CN114422016A - 一种pcma信号识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PCMA信号识别方法，涉及卫星通信技术领域，提出一种结合循环谱、N阶谱与高阶累积量的PCMA识别算法，能在无任何先验信息的情况下，识别出PCMA信号的调制方式、符号速率及载波频率。

Description

一种PCMA信号识别方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种PCMA信号识别方法。
背景技术
卫星通信网络与人类的生活工作息息相关，无论是日常生活中的电视转播、移动信号、远距离数据收发还是军事领域内的导航、预警都高度依赖着这些卫星，给人们带来巨大的经济和军事效益。随着被发射卫星数量的增加，频带资源已渐进枯竭，各国对频带的争夺已进入白热化阶段。如何更高效的利用有限的频带资源成为科研工作者研究的热点方向。成对载波多址接入(Paired Carrier Multiple Access,PCMA)技术作为一种卫星通信多址复用技术，允许经由卫星展开通信的两个终端使用完全相同的上行频率和下行频率，节省了一半的频带资源，显著提高了频带的利用效率。成对载波多址(PCMA)是一个能够节省通信带宽的通信信号多址方式，通过在同一频率上发送两调制信号构成，常用的调制方式有BPSK、QPSK、8PSK和16QAM。对于非合作通信中接收到的PCMA信号，能否准确的识别出信号的调制方式、符号速率和载波频率是PCMA信号分离解调的关键与基础。
PCMA信号的特征：(1).属于时频混叠信号，两个调制信号在同一频率，调制方式相同。(2).两个调制信号具有不同的时延。(3).两个调制信号具有细微的载频偏差。对于传统的通信信号，可用的识别方法有多种。但对于PCMA信号，由于其时频混叠的特殊性，却没有一致方法能准确的识别出PCMA信号的调制方式、符号速率和载波频率。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种PCMA信号识别方法,能准确的识别出PCMA信号的调制方式、符号速率和载波频率。
本发明采用下述的技术方案：一种PCMA信号识别方法，包括以下步骤：
S1：对基带IQ数据进行第一次预处理，包括载波搬移、重采样与滤波，确保过采样倍数大于等于4，频率偏移小于符号速率，然后采用AUTOFAM算法的到信号的循环谱,通过循环谱得到符号速率估计值est_fym1和载波频率粗略估计值est_fc1；
S2：对基带IQ数据进行第二次预处理，包括载波搬移、重采样与滤波，其中心频率为载波频率粗略估计值est_fc1，重采样率为符号速率估计值est_fym1的8倍，滤波带宽为符号速率的1.28倍，得到信号sig1,通过sig1得到分类参数F0和载波频率精确估计值est_fc2；
S3：对基带IQ数据进行第三次预处理，包括载波搬移、重采样与滤波其中心频率为载波频率精确估计值est_fc2，重采样率为符号速率估计值est_fym1的4倍，滤波带宽为符号速率的1.28倍，得到信号sig2；
S4：计算信号sig2的开环定时误差,并进行定时插值，得到定时序列xx；
S5：对定时序列xx的进行差分处理，得到序列yy；
S6：对序列xx与序列yy计算信号高阶累积量得到Cxx63、Cxx42、Cyy20、Cyy40、Cyy42，并计算分类参数；
S7：对信号sig2计算似然累加量，记为分类参数F5；
S8：利用分类参数，结合判决树对信号进行调制识别。
优选的，所述符号速率估计值est_fym1：取循环谱的alpha＝0的f截面做最大值累积，得到符号速率识别截面，在符号速率识别截面，取次高的离散谱线所在频点为符号速率估计值est_fym1。
优选的，所述载波频率粗略估计值est_fc1：取循环谱的f＝0的alpha截面做最大值累积，得到载波频率识别截面，在载波频率识别截面，取最高的离散谱线所在频点为载波频率粗略估计值est_fc1。
优选的，对所述信号sig1分别做二阶谱、四阶谱与八阶谱。记录离散谱线分布情况，记为分类参数F0。并取得最高离散谱线，为载波频率精确估计值est_fc2。
优选的，所述S6中分类参数计算式为：
Figure BDA0003440406440000031
F2＝Cyy20，F3＝Cyy40，F4＝Cyy42。
