CN116248454A - 多调制信号盲检测识别方法、装置、计算机设备以及介质 - Google Patents

多调制信号盲检测识别方法、装置、计算机设备以及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种多调制信号盲检测识别方法、装置、计算机设备以及介质，该方法步骤包括：输入待检测调制信号的准基带信号并计算准基带信号的四次方谱，待检测调制信号的类型为GMSK、FQPSK和OQPSK调制信号中一种；从四次方谱中提取出最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值；根据最大值谱峰幅值与次大值谱峰幅值之间的大小关系，判断待检测调制信号的类型。本发明能够实现GMSK、FQPSK和OQPSK调制信号的识别，且具有实现方法简单、成本低、识别效率以及精度高且资源消耗小、鲁棒性强等优点。

Description

多调制信号盲检测识别方法、装置、计算机设备以及介质
技术领域
本发明涉及无线通信信号识别技术领域，尤其涉及一种多调制信号盲检测识别方法、装置、计算机设备以及介质。
背景技术
在无线通信信号识别监测系统中，信号识别分类是大系统中最后也是最重要的一环。GMSK(Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，高斯最小频移键控)调制可以简单地称是一种调制指数为0.5的部分响应CPM调制方案，它是通过在载波频率调制之前利用具有高斯脉冲响应的滤波器对MSK信号的矩形频率脉冲进行滤波而实现的。OQPSK(offset-QPSK，偏移四相相移键控)调制是在QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)调制基础上发展起来的一种恒包络数据调制技术，是QPSK调制的改进型，也称为偏移四相相移键控调制，它与QPSK调制有同样的相位关系，也是把输入码流分成两路，然后进行正交调制，不同点在于它将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期，因此OQPSK信号不会出现超过90°的相位翻转，时域包络变化更小。FQPSK调制则是在OQPSK调制进一步完善，通过引入交叉互相关来消除3dB的包络起伏，从而使得信号在时域的包络恒定。
由于GMSK、FQPSK和OQPSK三种调制方式均为准恒包络或恒包络信号，时域上难以提取有效特征，尤其是在低信噪比下。对信号做非线性变换操作后，信号可能在频域出现离散谱线特征，如图1～3所示，GMSK、FQPSK和OQPSK三种调制方式的频谱及其高阶非常相似，不管是频谱上谱峰数量还是谱峰相对位置均非常相似，因此在预先无法获取信号精确带宽和符号速率等先验情况下，难以有效区分GMSK、FQPSK和OQPSK三种调制方式。虽然不同信号的谱峰幅值有所区别，但谱峰幅值会存在受信噪比影响较大，鲁棒性较低等问题。正是由于GMSK、FQPSK和OQPSK调制信号均具有相似基本高阶谱线特征和高阶累积量特征，因而在当前信号体制识别算法中，通常都是将GMSK、FQPSK和OQPSK调制信号归为一个子类，而难以进一步进行区分。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、成本低、识别效率以及精度高且资源消耗小、鲁棒性强的多调制信号盲检测识别方法、装置、计算机设备以及介质，能够精准、快速的实现GMSK、FQPSK和OQPSK调制信号的识别。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种多调制信号盲检测识别方法，步骤包括：
输入待检测调制信号的准基带信号并计算所述准基带信号的四次方谱，所述待检测调制信号的类型为GMSK、FQPSK和OQPSK调制信号中一种；
从所述四次方谱中提取出最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值；
根据所述最大值谱峰幅值与所述次大值谱峰幅值之间的大小关系，判断待检测调制信号的类型。
进一步的，所述四次方谱通过先对输入信号进行四次方非线性变换，再计算功率谱得到。
进一步的，所述从所述四次方谱中提取出最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值前还包括将所述四次方谱进行谱线突出处理以突出局部最大值，得到处理后四次方谱。
进一步的，所述从所述四次方谱中提取出最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值包括：
根据谱峰位置在当前上四次方谱提取谱峰幅值，得到所述最大值谱峰幅值；
将当前四次方谱中最大值谱峰位置以及所述最大值谱峰位置左、右指定个位置点的幅值置零后，重新搜索当前四次方谱中最大值谱峰位置并提取对应的谱峰幅值，得到所述次大值谱峰幅值。
