[發明專利]基于1D-CNN的BPSK調制信號相位跳變檢測方法

有效

• 申請號: 201710630039.5
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107317778B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 王海;劉晶晶;韓瀟;劉宗延;李林鵬;張廣睿
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L27/18
• 分類號: H04L27/18;H04L27/20
• 代理公司: 61205 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 韋全生;王品華<國際申請>=<國際公布>

本發明提出了一種基于1D?CNN的BPSK調制信號相位跳變檢測方法，旨在保證較低誤碼率的同時，提高相位跳變檢測速度。實現步驟為：獲取一維卷積神經網絡訓練集；獲取兩個指示相反相位跳變的相位跳變標簽集；設定一維卷積神經網絡；用獲取的訓練集和兩個相位跳變標簽集分別對一維卷積神經網絡進行訓練；獲取待檢測序列；設定判決閾值；使用一維卷積神經網絡對待檢測序列進行檢測并對檢測結果進行閾值判斷；獲取相位跳變檢測結果序列。本發明具有在保證較低誤碼率前提下檢測速度快，魯棒性較好，并且對待檢測BPSK調制信號起始位置無要求的優點，可用于衛星通信、深空通信。

技術領域

本發明屬于數字通信與信號處理領域，涉及一種調制信號相位跳變檢測方法，具體涉及一種基于一維卷積神經網絡的BPSK調制信號相位跳變檢測方法，可用于衛星通信和深空通信。

技術背景

數字通信是一種用數字信號作為載體來傳輸消息，或用數字信號對載波進行數字調制后再傳輸的通信方式。數字信號的調制和解調在數字通信領域占據著相當重要的地位，對于一個待傳送的原始基帶數據，在數字通信系統的發送端將對原始基帶數據進行數字調制以生成調制信號，在接收端則對調制信號進行解調以將原始基帶數據恢復出來。

數字調制方式可分為PSK、FSK和ASK等幾大類，其中PSK為相移鍵控，是利用載波的相位變化來傳遞數字信息的，調制前后信號的振幅和頻率保持不變，僅相位發生變化。以BPSK調制信號為例，在BPSK調制方式下，取碼元為“1”時，調制后載波與未調載波同相；取碼元為“0”時，調制后載波與未調載波反相。可知碼元“1”和碼元“0”在經調制后載波相位差180度。BPSK信號一般可表示為一個雙極性全占空矩形脈沖序列與一個正弦載波相乘，即：

e_bpsk(t)＝s(t)sin(ω_ct)

其中s(t)是一個雙極性全占空矩形脈沖序列，是原始基帶數據對應到波形上的結果；sin(ω_ct)為載波，此時載波頻率為ω_c；e_bpsk(t)是對s(t)數字調制后的結果，即BPSK調制信號。

由BPSK調制中碼元“1”和碼元“0”在經調制后再把相位相差180度，可知存在符號變化的兩相鄰碼元之間必然存在相位跳變，這為存在符號變化的兩相鄰碼元的分割提供了依據，也為后續對BPSK調制信號的解調提供了重要的參考信息，故對于BPSK調制信號中相位跳變點的檢測具有一定的實際意義。

BPSK調制信號中相位跳變點的檢測與時間相關聯的相位跳變具有明顯的非平穩信號特征，因此采用非平穩信號分析中的時頻分布可以直接對相位跳變處的信號瞬時頻譜進行分析，并通過將相位跳變特征與時頻分布幅度建立映射關系，達到檢測相位跳變值的目的，為方便分析，假設BPSK信號在時刻t₀處有相位跳變,且跳變值為π。采用偽魏格納-威利分布(PWVD)形式,使用矩形計算窗口對信號進行取樣，矩形時域窗口的寬度為T。

當信號的相位跳變點位于時域計算窗口以外時，信號的時頻分布是一個與時間t無關的常量；當信號相位的跳變點位于時域計算窗口內部時，對時頻分布的計算分為兩種情況；一種是計算窗口的中心與相位突變點重合，第二種是計算窗口的中心偏離相位突變點。

首先考慮第一種情況。可以證明當矩形計算窗口的中心與相位跳變點重合時，信號的時頻分布形式為對上式在瞬時頻率位置取極限，得到時頻分布為以上的分析表明：當信號的相位不發生跳變時，在瞬時頻率處時頻分布的幅度為常數，而相位發生突變時，處在相位突變點附近的信號時頻分布的幅度將發生明顯改變。