8PSK信号和PI/4-DQPSK信号的识别方法 |
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申请号 | CN201410854073.7 | 申请日 | 2014-12-31 | 公开(公告)号 | CN104507106A | 公开(公告)日 | 2015-04-08 |
申请人 | 中国电子科技集团公司第五十研究所; | 发明人 | 刘明; 杨文举; | ||||
摘要 | 一种8PSK 信号 和PI/4-DQPSK信号的识别方法,包括:从下变频后的I/Q信号提取出瞬时 相位 ;基于所述瞬时相位,计算相邻码元的 相位差 ;基于所述相邻码元的相位差计算中心归一化瞬时相位差;基于所述中心归一化瞬时相位差计算参数;计算所述参数的非线性分量的绝对值标准偏差;根据所述绝对值标准偏差进行信号识别,所述绝对值标准偏差等于零为PI/4-DQPSK信号,所述绝对值标准偏差大于零为8PSK信号。本 发明 的技术方案可以简便有效的识别8PSK信号和PI/4-DQPSK信号。 | ||||||
权利要求 | 1.一种8PSK信号和PI/4-DQPSK信号的识别方法,其特征在于,包括: |
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说明书全文 | 8PSK信号和PI/4-DQPSK信号的识别方法技术领域[0001] 本发明涉及无线电监测领域,特别涉及一种8PSK信号和PI/4-DQPSK信号的识别方法。 背景技术[0002] 在无线电监测领域,经常需要对非法无线电服务、干扰源等信号进行识别,只有识别出信号,才能为频谱管理提供依据。目前已有的调制识别方法主要是基于提取特征进行识别的方法,提取特征主要有以下几种:包含幅度、频率和相位的瞬时特征,统计量特征及变换域特征等。其中统计量特征(如高阶累积量)和变换域(如小波变换)特征工程计算复杂,实时性差。目前比较有效的识别特征方法是英国学者A.K.Nandi和Azzouz等人提出的数字调制信号识别算法(DMRAs),采用的就是瞬时包络、相位和频率等关键特征参数作为调制识别的特征,该算法计算速度快,分类效果明显,工程上较易实现,但在某些信号之间没有相应的特征提取算法,如QPSK和OQPSK之间的识别,8PSK信号和PI/4-DQPSK信号之间的识别,DMRAs没有给出相应的特征提取参数。 [0003] 因此如何简便有效的识别8PSK信号和PI/4-DQPSK信号成为目前亟待解决的问题之一。 发明内容[0004] 本发明的技术方案解决的技术问题是如何简便有效的识别8PSK信号和PI/4-DQPSK信号。 [0005] 为了实现上述发明目的,本发明提供了一种8PSK信号和PI/4-DQPSK信号的识别方法,包括: [0007] 基于所述瞬时相位 计算相邻码元的相位差 0<i<Nr,Nr为符号数,Nr=Ns/(fs/rs),rs为符号率,fs为采样率; [0008] 基于所述相邻码元的相位差 计算中心归一化瞬时相位差ΔφNL(i):0<i<Nr,Nr为符号数; [0009] 基于所述中心归一化瞬时相位差ΔφNL(i)计算参数Δφa(i): [0010] [0011] 计算所述参数Δφa的非线性分量的绝对值标准偏差σaaΔp: [0012] 其中是经过定时恢复后信号的瞬时归一化幅度,ma是经过 定时恢复后的信号的瞬时幅度的平均值,ta是判断弱信号段的一个幅度的判决门限电平,C是在集合{φNL(i)}中an(i)>ta的an(i)信号的个数; [0013] 根据所述绝对值标准偏差σaaΔp进行信号识别,σaaΔp=0为PI/4-DQPSK信号,σaaΔp>0为8PSK信号。 [0014] 可选的,所述瞬时相位 反正切采用CORDIC算法。 [0015] 可选的,所述基于所述瞬时相位 计算相邻码元的相位差 包括对所述I/Q信号进行位同步,以等同于所述符号率rs的速率在最佳时刻定时恢复出码元后,计算出相应的瞬时相位 并得到所述相邻码元的相位差 [0016] 可选的,所述最佳时刻根据采用的位同步算法确定。 [0017] 可选的,基于所述瞬时相位 计算相邻码元的相位差 为当载波同步时,计算所述中心归一化瞬时相位差 [0018] 可选的,所述I/Q信号是将待识别的信号经过A/D采样变成数字信号,对所述数字信号进行正交数字下频所得。 [0019] 可选的,所述将待识别的信号经过A/D采样变成数字信号包括将所述待识别的信号模拟下变频到A/D采样的范围,并满足过采样定律或带通采样定律。 [0020] 本发明采取以上技术方案,与现有技术相比,具有以下优点: [0021] 利用8PSK信号和PI/4-DQPSK信号相位跳变的不同,简化8PSK信号和PI/4-DQPSK信号的识别步骤,并且本发明的技术方案操作简单,易于操作实现,实现速度快,结果精确。