进一步的，通过计算所述最大值谱峰幅值与所述次大值谱峰幅值之间的比值Ra，根据所述比值Ra的大小判断待检测的调制信号的类型。
进一步的，如果所述比值Ra大于预设第一阈值，判定待检测调制信号为OQPSK调制信号，如果所述比值Ra小于预设第一阈值、大于预设第二阈值，判定待检测调制信号为FQPSK调制信号，如果所述比值Ra小于预设第二阈值，则判定待检测调制信号为GMSK调制信号，所述预设第二阈值小于预设第一阈值。
进一步的，所述预设第一阈值为10，所述预设第二阈值为2。
一种多调制信号盲检测识别装置，包括：
频谱计算模块，用于输入待检测调制信号的准基带信号并计算所述准基带信号的四次方谱，所述待检测调制信号的类型为GMSK、FQPSK和OQPSK调制信号中一种；
参数提取模块，用于从所述四次方谱中提取出最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值；
信号类型判别模块，用于根据所述最大值谱峰幅值与所述次大值谱峰幅值之间的大小关系，判断待检测调制信号的类型。
一种计算机设备，包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以执行如上述方法。
一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序执行时实现如上述方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过提取待检测信号(GMSK、OQPSK和FQPSK调制信号中一种)的四次方谱，提取出最大值谱线、次大值谱线幅值后，由最大值谱线、次大值谱线幅值之间的大小关系作为特征参数，可以得到无需先验信息并且对信噪比不敏感的分类特征参数，基于该特征参数能够无需先验信息即可实现GMSK、OQPSK和FQPSK调制信号的精准、快速识别，同时还能够确保识别的鲁棒性，且由于仅需要搜索最大值谱峰和次大值谱峰位置及幅值，不需要非常精确的载波频率和信号带宽等参数，还可以大大降低实现的复杂度。
附图说明
图1是MSK调制信号的频谱及高阶频谱示意图。
图2是OQPSK调制信号的频谱及高阶频谱示意图。
图3是FQPSK调制信号的频谱及高阶频谱示意图。
图4是GMSK、FQPSK和OQPSK信号的四次方谱。
图5是本实施例多调制信号盲检测识别方法的实现流程示意图。
图6是在具体应用实施例中进行谱线突出处理前后的效果示意图。
图7是在具体应用实施例中GMSK、FQPSK和OQPSK信号的Ra仿真结果示意图。
图8是在具体应用实施例中利用比值Ra实现GMSK、FQPSK和OQPSK信号识别的流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
考虑到GMSK、OQPSK和FQPSK调制方式的频谱中谱线数目及其出现的位置、强度极其相似而导致难以区分，本发明首先对GMSK、OQPSK和FQPSK三种调制方式的四次方谱进行深入分析，发现GMSK、FQPSK和OQPSK信号的四次方谱会存在以下特性：均存在多根离散谱线，而不同调制方式所对应的四次方谱中谱线幅值会存在明显差别，即最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值之间大小关系会存在较为明显的差异。
以8倍过采样的基带信号为例，图4中(a)、(b)和(c)分别对应为GMSK、FQPSK和OQPSK信号的四次方谱，图4中(d)对应为OQPSK局部细节，从图4中可以看出，各四次方谱具有统一特征：存在3根离散谱线，分别是零频上的最大值谱线(即四倍频谱线，由于经过了下变频处理，信号载波频率已是零频)以及左右对称的次大值谱线。不同调制方式对应的最大值谱线、次大值谱线幅值会存在明显的差别，其中OQPSK信号的四次方谱中最大值谱线、次大值谱线幅值之间比值较大，而GMSK信号的四次方谱中最大值谱线、次大值谱线幅值之间比值较小，FQPSK信号的四次方谱中最大值谱线、次大值谱线幅值之间比值则相较于OQPSK信号要更小、相较于GMSK信号则更大，因而可以利用四次方谱中谱线幅值之间的大小关系来识别出调制信号的对应体制类型。
本发明利用GMSK、FQPSK和OQPSK信号的四次方谱中谱峰幅值会存在明显差别的特性，通过提取待检测信号(GMSK、OQPSK和FQPSK调制信号中一种)的四次方谱，提取出最大值谱线、次大值谱线幅值后，由最大值谱线、次大值谱线幅值之间的大小关系构建形成一个无需先验信息、鲁棒性高且差别较明显、对信噪比不敏感的分类特征参数，基于该特征参数能够无需先验信息即可实现GMSK、OQPSK和FQPSK调制信号的精准、快速识别，同时还能够确保识别的鲁棒性。
如图5所示，本实施例多调制信号盲检测识别方法的步骤包括：
S01.频谱计算：输入待检测调制信号的准基带信号并计算准基带信号的四次方谱，待检测调制信号的类型为GMSK、FQPSK和OQPSK调制信号中一种。
本实施例输入待检测调制信号具体是经过下变频和抽取滤波的准基带信号(允许存在一定频偏，以及大于4倍的过采样)，通过先对输入信号进行四次方非线性变换，再计算功率谱即得到输入信号的四次方谱，也即为原始频谱。
