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通信工程师通信工程师职称论文： 通信信号分析工程应用关键技术 摘　要: 介绍了非协同方式下工程上通信信号事后分析的总体框架及流程,重点讨论了通信信号分析中的参数测量、调制识别、细微特征分析、信道盲均衡、解码、跳频分析等关键技术以及工程应用上的实际问题和解决方法。 关键词: 非协同通信;信号分析;调制识别;细微特征;跳频分选 1　引　言 军事通信信号“短、跳、隐”的特点,使得信号的实时解调变得非常困难。随着软件无线电技术的发展及其广泛应用,侦察对象的不断变化要求侦察手段和处理方法要能不断更新、升级,并且应具有强大的信号分析能力来适应。同时,针对不同的侦察平台,尤其是有人机、无人机、卫星等平台,硬件实时信号分析往往不能保证分析的有效性和完整性,因此,通常需要将原始采样数据或者经下变频后的基带数据进行实时回传或者平台存储下载到地面的处理方式,进行事后信号分析。这需要功能强大的信号分析工具和手段,尽可能地通过分析这些原始素材更准确有效地得到信号的参数或者内涵,形成丰富的素材库。由于软件事后分析具有信号不丢失、反复重放、可重采样处理、完整性分析强、可人工辅助参与等优势,其可能提供的情报效益远远大于硬件实时分析的处理方式,所以军事意义非常明显。 对于民用无线电频谱管理、监测等方面,为了更好地掌控无线电电磁环境,除了需要实时判证的分析设备,同样也需要事后对于存在的信号进行更为严格的综合分析判证、反复监听分析等,从而更好地摸清信号活动规律及内容细节。 通信信号包含多种体制,本文主要讨论的是通用的定频通信信号、跳频信号的软件事后分析处理。 2　通信信号分析总体框架 由于分析的对象往往隐藏在复杂的电磁环境下,可能是短时突发信号、连续信号、跳频信号等。信号存储采用的是自动或者手动存储方式,所以一般通信信号分析时,首先利用Cool Edit软件对采样数据进行时域、频域、调制域等初步分析,并将感兴趣的信号进行截取存储;然后,根据不同的信号类型分别由宽带通信信号分析软件、话带通信信号分析软件、跳频通信信号分析软件进行分析处理。如果经宽带通信信号分析软件分析得到的是模拟调制方式(AM、FM、SSB等),解调结果可由话带通信信号分析软件判断是语音信号还是话带信号,对于话带信号可以继续进行信号参数测量、调制方式识别、解调、解码等分析;如果经跳频通信信号分析软件对跳频信号完成识别、拼接后,可以将拼接后的数据用宽带通信信号分析解调软件进行继续分析。其工作流程图如图1所示。 宽带/话带通信信号分析软件主要是完成中频/话带定频通信信号的时域、频域、调制域分析,载频、符号速率、信号功率、信噪比、信号带宽等参数测量,细微特征分析,调制识别,解调等功能。跳频通信信号分析软件主要是完成短波/超短波跳频通信信号的频率集、跳速、信号带宽及功率等参数提取,跳频信号的分选、拼接等功能。 3　信号分析的关键技术 实际信号侦收往往采用的是宽带接收机方式,因此带宽内可能存在着多个信号,通过人工选择分析信号频段进行数字下变频,然后进行信号的参数测量、调制识别、细微特征、解调、解码等分析,以下是通用通信信号事后分析涉及的关键技术。 3.1　数字下变频 数字下变频作为软件无线电的基本处理形式,将中频信号变成基带信号可以大幅提高后续处理效率。信号分析中采用的数字下变频基本类型如图2所示。 CIC滤波器的传递函数为 H(z)=((1-zRM)/(1-z-1))N 式中,M为CIC滤波器梳状部分的延迟数量,只能取1和2,用于控制滤波器的频率响应[1];R为抽取倍数;N是级数。 CIC滤波器的结构图如图3所示,每级CIC滤波器主瓣比旁瓣高13·46 dB,所以通常取5级CIC就可以满足67.3 dB衰减的要求[2]。软件分析选取CIC滤波器的主要目的是减少乘法计算,提高运算速度。 CIC滤波器之后的“低通滤波+抽取”可采取多相结构以减少运算量,也可用多级半带滤波器来实现,半带滤波器可用来减少滤波的运算量。 如果需要同时处理多通道的信号,可以采用图2的多个并行结构方式,也可以采用多相滤波器组信道化接收机模型[1]进行数字下变频,这种数字下变频方式主要优点是在大幅节省FPGA资源的前提下并行处理多个信号。对于软件处理方式,一般每次都是处理一个信号,因而一般可利用多相滤波的结构实现FIR低通滤波器以减小计算量。 3.2　参数测量 参数测量是信号分析最基本的一项任务,对于数字调制最基本的参数是载波频率及符号速率,对于模拟调制信号最基本的参数是载波频率和带宽。信号的信噪比、功率谱、基带赋形滤波器形式及滚降系数等也是信号分析的常用分析对象。 3.2.1　载频测量 对于单载频数字调制信号,对信号的M次方的非线性处理,可再生出单频信号;然后,通过估计非线性变换生成单频信号的频率来估计信号载波的频率。如BP