基于高阶累积量和谱特征的卫星通信信号调制识别方法

基于高阶累积量和谱特征的卫星通信信号调制识别方法
【专利摘要】本发明公开一种基于高阶累积量和谱特征的卫星通信信号调制识别方法，包括如下步骤：信号带通滤波，估计载波频率，估计符号速率，获取高阶累积量参数，APSK或16QAM信号识别，获取二次方谱谱峰数目，BPSK或MSK信号识别，获取四次方谱，获取四次方谱谱峰数目，π/4DQPSK信号识别，获取基带二次方谱谱峰数目，6PSK、8PSK、OQPSK、QPSK信号识别。采用本发明的卫星通信信号调制识别方法，能对卫星通信信号调制方式实现全盲识别、算法简单、易于实现、准确率高。
【专利说明】基于高阶累积量和谱特征的卫星通信信号调制识别方法
【技术领域】
[0001]本发明属于卫星通信和数字信号处理【技术领域】，特别是一种基于高阶累积量和谱特征的卫星通信信号调制识别方法。
【背景技术】
[0002]常用的卫星通信信号包括BPSK (Binary Phase Shift Keying 二进制相移键控)、QPSK (Quadrature Phase Shift Keying 四进制相移键控)、0QPSK (Offset QPSK 偏移四进制相移键控)、3i/4DQPSKX /4Difference Quadrature Phase Shift Keying n/4差分四进制相移键控)、6PSK (6Phase Shift Keying 六相位相移键控)、8PSK (8Phase Shift Keying八进制相移键控)、MSK (Minimum Shift Keying 最小频移键控)、16QAM (16QuadratureAmplitude Modulationl6 正交幅度调制)、APSK (Amplitude Phase Shift Keying 振幅相移键控)信号。在非合作通信情况下，有效地监测和识别通信信号，在民用和军用领域都有十分广泛的应用价值。以卫星通信为例，在民用领域，信号认知用于监测卫星网内用户是否工作在合法的工作参数内，同时检测非法用户对卫星转发器资源的侵占和盗用；在其军用领域，准确的信号认知是实现太空电磁对抗和获取制信息权的前提条件。
[0003]目前国内外已发表的有关调制识别的文献中，信号调制识别方法大致可以分:基于决策理论的最大似然假设检验方法和基于特征提取的统计模式识别方法。最大似然假设检测方法是一种似然多假设的测试问题，其特点是通过观察待识别的信号波形，假设为某一种候选的调制方式，然后通过相似性判断来确定其调制方式。该类方法通常是针对某类具体调制信号的统计特性进行分析而得到某种判决准则，因而只适用于该类调制信号的识另IJ，识别范围窄，且算法复杂，不易实现。基于统计模式识别的方法包括基于瞬时时域特征的方法，基于信号统计特征的方法以及基于变换域特征的方法等。
[0004]针对卫星通信这一特殊通信场景，这些方法也存在一些不足:1、所使用特征参数的提取往往需要较多的先验知识，难以做到全盲调制识别；2、没有考虑升余弦成形对信号分类特征的影响，卫星通信信号一般均采用升余弦成形，使得算法识别率下降甚至失效；3、识别种类少，算法的适用范围有限，没有形成针对卫星通信信号的识别体系。4、算法复杂，难以做到实时的调制方式识别。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于提供一种基于高阶累积量和谱特征的卫星通信信号调制识别方法，能实现全盲调制识别、算法简单、易于实现、准确率高。
[0006]实现本发明目的的技术解决方案为:一种基于高阶累积量和谱特征的卫星通信信号调制识别方法，包括如下步骤:
[0007]10)信号带通滤波:接收待处理的信号数据，并对其进行带通滤波；
[0008]20)估计载波频率:对滤波后的信号进行分段处理，计算每段信号的功率谱，并对功率谱进行平滑处理，利用频率居中算法估计信号的载波频率；[0009]30)估计符号速率:对滤波后的信号进行平方处理，计算其二次方谱，检测二次方谱的基带谱线结构，利用符号速率的谱线结构特性估计信号的符号速率；
[0010]40)获取高阶累积量参数:计算高阶累积量，获取高阶累积量参数，给出门限值；
[0011]50)APSK或16QAM信号识别:如能根据信号高阶累积量参数和门限值比较，识别出APSK或16QAM信号，则识别过程结束，否则继续；
[0012]60)获取二次方谱谱峰数目:根据信号二次方谱的谱线结构特性计算信号二次方谱的谱峰数目；