附图说明 [0023] 图2是本发明实施例提供的8PSK信号的相位跳转图; [0024] 图3是本发明实施例提供的PI/4-DQPSK信号的相位跳转图。 具体实施方式[0025] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。 [0026] 在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。 [0027] 图1是本发明实施例提供的8PSK信号和PI/4-DQPSK信号的识别方法的流程图,下面结合图1(图1中仅以文字描述,未显示数学标识)详细说明。 [0028] 步骤S1,从下变频后的I/Q信号提取出瞬时相位 [0029] 步骤S2,基于所述瞬时相位 计算相邻码元的相位差 [0030] 步骤S3,基于所述相邻码元的相位差 计算中心归一化瞬时相位差ΔφNL(i); [0031] 步骤S4,基于所述中心归一化瞬时相位差ΔφNL(i)计算参数Δφa(i); [0032] 步骤S5,计算所述参数Δφa的非线性分量的绝对值标准偏差σaaΔp;根据所述绝对值标准偏差σaaΔp进行信号识别,σaaΔp=0为PI/4-DQPSK信号,σaaΔp>0为8PSK信号。 [0033] 所述步骤S1中,所述I/Q信号是将待识别的信号经过A/D采样变成数字信号,对所述数字信号进行正交数字下频所得。所述将待识别的信号经过A/D采样变成数字信号包括将所述待识别的信号模拟下变频到A/D采样的范围,并满足过采样定律或带通采样定律。 [0034] 所述步骤S1中,所述瞬时相位 反正切采用CORDIC算法。 [0035] 所述步骤S2中,所述基于所述瞬时相位 计算相邻码元的相位差 包括对所述I/Q信号进行位同步,以等同于所述符号率rs(信号源的码元速率,简称码元速率)的固定速率在最佳时刻定时恢复出码元后(如采用Gardner算法在经过成形滤波后的码元的最大值时刻恢复出码元,具体请参考Gardner算法或其他位同步算法),计算出相应的瞬时相位 并得到所述相邻码元的相位差 所述最佳时刻根据采用的位同步算法确定。 [0036] 所述步骤S3中,基于所述瞬时相位 计算相邻码元的相位差 为当载波同步时,计算所述中心归一化瞬时相位差 其中,Nr为符号数,Nr=Ns/(fs/rs),rs为符号率,fs为采样率。 [0037] 所述步骤S4中,基于所述中心归一化瞬时相位差ΔφNL(i)计算参数Δφa(i)(Δφa(i)为对ΔφNL(i)再进行中心归一化得到的参数): [0038] [0039] 所述步骤S5中,计算参数Δφa的非线性分量的绝对值标准偏差σaaΔp: [0040] 其中是经过定时恢复后信号的瞬时归一化幅度,ma是经过 定时恢复后的信号的瞬时幅度的平均值,ta是判断弱信号段的一个幅度的判决门限电平,C是在集合{φNL(i)}中an(i)>ta的信号的个数;根据σaaΔp进行信号识别,σaaΔp=0为PI/4-DQPSK信号,σaaΔp>0为8PSK信号。 [0041] 下面举例详细说明: [0042] 目前的8PSK信号和PI/4-DQPSK信号的识别方法为数字调制信号识别算法(也称DMRAs算法),DMRAs调制识别的原理是如下:被识别的信号经过A/D采样(如果信号频率太大,硬件中需要有射频前端电路,首先把被识别的信号模拟下变频到A/D可采样的范围,能满足过采样或带通采样定律)变成数字信号,数字信号经过正交数字下变频后,形成正交I/Q信号,然后利用I/Q信号计算幅度、频率和相位瞬时特征参数,再以瞬时特征参数作为输入,利用DMRAs算法计算信号识别特征参数,最后利用信号识别特征参数进行信号识别。 [0043] 利用I/Q信号计算幅度、频率及相位等瞬时特征参数的公式如下: [0044] [0045] [0046] [0047] 其中a(i)为离散瞬时幅度, 为瞬时相位,f(i)为瞬时频率。 [0048] 信号识别特征参数是利用瞬时特征参数计算的,经典的DMRAs信号识别特征参数主要有以下几个: [0049] (1)零中心归一化瞬时幅度之谱密度的最大值γmax; [0050] (2)零中心归一化非弱信号段瞬时幅度的标准偏差σa; [0051] (3)零中心归一化非弱信号段瞬时幅度绝对值的标准偏差σaa; [0052] (4)零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量的标准偏差σdp; [0053] (5)零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量的绝对值的标准偏差σap; [0054] (6)零中心归一化非弱信号段瞬时频率绝对值的标准偏差σaf; [0055] (7)参数φa的非线性分量的绝对值标准偏差σaap; [0056] (8)参量fa的非线性分量的绝对值标准偏差σaaf; [0057] (9)谱对称性P; [0058] (10)零中心归一化瞬时幅度的紧致性(四阶矩) [0059] (11)零中心归一化瞬时频率的紧致性(四阶矩) [0060] 由于8PSK和PI/4-DQPSK的频谱图和星座图相同,用上述11个公式无法进行信号识别。 [0061] 本发明的目的是利用8PSK和PI/4-DQPSK相位跳变的不同,对σaap进行改进,完成8PSK和PI/4-DQPSK之间的信号识别。 [0062] DMRAs的σaap公式如下: [0063] [0064] 其中φa为对经中心化处理后的瞬时相位的绝对值再进行中心化得到的参数,表示如下: [0065] [0066] 其中 an(i)是经过定时恢复后信号的瞬时归一化幅度,ma是经过定时恢复后的信号的瞬时幅度的平均值;Ns为采样点数;φNL(i)是经中心化处理后的瞬时相位的非线性分量。在载波同步时,φNL(i)计算如下: [0067] [0068] 上两个公式中, 为瞬时相位。ta是判断弱信号段的一个幅度判决门限电平,低于此电平门限时,信号的相位对噪声很敏感,会造成较大的相位失真。C是在数据集合{φNL(i)}中an(i)>ta的信号的个数,即属于非弱信号值的个数。 [0069] σaap在信号识别中用来区分8PSK、16QAM信号与QPSK信号。对于QPSK信号来说,φa参数有两个电平值,φa参数的绝对值是一个常数值,所以σaap=0;而对于8PSK或16QAM信号而言,φa有四个电平值,φa参数的绝对值不是一个常数,所以σaap>0。因此该特征值可被用于区分8PSK、16QAM信号与QPSK,但是σaap不能直接区分8PSK和PI/4-DQPSK信号。 [0070] PI/4-DQPSK是在QPSK 的基 础上 改进 而来的,QPSK 相位 跳转 方式 有{0°,90°,180°,-90°}共4种情况,当产生180度的跳转时,会使信号的旁瓣增大,影响频谱性能。为了解决这个问题,改进后的OQPSK调制方式将I/Q两路信号产生一个码元的时间间隔,有效避免了两路码元信号同时改变,从而使相位跳转只有{90°,-90°},解决了180°的大幅跳转问题,而PI/4-DQPSK是这两种调制方式的结合,具有两种方法的优良特性。它的相位跳转有{45°,135°,-45°,-135°},最大相位跳变为135°,不会出现QPSK中的180°的大幅跳变,同样改善了频谱特性,其星座图与8PSK相同。图2和图3给出了8PSK和PI/4-DQPSK的相位跳转图。 [0071] 由于PI/4-DQPSK相邻码元相位有4个跳变值,最大跳变为±3π/4,而8PSK的相邻码元相位有8个跳变值,最大跳变为π。根据8PSK和PI/4-DQPSK的这个特征,可以参考DMRAs算法中经典特征参数σaap,改进后用于8PSK和PI/4-DQPSK之间的识别,具体方法如下: [0072] 从下变频后的I/Q信号提取出瞬时相位 [0073] [0074] 用于计算σaap,反正切可以用CORDIC算法实现。为了计算相邻码元相位的跳变值 还要对I/Q信号进行位同步,以等同于符号率rs的固定速率在最佳时刻定时恢复出码元后,计算出相应的 从而得到相邻码元的相位差即为: [0075] [0076] 将φNL(i)中的瞬时相位 替换为相邻码元相位的跳变值 可以得到中心归一化瞬时相位差ΔφNL(i): [0077] [0078] Nr为符号数,Nr=Ns/(fs/rs),rs为符号率,fs为采样率,Ns为采样点数。 [0079] 将φa(i)公式中的φNL(i)用ΔφNL(i)替换,计算出Δφa(i): [0080] [0081] 将σaap中的φa(i)用Δφa(i)替换,可以得到: [0082] [0083] 其中 an(i)是经过定时恢复后信号的瞬时归一化幅度,ma是经过定时恢复后的信号的瞬时幅度的平均值。 [0084] 对于PI/4-DQPSK信号, 只有π/4、3π/4两个值,因此Δφa(i)参数有两个电平值,σaaΔp=0;而对于8PSK信号而言,Δφa(i)有四个电平值,σaaΔp>0,因此,利用该特征值可用于区分8PSK和PI/4-DQPSK信号。 [0085] 本发明采取以上技术方案,与现有技术相比,具有以下优点: [0086] 利用QPSK信号和OQPSKI信号相位跳变的不同,简化QPSK信号和OQPSK信号的识别步骤,并且本发明的技术方案操作简单,易于操作实现,实现速度快,结果精确。 [0087] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 |