卫星信道自动调制识别仿真系统

资 源 简 介

该项目旨在研究并实现卫星通信环境下的自动调制识别技术。在卫星通信中，信号常受到长距离传输衰减、多普勒频移、转发器非线性失真以及大气层引起的衰落影响，识别过程极具挑战。本仿真系统首先构建多样化的调制信号源，涵盖常见的卫星调制格式如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM及64QAM等。随后，系统建立精细化的卫星信道模型，包括瑞利或莱斯衰落模型、模拟功率放大器非线性效应的Saleh模型以及加性高斯白噪声环境。在信号处理阶段，系统通过计算信号的瞬时幅度、瞬时频率、瞬时相位，并结合高阶累积量（HOC）作为核心判决

详 情 说 明

卫星信道中的调制识别仿真分析系统

项目介绍

本系统是一个专注于卫星通信环境的自动调制识别（AMR）仿真平台。在卫星通信中，信号不可避免地会受到超长距离传输带来的衰减、多谱勒频移、转发器高功率放大器的非线性失真以及复杂的衰落效应影响。本项目通过构建高度仿真的卫星链路环境，提取信号的高阶累积量与瞬时统计特征，并利用分类识别算法实现对BPSK、QPSK、8PSK、16QAM及64QAM等常见调制格式的自动判别。

项目功能特性

• 多样化信号产生：支持五种典型的卫星通信调制格式，内置根升余弦（RRC）成型滤波器，严格模拟基带信号处理流程。
• 精细化信道建模：

* 衰落模拟：实现莱斯（Rician）衰落模型，可通过参数调整模拟存在直射分量的卫星信道或纯瑞利衰落环境。 * 动态环境：集成多谱勒频移模拟，反映卫星与地面站相对运动产生的频率偏移。 * 非线性失真：内置Saleh模型，精确模拟卫星转发器中行波管放大器（TWTA）的AM/AM和AM/PM转换效应。

• 鲁棒的特征工程：

* 高阶累积量（HOC）：计算二阶、四阶及六阶累积量（如C40、C42、C63），有效抑制高斯白噪声干扰。 * 瞬时特征：提取归一化瞬时幅度标准差，辅助区分不同幅度的调制类型（如PSK与QAM）。

• 闭环性能评估：自动生成随信噪比（SNR）变化的识别准确率曲线，提供星座图、功率谱及特征空间分布的直观展示。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2020b 或更高版本。
• 所需工具箱：Signal Processing Toolbox (信号处理工具箱), Communications Toolbox (通信工具箱)。

系统实现逻辑与关键算法

1. 信号生成模块

* 系统首先根据设定的采样率（1MHz）和符号数生成原始比特序列。 * 针对不同调制模式调用相应的映射算法，其中QAM调制采用单位平均功率归一化。 * 使用滚降系数为0.35的根升余弦滤波器进行8倍上采样成型，确保频谱特性符合实际工程需求。

1. 卫星链路综合模拟

* 莱斯衰落：通过设定莱斯因子（K因子），将信号分解为直射分量和散射分量，模拟复杂的电磁波传播路径。 * 多谱勒相位旋转：根据预设的频移参数（100Hz），计算每个采样点随时间变化的相位偏移并叠加至信号。 * Saleh非线性模型：应用特定的alpha和beta参数（如alpha_a=2.1587等），对信号振幅进行压缩并诱发额外的相位畸变。 * 加性噪声：在信号经过所有畸变后，按照-5dB至15dB的步进加入高斯白噪声。

1. 核心特征提取算法

* 预处理：对接收信号进行零均值化和功率归一化，消除由于路径损耗带来的增益不确定性。 * 累积量判据：通过计算混合阶数的数学矩，推导出对相位和幅度阶数敏感的累积量特征。系统重点使用了归一化后的|C40|、|C42|及|C63|作为判决基准。 * 幅度波动特征：引入归一化瞬时幅度标准差σaa，该特征对于区分恒包络调制（如PSK）与非恒包络调制（如QAM）具有极高效率。

1. 分类决策与性能分析

* 仿真分类器：系统采用一种基于特征空间欧式距离的识别逻辑，通过划分训练集与测试集，模拟BP神经网络在特征空间中的聚类行为。 * 可视化呈现： * 准确率曲线：展示从低信噪比到高信噪比环境下系统识别性能的提升过程。 * 信号质量分析：实时生成受损后的星座图与功率谱密度图，反映非线性失真对信号的影响。 * 混淆矩阵：在特定信噪比下，定量分析不同调制格式之间产生误判的概率分布。

使用方法

1. 启动MATLAB软件，将工作路径切换至项目所在目录。
2. 在命令行窗口输入主程序名称并回车运行。
3. 系统将自动开始循环仿真，依次执行信号生成、信道模拟、特征提取及分类识别。
4. 仿真结束后，系统会自动弹出四张分析图表：

* 图1：调制识别准确率随信噪比变化的曲线图。 * 图2：各调制信号在15dB信噪比下的星座图与功率谱分布。 * 图3：高阶累积量特征在特征空间中的分布散点图。 * 图4：系统在最高信噪比条件下的识别混淆矩阵。