优选的，所述判决树结构为：根据分类参数F1，将信号分为BPSK调制的PCMA信号、BPSK混合调制的PCMA信号或QPSK调制的PCMA信号、8PSK调制的PCMA信号、16QAM调制的PCMA信号、QPSK混合调制的PCMA信号、8PSK混合调制的PCMA信号、16QAM混合调制的PCMA信号；
根据分类参数F0，将信号分为BPSK调制的PCMA信号或BPSK混合调制的PCMA信号；
根据分类参数F2，将信号分为QPSK调制的PCMA信号、8PSK调制的PCMA信号或6QAM调制的PCMA信号或QPSK混合调制的PCMA信号、8PSK混合调制的PCMA信号、16QAM混合调制的PCMA信号；
根据分类参数F3,将信号分为QPSK调制的PCMA信号或8PSK调制的PCMA信号；
根据分类参数F4，将信号分为QPSK混合调制的PCMA信号、8PSK混合调制的PCMA信号或16QAM混合调制的PCMA信号；
根据分类参数F5,将信号分为QPSK混合调制的PCMA信号或8PSK混合调制信号。
本发明的有益效果是：无需任何先验信息，识别准确率高，能区分常规信号与PCMA信号；能准确识别出PCMA信号的符号速率与载波频率；在通用信号分析设备上工程实现，无须任何专用处理设备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1为PCMA信号识别流程示意图；
图2为判决树示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1至图2所示，一种PCMA信号识别方法，下面以通用数字采集卡和通用PC机为例简述该PCMA识别方法的一种实现方式：
用数据采集卡采集信号，通过FPGA的DDC模块，得到基带IQ数据，通过PCIE接口传输至PC机，PC按照以下步骤的PCMA信号识别流程进行识别。包括步骤：
S1：对基带IQ数据进行第一次预处理，包括载波搬移、重采样与滤波，确保过采样倍数大于等于4，频率偏移小于符号速率，然后采用AUTOFAM算法的到信号的循环谱,通过循环谱得到符号速率估计值est_fym1和载波频率粗略估计值est_fc1；
S2：对基带IQ数据进行第二次预处理，包括载波搬移、重采样与滤波，其中心频率为载波频率粗略估计值est_fc1，重采样率为符号速率估计值est_fym1的8倍，滤波带宽为符号速率的1.28倍，得到信号sig1,通过sig1得到分类参数F0和载波频率精确估计值est_fc2；
S3：对基带IQ数据进行第三次预处理，包括载波搬移、重采样与滤波其中心频率为载波频率精确估计值est_fc2，重采样率为符号速率估计值est_fym1的4倍，滤波带宽为符号速率的1.28倍，得到信号sig2；
S4：计算信号sig2的开环定时误差,并进行定时插值，得到定时序列xx；
S5：对定时序列xx的进行差分处理，得到序列yy；
S6：对序列xx与序列yy计算信号高阶累积量得到Cxx63、Cxx42、Cyy20、Cyy40、Cyy42，并计算分类参数；
S7：对信号sig2计算似然累加量，记为分类参数F5；
S8：利用分类参数，结合判决树对信号进行调制识别。
所述符号速率估计值est_fym1：取循环谱的alpha＝0的f截面做最大值累积，得到符号速率识别截面，在符号速率识别截面，取次高的离散谱线所在频点为符号速率估计值est_fym1。
所述载波频率粗略估计值est_fc1：取循环谱的f＝0的alpha截面做最大值累积，得到载波频率识别截面，在载波频率识别截面，取最高的离散谱线所在频点为载波频率粗略估计值est_fc1。
对所述信号sig1分别做二阶谱、四阶谱与八阶谱。记录离散谱线分布情况，记为分类参数F0。并取得最高离散谱线，为载波频率精确估计值est_fc2。
所述S6中分类参数计算式为：
Figure BDA0003440406440000061
F2＝Cyy20，F3＝Cyy40，F4＝Cyy42。
所述判决树结构为：根据分类参数F1，将信号分为BPSK调制的PCMA信号、BPSK混合调制的PCMA信号或QPSK调制的PCMA信号、8PSK调制的PCMA信号、16QAM调制的PCMA信号、QPSK混合调制的PCMA信号、8PSK混合调制的PCMA信号、16QAM混合调制的PCMA信号；
根据分类参数F0，将信号分为BPSK调制的PCMA信号或BPSK混合调制的PCMA信号；
根据分类参数F2，将信号分为QPSK调制的PCMA信号、8PSK调制的PCMA信号或6QAM调制的PCMA信号或QPSK混合调制的PCMA信号、8PSK混合调制的PCMA信号、16QAM混合调制的PCMA信号；
