[发明专利]基于1D-CNN的BPSK调制信号相位跳变检测方法

说明书

本发明提出了一种基于1D‑CNN的BPSK调制信号相位跳变检测方法，旨在保证较低误码率的同时，提高相位跳变检测速度。实现步骤为：获取一维卷积神经网络训练集；获取两个指示相反相位跳变的相位跳变标签集；设定一维卷积神经网络；用获取的训练集和两个相位跳变标签集分别对一维卷积神经网络进行训练；获取待检测序列；设定判决阈值；使用一维卷积神经网络对待检测序列进行检测并对检测结果进行阈值判断；获取相位跳变检测结果序列。本发明具有在保证较低误码率前提下检测速度快，鲁棒性较好，并且对待检测BPSK调制信号起始位置无要求的优点，可用于卫星通信、深空通信。

技术领域

本发明属于数字通信与信号处理领域，涉及一种调制信号相位跳变检测方法，具体涉及一种基于一维卷积神经网络的BPSK调制信号相位跳变检测方法，可用于卫星通信和深空通信。

技术背景

数字通信是一种用数字信号作为载体来传输消息，或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。数字信号的调制和解调在数字通信领域占据着相当重要的地位，对于一个待传送的原始基带数据，在数字通信系统的发送端将对原始基带数据进行数字调制以生成调制信号，在接收端则对调制信号进行解调以将原始基带数据恢复出来。

数字调制方式可分为PSK、FSK和ASK等几大类，其中PSK为相移键控，是利用载波的相位变化来传递数字信息的，调制前后信号的振幅和频率保持不变，仅相位发生变化。以BPSK调制信号为例，在BPSK调制方式下，取码元为“1”时，调制后载波与未调载波同相；取码元为“0”时，调制后载波与未调载波反相。可知码元“1”和码元“0”在经调制后载波相位差180度。BPSK信号一般可表示为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘，即：

e_bpsk(t)＝s(t)sin(ω_ct)

其中s(t)是一个双极性全占空矩形脉冲序列，是原始基带数据对应到波形上的结果；sin(ω_ct)为载波，此时载波频率为ω_c；e_bpsk(t)是对s(t)数字调制后的结果，即BPSK调制信号。

由BPSK调制中码元“1”和码元“0”在经调制后再把相位相差180度，可知存在符号变化的两相邻码元之间必然存在相位跳变，这为存在符号变化的两相邻码元的分割提供了依据，也为后续对BPSK调制信号的解调提供了重要的参考信息，故对于BPSK调制信号中相位跳变点的检测具有一定的实际意义。

BPSK调制信号中相位跳变点的检测与时间相关联的相位跳变具有明显的非平稳信号特征，因此采用非平稳信号分析中的时频分布可以直接对相位跳变处的信号瞬时频谱进行分析，并通过将相位跳变特征与时频分布幅度建立映射关系，达到检测相位跳变值的目的，为方便分析，假设BPSK信号在时刻t₀处有相位跳变,且跳变值为π。采用伪魏格纳-威利分布(PWVD)形式,使用矩形计算窗口对信号进行取样，矩形时域窗口的宽度为T。

当信号的相位跳变点位于时域计算窗口以外时，信号的时频分布是一个与时间t无关的常量；当信号相位的跳变点位于时域计算窗口内部时，对时频分布的计算分为两种情况；一种是计算窗口的中心与相位突变点重合，第二种是计算窗口的中心偏离相位突变点。

首先考虑第一种情况。可以证明当矩形计算窗口的中心与相位跳变点重合时，信号的时频分布形式为对上式在瞬时频率位置取极限，得到时频分布为以上的分析表明：当信号的相位不发生跳变时，在瞬时频率处时频分布的幅度为常数，而相位发生突变时，处在相位突变点附近的信号时频分布的幅度将发生明显改变。