[0013]70) BPSK或MSK信号识别:如能根据二次方谱峰数目识别出BPSK或MSK信号识另IJ，则识别过程结束，否则继续；
[0014]80)获取四次方谱:对平方处理后的信号进行截止频率为载波频率的高通滤波，然后再次进行平方处理，计算得到信号的四次方谱；
[0015]90)获取四次方谱谱峰数目:根据信号四次方谱的谱线结构特性计算信号四次方谱的谱峰数目；
[0016]100) π /4DQPSK信号识别:如能根据四次方谱峰数目识别出π /4DQPSK信号，则识别过程结束，否则继续；
[0017]110)获取基带二次方谱谱峰数目:根据信号二次方谱的基带谱线结构特性，检测基带二次方谱频段范围内谱线峰值与均值的比值，如果大于某一门限则判决为谱峰，最后计算得到信号二次方谱的基带谱峰数目；
[0018]120) 6PSK、8PSK、OQPSK, QPSK信号识别:根据四次方谱谱峰数目和基带二次方谱谱峰数目，最终识别出6PSK、8PSK、OQPSK, QPSK信号。
[0019]本发明与现有技术相比，其显著优点:
[0020]1、适合卫星通信信道特点:卫星通信信道为AWGN信道，信号成形一般均采用升余弦成形，本发明充分考虑了升余弦成形对信号高阶累积量和谱特征的影响，适合卫星通信信道的特点；
[0021]2、无需先验知识全盲识别:本发明不依赖于先验知识，包括滚降系数或调制指数、信噪比、准确的载波频率、载波相位、码元同步等，做到了全盲调制方式识别；
[0022]3、识别的调制方式种类多:建立了相对完善的常用卫星通信信号调制方式识别集合，常用的卫星通信信号包括 BPSK、QPSK, OQPSK, Ji /4DQPSK、6PSK、8PSK、MSK、16QAM、APSK
信号;
[0023]4、实现复杂度低:本发明提出了基于基带二次方谱的特征提取，省略了传统包络谱的计算，同时二次方谱、四次方谱均采用统一的谱峰判决方法，简化了判决规则，降低了算法实现的复杂度，可以完成调制方式的快速实时识别；
[0024]5、识别准确率高:本发明引入了谱线增强算法，使谱线特征更加明显，提出的谱峰判决方法更加实用，同时采用自适应判决门限，提高了低信噪比条件下调制方式识别准确率。
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做更进一步的具体说明。
【专利附图】

【附图说明】
[0026]图1是本发明基于高阶累积量和谱特征的卫星通信信号调制识别方法的流程图。[0027]图2是图1中估计载波频率步骤的流程图。
[0028]图3是图1中估计符号速率步骤的流程图。
[0029]图4是图1中获取高阶累积量参数步骤的流程图。
[0030]图5是图1中获取二次方谱谱峰数目步骤的流程图。
[0031]图6是图1中获取四次方谱谱峰数目步骤的流程图。
[0032]图7A、7B是功率谱平滑前后对比示意图。
[0033]图8A、8B是BPSK信号平方谱谱线增强前后对比示意图。
[0034]图9是本发明仿真结果图。
[0035]图10是各种调制方式高阶累积量值表。
[0036]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。
【具体实施方式】
[0037]如图1所示，本发明基于高阶累积量和谱特征的卫星通信信号调制识别方法，包括如下步骤:
[0038]10)信号带通滤波:接收待处理的信号数据，并对其进行带通滤波；
[0039]20)估计载波频率:对滤波后的信号进行分段处理，计算每段信号的功率谱，并对功率谱进行平滑处理，利 用频率居中算法估计信号的载波频率；
[0040]如图2所示,所述估计载波频率(20)步骤包括:
[0041]21)信号分段:将滤波后的信号数据分为L段，并计算每段信号数据的功率谱Xi ；
[0042]22)求平滑功率谱:多个功率谱叠加，求平均，得到平滑功率谱Z = f木；
【权利要求】