S02.参数提取：从四次方谱中提取出最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值。
本实施例在从四次方谱中提取出最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值前还包括将四次方谱进行谱线突出处理以突出局部最大值，得到处理后四次方谱。具体可以按照下式进行四次方谱的谱线突出处理：
Figure BDA0004072527520000041
其中，
Figure BDA0004072527520000042
为处理后四次方谱，S(k)为原始频谱，S(i)为原始频谱中第i个频谱幅值。
以OQPSK信号的四次方谱为例，在具体应用实施例中进行谱线突出处理前后如图6所示，其中图6中(a)对应为原始频谱，(b)对应为谱线突出后频谱。由图6可以看出，经过谱线突出处理以后，可以有效突出原始频谱中的局部最大值。
本实施例中，从四次方谱中提取出最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值的具体步骤包括：
S201.根据谱峰位置在当前上四次方谱提取谱峰幅值，得到最大值谱峰幅值Q1；
S202.将当前四次方谱中最大值谱峰位置以及所述最大值谱峰位置左、右指定个位置点的幅值置零后，重新搜索当前四次方谱中最大值谱峰位置并提取对应的谱峰幅值，得到次大值谱峰幅值Q2。
本实施例具体首先在谱线突出处理后的四次方频谱上搜索最大值谱峰位置，根据谱峰位置在原始频谱上提取谱峰幅值，即得到最大值谱峰幅值Q1；然后将谱线突出处理后的四次方频谱中最大值谱峰位置以及左右4个点的幅值置零，再重新搜索最大值谱峰位置，根据谱峰位置在频谱上提取谱峰幅值，即得到次大值谱峰幅值Q2。
可以理解的是，上述最大值谱峰幅值Q1、次大值谱峰幅值Q2当然还可以根据实际需求采用其他的提取方法进行提取。
S03.信号类型判别：根据最大值谱峰幅值与所述次大值谱峰幅值之间的大小关系，判断待检测调制信号的类型。
考虑到如果单纯取谱线幅值作为特征参数，会容易受信号功率和信噪比的影响，无法给出一个合适的阈值来判断区分，而不同调制方式对应的最大值谱线Q1、次大值谱线幅值Q2之间的比值Ra会存在明显的差别，具体如OQPSK信号的四次方谱中最大值谱线、次大值谱线幅值之间比值较大，而GMSK信号的四次方谱中最大值谱线、次大值谱线幅值之间比值较小，FQPSK信号的四次方谱中最大值谱线、次大值谱线幅值之间比值则相较于OQPSK信号要更小、相较于GMSK信号则更大，且由于比值Ra是最大值与次大值的比值，表征的是信号本身固有的特征，不会随信号功率或信噪比变化，本实施例具体通过计算最大值谱峰幅值Q1与所述次大值谱峰幅值Q2之间比值Ra以作为特征参数，计算表达式如式(2)所示，根据该比值Ra的大小判断待检测调制信号的类型，实现GMSK、FQPSK和OQPSK调制信号识别。
Figure BDA0004072527520000051
其中，Q1是四次方谱最大值谱峰幅值；Q2是四次方谱次大值谱峰幅值。
在具体应用实施例中，采用符号速率1000sps、8倍过采样，经过蒙特卡洛仿真100次得到GMSK、FQPSK和OQPSK三种调制方式的Ra仿真结果如图7所示，其中图7中(a)对应为Ra仿真结果，(b)对应为局部细节图。由图7可知，比值Ra在不同信噪比下非常稳定，体现了信号本身固有的调制特征，EbN0在5dB以上能够有效区分三种调制方式。即本实施例通过采用比值Ra作为特征参数，可以在无需先验信息且对信噪比不敏感的情况下有效实现GMSK、FQPSK和OQPSK三种调制信号的识别，且由于仅需要搜索最大值谱峰和次大值谱峰位置及幅值，不需要非常精确的载波频率和信号带宽等参数，可以大大降低实现的复杂度，非常有利于工程实现。
如图8所示，本实施例中具体如果比值Ra大于预设第一阈值，判定待检测调制信号为OQPSK调制信号，如果所述比值Ra小于预设第一阈值、大于预设第二阈值，判定待检测调制信号为FQPSK调制信号，如果比值Ra小于预设第二阈值，则判定待检测调制信号为GMSK调制信号，预设第二阈值小于预设第一阈值。上述预设第一阈值为10，预设第二阈值为2。上述预设第一阈值以及预设第二阈值的具体取值可以依据实际情况进行调整设置。
可以理解的是，除利用上述比值Ra作为分类特征参数以外，还可以根据实际需求采用能够表征GMSK、FQPSK和OQPSK三种调制信号中最大值谱峰和次大值谱峰幅值之间大小关系的其他类型参数，以实现三种调制信号的识别。
本实施例多调制信号盲检测识别装置包括：
频谱计算模块，用于输入待检测调制信号的准基带信号并计算所述准基带信号的四次方谱，所述待检测调制信号的类型为GMSK、FQPSK和OQPSK调制信号中一种；
参数提取模块，用于从所述四次方谱中提取出最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值；
