],[Mf]這5個特征參數(shù)與相應(yīng)的門限進行比較,逐層地對待識別的信號進行分解識別。在數(shù)字通信信號的分類識別過程中,門限選擇正確與否直接影響對兩類信號分類的成功率[8]。要實現(xiàn)對數(shù)字通信信號調(diào)制方式的識別,就需要在仿真時,首先,生成數(shù)字通信信號,同時為了模擬真實的通信信號傳播和接收過程,在生成的信號中加入高斯噪聲信號,仿真時載波頻率為20 kHz,采樣頻率為120 kHz,碼元速率為5 kHz;然后,通過在不同信噪比情況下進行多次特征參數(shù)的計算,可以得到每種調(diào)制方式的特征參數(shù)存在一定的變化區(qū)間,而這個區(qū)間是隨著信噪比提高而降低;最后,當(dāng)信噪比提高到一定程度時,特征參數(shù)變化區(qū)間接近一特定值,將這個特定值作為特征門限的參考值。通過仿真實驗,能夠驗證信號識別方法的有效性,同時能夠定量地驗證在不同信噪比條件下的識別率。從圖2給出的實驗結(jié)果可看出,當(dāng)信號的信噪比在5 dB時左右時,ASK信號可以達到99%識別率,識別成功率相對較高;而2PSK信號識別率則為89%,識別成功率相對下降;頻移鍵控4FSK和相移鍵控4PSK兩種信號的識別率都維持在83%左右,相對較低。而當(dāng)信噪比升為9 dB時,除了4PSK信號識別率為97%,其他信號識別率均達到了100%;進一步提高信噪比,可以讓識別率都達到100%。

        5? 結(jié)? 語

        本文著眼于信號瞬時特征參數(shù)提取算法具有快速性和準確性的特點,便于用較小的工程計算量實現(xiàn)。首先,對數(shù)字通信信號進行了模型設(shè)計;然后,根據(jù)信號調(diào)制識別需求選擇瞬時特征參數(shù),基于決策論的判別方法,利用瞬時特征參數(shù)和判決門限進行了信號調(diào)制識別流程設(shè)計;最后,通過仿真驗證了方法的有效性,給出了實驗結(jié)果,表明該方法在信噪比較低時,相較于其他方法具有更快的識別速度,更容易工程實現(xiàn)。下一步將研究在識別過程中如何設(shè)定自適應(yīng)門限以進一步提高數(shù)字通信信號調(diào)制方式識別成功率。

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