基于W61PC的短波數(shù)字信號(hào)分析

蘆偉東

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心哈爾濱監(jiān)測(cè)站，哈爾濱 150010）

基于W61PC的短波數(shù)字信號(hào)分析

蘆偉東

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心哈爾濱監(jiān)測(cè)站，哈爾濱 150010）

本文首先介紹了數(shù)字信號(hào)的特征參數(shù)、常用的短波數(shù)字通信體制和W61PC分析信號(hào)流程，對(duì)典型短波數(shù)字信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了W61PC對(duì)不同信噪比數(shù)字信號(hào)的識(shí)別能力。

W61PC；信號(hào)識(shí)別；數(shù)字信號(hào)

1　引言

短波通信一直都是通信領(lǐng)域中的重要組成部分，尤其是近年來(lái)，短波數(shù)字信號(hào)更是短波通信的主力軍。所以，短波無(wú)線電監(jiān)管部門必須具備對(duì)短波數(shù)字信號(hào)的識(shí)別能力。但是在實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中，是否能夠準(zhǔn)確識(shí)別出未知數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式等參數(shù)取決于信號(hào)的信噪比，因此，找到能夠準(zhǔn)確識(shí)別數(shù)字信號(hào)的信噪比門限值，對(duì)于判斷我們是否有能力識(shí)別出監(jiān)測(cè)到的數(shù)字信號(hào)具有重要意義。

2　數(shù)字信號(hào)

2.1概念和特征參數(shù)

數(shù)字信號(hào)可以有多重的含義。它可以用來(lái)表示已經(jīng)數(shù)字化的離散時(shí)間信號(hào)，或者表示數(shù)字系統(tǒng)中的波形信號(hào)。這里所指的數(shù)字信號(hào)指自變量是離散的，因變量也是離散的信號(hào)，這種信號(hào)的自變量用整數(shù)表示，因變量用有限數(shù)中的一個(gè)數(shù)字表示。數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)是幅度的取值是離散的，而且幅度值被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)。

識(shí)別數(shù)字信號(hào)的關(guān)鍵就在于能夠?qū)ζ渥陨硭奶卣鲄?shù)做出準(zhǔn)確判斷。波特率（Baud rate）即調(diào)制速率，是指調(diào)制載波的速率，是單位時(shí)間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)變化的次數(shù)。圖1是對(duì)FSK信號(hào)波特率的分析示意圖。碼元速率即符號(hào)速率（Symbol rate）是指每秒鐘傳送的碼元數(shù)。圖2是對(duì)PSK信號(hào)碼速率的分析示意圖。在日常監(jiān)測(cè)工作中，必須準(zhǔn)確判定波特率和碼元速率才能進(jìn)行后續(xù)的數(shù)字信號(hào)分析工作。

表1　典型短波數(shù)字通信體制

圖1　FSK信號(hào)波特率分析

圖2　PSK信號(hào)碼速率分析

2.2典型短波數(shù)字通信體制

常見的短波數(shù)字通信體制如表1所示。由于目前大部分監(jiān)測(cè)設(shè)備只能解調(diào)模擬信號(hào)，在接收數(shù)字信號(hào)時(shí)，一般采用CW，LSB或USB解調(diào)方式進(jìn)行錄音，然后再對(duì)錄制的音頻文件進(jìn)行后續(xù)分析。

2.3信號(hào)識(shí)別的一般方法

模式識(shí)別法是目前比較流行的數(shù)字信號(hào)識(shí)別方法。一般包含輸入信號(hào)、提取特征參數(shù)和識(shí)別調(diào)制方式三個(gè)步驟。如圖3所示。

圖3　一般調(diào)制識(shí)別方法

對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，是將截收信號(hào)的文件格式轉(zhuǎn)換為適合分析處理的信號(hào)文件，并初步估計(jì)基本參數(shù)。提取特征參數(shù)是從經(jīng)過(guò)預(yù)處理的信號(hào)文件中提取出該信號(hào)獨(dú)有的特征參數(shù)。根據(jù)得到的特征參數(shù)，通過(guò)模式識(shí)別分類算法得出調(diào)制方式。

3　W61PC分析信號(hào)流程簡(jiǎn)介

W61PC信號(hào)解碼卡是瑞士某公司生產(chǎn)的一款高性能信號(hào)解碼卡。它支持通過(guò)局域網(wǎng)遠(yuǎn)程操控應(yīng)用軟件，可以實(shí)時(shí)分析音頻或中頻信號(hào)，也可以分析離線的音頻文件。在常規(guī)監(jiān)測(cè)時(shí)，利用W61PC軟件對(duì)疑似數(shù)字信號(hào)的錄音文件進(jìn)行逐一分析。首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）實(shí)時(shí)頻譜分析，觀察二維頻譜圖、三維頻譜圖、聲譜圖，通過(guò)幅頻特性可以清楚的看到信號(hào)波形的頻譜狀態(tài)，從而掌握信號(hào)的頻率成分。然后進(jìn)行分類識(shí)別、通信體制識(shí)別和解碼。由于短波信號(hào)多徑傳播的復(fù)雜性，極易受到噪聲干擾，造成信噪比下降，所以并不能對(duì)所有錄音信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別。