信号类型判别模块，用于根据所述最大值谱峰幅值与所述次大值谱峰幅值之间的大小关系，判断待检测调制信号的类型。
本实施例中，参数提取模块包括：
第一提取单元，用于根据谱峰位置在当前上四次方谱提取谱峰幅值，得到最大值谱峰幅值；
第二提取单元，用于将当前四次方谱中最大值谱峰位置以及最大值谱峰位置左、右指定个位置点的幅值置零后，重新搜索当前四次方谱中最大值谱峰位置并提取对应的谱峰幅值，得到次大值谱峰幅值。
本实施例中，信号类型判别模块中具体通过计算最大值谱峰幅值与所述次大值谱峰幅值之间的比值Ra，根据所述比值Ra的大小判断待检测的调制信号的类型。其中，如果所述比值Ra大于预设第一阈值，判定待检测调制信号为OQPSK调制信号，如果所述比值Ra小于预设第一阈值、大于预设第二阈值，判定待检测调制信号为FQPSK调制信号，如果所述比值Ra小于预设第二阈值，则判定待检测调制信号为GMSK调制信号，所述预设第二阈值小于预设第一阈值。
本实施例多调制信号盲检测识别装置与上述多调制信号盲检测识别方法为一一对应，在此不再一一赘述。
本实施例还提供一种计算机设备，包括处理器以及存储器，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行所述计算机程序以执行如上述方法。
本实施例还提供存储有计算机程序的计算机可读存储介质，计算机程序执行时实现如上述方法。
上述只是本发明的较佳实施例，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。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种多调制信号盲检测识别方法，其特征在于，步骤包括：
输入待检测调制信号的准基带信号并计算所述准基带信号的四次方谱，所述待检测调制信号的类型为GMSK、FQPSK和OQPSK调制信号中一种；
从所述四次方谱中提取出最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值；
根据所述最大值谱峰幅值与所述次大值谱峰幅值之间的大小关系，判断待检测调制信号的类型。
2.根据权利要求1所述的多调制信号盲检测识别方法，其特征在于，所述四次方谱通过先对输入信号进行四次方非线性变换，再计算功率谱得到。
3.根据权利要求1所述的多调制信号盲检测识别方法，其特征在于，所述从所述四次方谱中提取出最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值前还包括将所述四次方谱进行谱线突出处理以突出局部最大值，得到处理后四次方谱。
4.根据权利要求1所述的多调制信号盲检测识别方法，其特征在于，所述从所述四次方谱中提取出最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值包括：
根据谱峰位置在当前上四次方谱提取谱峰幅值，得到所述最大值谱峰幅值；
将当前四次方谱中最大值谱峰位置以及所述最大值谱峰位置左、右指定个位置点的幅值置零后，重新搜索当前四次方谱中最大值谱峰位置并提取对应的谱峰幅值，得到所述次大值谱峰幅值。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的多调制信号盲检测识别方法，其特征在于，通过计算所述最大值谱峰幅值与所述次大值谱峰幅值之间的比值Ra，根据所述比值Ra的大小判断待检测的调制信号的类型。
6.根据权利要求5所述的多调制信号盲检测识别方法，其特征在于，如果所述比值Ra大于预设第一阈值，判定待检测调制信号为OQPSK调制信号，如果所述比值Ra小于预设第一阈值、大于预设第二阈值，判定待检测调制信号为FQPSK调制信号，如果所述比值Ra小于预设第二阈值，则判定待检测调制信号为GMSK调制信号，所述预设第二阈值小于预设第一阈值。
7.根据权利要求6所述的多调制信号盲检测识别方法，其特征在于，所述预设第一阈值为10，所述预设第二阈值为2。
8.一种多调制信号盲检测识别装置，其特征在于，包括：
频谱计算模块，用于输入待检测调制信号的准基带信号并计算所述准基带信号的四次方谱，所述待检测调制信号的类型为GMSK、FQPSK和OQPSK调制信号中一种；
参数提取模块，用于从所述四次方谱中提取出最大值谱峰幅值以及次大值谱峰幅值；
信号类型判别模块，用于根据所述最大值谱峰幅值与所述次大值谱峰幅值之间的大小关系，判断待检测调制信号的类型。
9.一种计算机设备，包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，其特征在于，所述处理器用于执行所述计算机程序以执行如权利要求1～7中任意一项所述方法。
10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序执行时实现如权利要求1～7中任意一项所述的方法。
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