根据分类参数F3,将信号分为QPSK调制的PCMA信号或8PSK调制的PCMA信号；
根据分类参数F4，将信号分为QPSK混合调制的PCMA信号、8PSK混合调制的PCMA信号或16QAM混合调制的PCMA信号；
根据分类参数F5,将信号分为QPSK混合调制的PCMA信号或8PSK混合调制信号。
分类参数门限可通过仿真确定并可根据实际信号修改。其中存在的大量并行运算，可使用GPU进行加速。其余计算可直接在CPU中完成。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种PCMA信号识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对基带IQ数据进行第一次预处理，包括载波搬移、重采样与滤波，确保过采样倍数大于等于4，频率偏移小于符号速率，然后采用AUTOFAM算法的到信号的循环谱,通过循环谱得到符号速率估计值est_fym1和载波频率粗略估计值est_fc1；
S2：对基带IQ数据进行第二次预处理，包括载波搬移、重采样与滤波，其中心频率为载波频率粗略估计值est_fc1，重采样率为符号速率估计值est_fym1的8倍，滤波带宽为符号速率的1.28倍，得到信号sig1,通过sig1得到分类参数F0和载波频率精确估计值est_fc2；
S3：对基带IQ数据进行第三次预处理，包括载波搬移、重采样与滤波其中心频率为载波频率精确估计值est_fc2，重采样率为符号速率估计值est_fym1的4倍，滤波带宽为符号速率的1.28倍，得到信号sig2；
S4：计算信号sig2的开环定时误差,并进行定时插值，得到定时序列xx；
S5：对定时序列xx的进行差分处理，得到序列yy；
S6：对序列xx与序列yy计算信号高阶累积量得到Cxx63、Cxx42、Cyy20、Cyy40、Cyy42，并计算分类参数；
S7：对信号sig2计算似然累加量，记为分类参数F5；
S8：利用分类参数，结合判决树对信号进行调制识别。
2.根据权利要求1所述的一种PCMA信号识别方法，其特征在于，所述符号速率估计值est_fym1：取循环谱的alpha＝0的f截面做最大值累积，得到符号速率识别截面，在符号速率识别截面，取次高的离散谱线所在频点为符号速率估计值est_fym1。
3.根据权利要求1所述的一种PCMA信号识别方法，其特征在于，所述载波频率粗略估计值est_fc1：取循环谱的f＝0的alpha截面做最大值累积，得到载波频率识别截面，在载波频率识别截面，取最高的离散谱线所在频点为载波频率粗略估计值est_fc1。
4.根据权利要求1所述的一种PCMA信号识别方法，其特征在于，对所述信号sig1分别做二阶谱、四阶谱与八阶谱。记录离散谱线分布情况，记为分类参数F0。并取得最高离散谱线，为载波频率精确估计值est_fc2。
5.根据权利要求1所述的一种PCMA信号识别方法，其特征在于，所述S6中分类参数计算式为：
Figure RE-FDA0003573083460000021
F2＝Cyy20，F3＝Cyy40，F4＝Cyy42。
6.根据权利要求所述的一种PCMA信号识别方法，其特征在于，所述判决树结构为：根据分类参数F1，将信号分为BPSK调制的PCMA信号、BPSK混合调制的PCMA信号或QPSK调制的PCMA信号、8PSK调制的PCMA信号、16QAM调制的PCMA信号、QPSK混合调制的PCMA信号、8PSK混合调制的PCMA信号、16QAM混合调制的PCMA信号；
根据分类参数F0，将信号分为BPSK调制的PCMA信号或BPSK混合调制的PCMA信号；
根据分类参数F2，将信号分为QPSK调制的PCMA信号、8PSK调制的PCMA信号或6QAM调制的PCMA信号或QPSK混合调制的PCMA信号、8PSK混合调制的PCMA信号、16QAM混合调制的PCMA信号；
根据分类参数F3,将信号分为QPSK调制的PCMA信号或8PSK调制的PCMA信号；
根据分类参数F4，将信号分为QPSK混合调制的PCMA信号、8PSK混合调制的PCMA信号或16QAM混合调制的PCMA信号；
根据分类参数F5,将信号分为QPSK混合调制的PCMA信号或8PSK混合调制信号。
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