1.一种基于高阶累积量和谱特征的卫星通信信号调制识别方法，其特征在于，包括如下步骤: 10)信号带通滤波:接收待处理的调制信号数据，并对其进行带通滤波； 20)估计载波频率:对滤波后的信号进行分段处理，计算每段信号的功率谱，并对功率谱进行平滑处理，利用频率居中算法估计信号的载波频率； 30)估计符号速率:对滤波后的信号进行平方处理，计算其二次方谱，检测二次方谱的基带谱线结构，利用符号速率的谱线结构特性估计信号的符号速率； 40)获取高阶累积量参数:计算高阶累积量，获取高阶累积量参数，给出门限值； 50)APSK或16QAM信号识别:如能根据信号高阶累积量参数和门限值比较，识别出APSK或16QAM信号，则识别过程结束，否则继续； 60)获取二次方谱谱峰数目:根据信号二次方谱的谱线结构特性计算信号二次方谱的谱峰数目； 70 ) BPSK或MSK信号识别:如能根据二次方谱峰数目识别出BPSK或MSK信号识别，则识别过程结束，否则继续； 80)获取四次方谱:对平方处理后的信号进行截止频率为载波频率的高通滤波，然后再次进行平方处理，计算得到信号的四次方谱； 90)获取四次方谱谱峰数目:根据信号四次方谱的谱线结构特性计算信号四次方谱的谱峰数目； 100) π /4DQPSK信号识别:如能`根据四次方谱峰数目识别出/4DQPSK信号，则识别过程结束，否则继续； 110)获取基带二次方谱谱峰数目:根据信号二次方谱的基带谱线结构特性，检测基带二次方谱频段范围内谱线峰值与均值的比值，如果大于某一门限则判决为谱峰，最后计算得到信号二次方谱的基带谱峰数目； 120)6PSK、8PSK、OQPSK, QPSK信号识别:根据四次方谱谱峰数目和基带二次方谱谱峰数目，最终识别出6PSK、8PSK、OQPSK, QPSK信号。
2.根据权利要求1所述的卫星通信信号调制识别方法，其特征在于，所述估计载波频率(20)步骤包括: 21)信号分段:将滤波后的信号数据分为L段，并计算每段信号数据的功率谱Xi； 22)求平滑功率谱:多个功率谱叠加，求平均，得到平滑功率谱Ι= ?木；







i 二I 23)截取有效带宽:根据简化的Welch功率谱截取算法截取平滑功率谱有效带宽； 24)获取载波频率:利用频率居中算法估计信号载波频率。
3.根据权利要求2所述的卫星通信信号调制识别方法，其特征在于，所述截取有效带宽(23)步骤具体为:首先从平滑功率谱两端开始搜索，查找出所有的极小值点，通过设置自适应门限找到峰值两侧的极小值点，然后保留极小值点之间的频率分量，其余分量置零。
4.根据权利要求2所述的卫星通信信号调制识别方法，其特征在于，所述获取载波频率(24)步骤具体为: 信号的载波频率为
5.根据权利要求1所述的卫星通信信号调制识别方法，其特征在于，所述估计符号速率(30)步骤包括: 31)二次方谱计算:对滤波后的信号进行平方处理，计算其二次方谱； 32)谱线增强:对二次方谱针的每一个抽样值，比较它和邻近区域内所有抽样点的平均值的差异，从而实现二次方谱的谱线增强； 33)符号速率估计:根据符号速率的谱线结构特性检测基带二次方谱谱线峰值的位置，如果搜索带宽内峰值与均值的比值大于判决门限，则谱峰位置对应的频率值即为符号速率。
6.根据权利要求5所述的卫星通信信号调制识别方法，其特征在于，所述谱线增强(32)步骤具体为:
7.根据权利要求1所述的卫星通信信号调制识别方法，其特征在于，所述获取高阶累积量参数(40)步骤包括: 41)计算高阶累积量:计算信号的四阶累积量C4(l、C42和六阶累积量C63； 42)获取高阶累积量参数:由高阶累积量得高阶累积量参数
8.根据权利要求1所述的卫星通信信号调制识别方法，其特征在于，所述获取二次方谱谱峰数目(60)步骤具体为: 61)检测带宽设定:检测二次方谱的谱线结构特征，设定监测带宽B2； 62)最大值次最大值搜索:在以两倍载频2F。为中心频率的一定频段范围(2Fc-B2, 2Fc+B2)内搜索最大值和次最大值； 63)谱峰判决:分别计算最大值与均值和次最大值与均值的比值，如果大于某一门限则判决为一个谱峰； 64)谱峰数目计算:汇总得到总的谱峰数目C2。
9.根据权利要求1所述的卫星通信信号调制识别方法，其特征在于，所述获取四次方谱谱峰数目(80)步骤包括: 81)检测带宽设定:检测四次方谱的谱线结构特征，设定监测带宽B4； 82)最大值次最大值搜索:在以四倍载频4F。为中心频率的一定频段范围(4Fc-B4, 4Fc+B4)内搜索最大值和次最大值； 83)谱峰判决:分别计算最大值与均值和次最大值与均值的比值，如果大于某一门限则判决为一个谱峰； 84)谱峰数目计算:汇总得到总的谱峰数目C4。
10.根据权利要求9所述的卫星通信信号调制识别方法，其特征在于，所述谱峰判决(83)步骤具体为: 提取η次方谱离散谱峰检测参量如下
【文档编号】H04L12/26GK103780462SQ201410029764
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】张更新, 马兆宇, 李悦, 边东明, 谢智东, 胡婧, 孙谦, 李永强 申请人:中国人民解放军理工大学