4　常見短波數(shù)字信號(hào)分析

以四種常見短波數(shù)字信號(hào)為例，給出W61PC分析不同數(shù)字信號(hào)的信噪比門限。

4.1ALIS

ALIS（Automatic Link Establishment，自動(dòng)鏈路建立）系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種外交部門，比如德國(guó)、意大利等，也可用于電話或數(shù)據(jù)傳輸。該協(xié)議具有自適應(yīng)性的特點(diǎn)：傳播條件根據(jù)時(shí)間、季節(jié)、太陽(yáng)黑子數(shù)和各站點(diǎn)的位置而定。ALIS通過(guò)主動(dòng)信道分析，允許在指配的頻帶內(nèi)選擇最大可用頻率（MUF）。如果信號(hào)質(zhì)量太差，ALIS的傳輸站點(diǎn)會(huì)改變信號(hào)載波頻率直到獲得最佳的傳輸質(zhì)量為止。該系統(tǒng)主要采用2FSK調(diào)制方式，調(diào)制速率一般為228.7波特，170Hz頻移。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只有信噪比在30dB以上才能利用W61PC卡對(duì)ALIS信號(hào)進(jìn)行正確的調(diào)制方式識(shí)別和解碼。圖4（a）為ALIS信號(hào)的波特率分析圖，圖4（b）為解碼圖。

圖4?。╝） ALIS信號(hào)波特率分析

圖4?。╞） ALIS信號(hào)解碼

4.2GW-PSK

GW-PSK應(yīng)用于全球無(wú)線海事數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，是船舶與陸地間的重要通信手段，在短波頻段，可以利用它向船舶提供海上電子郵件、通話等服務(wù)。GW-PSK信號(hào)的主要參數(shù)為：DQPSK和D8PSK調(diào)制方式，400Hz帶寬，傳輸速率400b/s，符號(hào)速率200Baud。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)信噪比只有19dB以上才能利用W61PC卡進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和解碼。圖5為GW-PSK信號(hào)的解碼圖。

圖5　GW-PSK信號(hào)解碼

4.3SSTV

SSTV是慢掃描電視（Slow Scan Television）的英文首字母縮寫，它是由美國(guó)業(yè)余無(wú)線電愛好者于1958年提出來(lái)的，調(diào)制方式采用FSK，最初只能用來(lái)傳輸黑白圖像，現(xiàn)在則主要傳輸彩色圖像。慢掃描電視技術(shù)可以通過(guò)普通的3kHz話音信道傳輸圖像，所以這項(xiàng)技術(shù)也被運(yùn)用在其他領(lǐng)域中，稱為“靜止畫面?zhèn)鬏敗?。SSTV音頻信號(hào)節(jié)奏感很強(qiáng)，比較容易通過(guò)聲音判斷。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)信噪比在27dB以上時(shí)，才能用W61PC卡完整的解碼出SSTV圖像。圖6為SSTV信號(hào)解碼圖。表2為常用的SSTV頻率表。

表2　SSTV信號(hào)常用頻率

4.4MORSE

MORSE電碼（Morse alphabet）是由美國(guó)人摩爾斯于1837年發(fā)明的，由點(diǎn)dot（.）和劃dash（-）兩種字符組成。任意一種書面文字，都能用摩爾斯電碼來(lái)表示。與其他無(wú)線電通信方式相比，MORSE的優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備簡(jiǎn)單、占用帶寬窄、發(fā)射效率高和在同等條件下通信距離更遠(yuǎn)。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只有信噪比在15dB以上，才能利用W61PC進(jìn)行解碼。圖7是對(duì)MORSE信號(hào)的解碼，該信號(hào)的傳輸速度為8wpm（每分鐘傳輸8個(gè)字符），中心頻率800Hz，帶寬為100Hz。

圖7　MORSE信號(hào)解碼

5　結(jié)束語(yǔ)

短波數(shù)字信號(hào)受多徑傳輸?shù)挠绊?，信噪比較低，而W61PC解碼卡能夠準(zhǔn)確分析數(shù)字信號(hào)所需的信噪比較高，今后應(yīng)在低信噪比環(huán)境下，更加有效提取信號(hào)的特征參數(shù)或者提高信噪比等方面做進(jìn)一步研究。

Analysis of Short Wave Digital Signal based on W61PC

Lu Weidong
（State Radio Monitoring Center Harbin Monitoring Station ， Harbin 150010 ， China）

This paper firstly introduces the characteristic parameters of digital signal， common HF digital communication system and signal technological process based on W61PC.The typical short wave digital signal recognition， according to the experimental data， it analyses different digital signal recognition ability of W61PC based on signal to noise ratio.

W61PC； signal recognition； digital signal

10.3969/j.issn.1672-7274.2015.03.010

TN92文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2015）03-0042-04

蘆偉東，男，本科，工程師，現(xiàn)任職于國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心哈爾濱監(jiān)測(cè)站，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線電監(jiān)測(cè)、測(cè)向。

［1］W61PC/LAN Manual V6.8.1，瑞士，2010