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论文研究-基于星座图的PSK、QAM信号联合识别算法应用.pdf
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更新于2023-05-26
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针对PSK、QAM信号的理论识别算法在实际应用系统中不能满足较高的识别精度这一问题,提出一种基于星座图的PSK、QAM信号联合识别算法。该算法首先对信号同步处理并恢复信号星座图,然后进行相位统计与星座图聚类,提取出星座图的中心点个数N、相位个数P以及最大半径与最小半径比R等特征参数,再构造评估函数C(N,R,P)以识别PSK、QAM信号的调制方式。实际应用表明,对码元数目大于800的PSK和QAM信号的识别准确率均高于94%;对信噪比为8.25 dB的860M数字集群TETRA信号的识别率高达94.12%。该算法流程清晰且不需要任何先验知识,非常适合实际应用,此方法已经在某公司的信号分析系统上得到了应用。
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收稿日期:20140426;修回日期:20140609
作者简介:王婷婷(1990),女,重庆人,硕士研究生,主要研究方向为控制工程、无线电监测和频谱管理(354282402@qq.com);龚晓峰(1965),
男,四川成都人,教授,硕导,主要研究方向为检测技术与自动化装置、无线电监测和频谱管理.
基于星座图的 PSK、QAM 信号联合识别算法应用
王婷婷,龚晓峰
(四川大学 电气信息学院,成都 610065)
摘 要:针对 PSK、QAM信号的理论识别算法在实际应用系统中不能满足较高的识别精度这一问题,提出一种基
于星座图的 PSK、QAM信号联合识别算法。该算法首先对信号同步处理并恢复信号星座图,然后进行相位统计与
星座图聚类,提取出星座图的中心点个数 N、相位个数 P以及最大半径与最小半径比 R等特征参数,再构造评估函
数
C(N,R,P)以识别 PSK、QAM信号的调制方式。实际应用表明,对码元数目大于 800的 PSK和 QAM信号的识别
准确率均高于 94%;对信噪比为 8.25dB的 860M数字集群 TETRA信号的识别率高达 94.12%。该算法流程清晰
且不需要任何先验知识,非常适合实际应用,此方法已经在某公司的信号分析系统上得到了应用。
关键词:信号联合识别;星座图聚类;载波同步;码速率估计;相位统计
中图分类号:TN911.7;TP301.6 文献标志码:A 文章编号:10013695(2015)07211603
doi:10.3969/j.issn.10013695.2015.07.047
ApplicationofjointsignalrecognitiononPSKandQAM basedonconstellation
WangTingting,GongXiaofeng
(SchoolofElectricalEngineering&Information,SichuanUniversity,Chengdu610065,China)
Abstract:ThetheoreticalrecognitionalgorithmsonPSKandQAM couldn’treachhighidentificationprecisionwhenitap
pliedtorealsystem.Therefore,thispaperproposedajointrecognitionalgorithmonPSKandQAMbasedonconstellation.The
algorithmfirstlydidsignalsynchronizationandrecoveredtheconstellation.Bycountingthephaseandconstellationclustering,
itextractedthecentrepointnumberoftheconstellationasN,thephasenumberP,aswellastheratioofthemaximalandthe
minimalradiusasR.Afterthat,itstructuredevaluationfunctionC(N,R,P)torecognizePSKandQAM.Practicalapplica
tionshows,theidentificationrateofPSKandQAM ishigherthan94% whensymbolsaremorethan800,andtheidentifica
tionrateofthe860MdigitalclusteringTETRAsignalsreachesupto94.12%.Thisalgorithmissuitableforpracticalapplica
tionbecauseits
’flowisclearanditdoesn’tneedanypriorknowledge.Nowithasbeenappliedtothesignalanalysissystem
ofsomecompany.
Keywords:jointsignalrecognition;constellationclustering;carriersynchronization;symbolrateestimation;phasestatistics
通信信号调制识别目的是识别未知信号的调制方式,获取
信号参数,为信号的后续分析做准备。正确识别信号调制方式
在电子侦查、电 子 对 抗 和 频 谱 检 测 方 面 都 有 很 多 的 应 用。
MPSK和 MQAM信号由于其较高的频谱利用率和较好的功率
利用率,在卫星通信、网络通信和微波通信中都得到了广泛的
应用,对其调制方式的自动识别也显得尤为重要
[1,2]
。
到目前为止,很多公开文献对 PSK、QAM的识别作了较为
深入的理论研究。文献[3]利用信号的循环累积量作为分类
特征,对平坦衰落信道下的 PSK和 QAM 信号进行识别,但是
该方法的计算量较大,不利于实际应用。文献[4]采用拟合聚
类的方法识别 PSK和 QAM信号,但它只讨论了信号的类内识
别,没有将
PSK和 QAM联合起来识别。文献[5]通过插值、解
卷、聚类识别 QAM信号,但该算法没有考虑到实际接收信号
存在载波偏差的问题。
目前大多数识别方法只作了 QAM和 PSK信号的类内识
别,将两种信号联合识别的较少,并且多为理论分析,算法的识
别性能也多为仿真条件所得
[1~5]
,实际应用时不能满足准确率
要求。针对这些问题,提出一种基于星座图的 PSK、QAM联合
识别算法。
"
信号模型和预处理
信号的解析形式可表示如下:
r(k)
r(kT
s
)=exp(j2
π
f
c
kT
s
+j
θ
)×
∑
n
s
n
g(kT
s
-nT-
ε
T)+
ω
(kT
s
) (1)
其中:{s
n
=s
n
I+js
n
Q}表示第 n个符号周期内的发送符号,为
独立同分布;
f
c
、
θ
、
ε
和 T分别表示载波频率、初始相位、定时误
差和符号周期;T
s
为采样周期;g(t)是升余弦滤波器的冲激相
应;
ω
(t)为环境噪声。
接收机采集信号 r(k)由于存在载波频率偏差、码元不同
步等问题,使得星座图杂乱无章,无法辨明调制方式。对接收
机采集信号进行预处理,以获得识别所需特征。实际应用中,
PSK、QAM信号受信道带宽限制,在发射前会通过成型滤波器
以限制信号带宽,避免干扰相邻信道,在接收端需要对信号匹
配滤波
[6]
。信号预处理流程如图 1所示。
第 32卷第 7期
2015年 7月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.32No.7
Jul.2015
















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