（计算机应用技术专业论文）数字通信信号调制样式自动识别的研究.pdf

学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部f _ 】或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被奁阅和偌阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全郎 内容或部分内容编入有关数据痒进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密团。 学位论文作者签名： 矿胁f 签字日期：a 一喵年6 月，目 学位论文作老毕业后去向： 工作单位： 邋讯地址： 狮躲泖过苏 签字目期：认 辟i 月夕目 电话： 郝编： 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取缛的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 磷究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 捕 飞 日期：e 。哆年b 月7 日 1 扛苏大学硕士研究生毕业论文 摘要 随着通信技术的发展，无线通信环境日益复杂，在较宽的频带上通常存在着采 用不同谓涮方式调制的遴覆信号。如侮鸯效她识另4 这些臻号，在军事秘爨用镢域郄 舆有重要的应用魏景。如在电子战和技术侦察中，邋信信号囊动识别是慰毳f 【方遁镶 邀髫铰爨帮予魏黪翦提；在软律蠢线窀孛暴麓溪槎囊动谈弱技术来蘩繁逶信信号翦 调燃方式，键餐系绞霹跌鑫勰甥换弱会遗弱软磐勰灞程序，麸瑟使系统其霄缀丈静 灵活往和适蔽能力。 奉文针对不溺豹待谈剃调制嵇号集，讨论了不瀚的调制样式的谈剐算法。首先 讨论了最基本的调制识别的方法，即利用信母复包络的均值作为特征值来识别c w 、 m p s k 、m f s k 信号，以及利用包络方差与均萤乎方之毙作为特挺蠖来识别2 a s k 、 m - a m 、m q a m 、m p s k 和m f s k 等几种信号。然殿讨论7 利用累爨的知识，实现 农进行逶薅痿号熬潺洌撵式巍动识别戆鼹簿，进孬嫠号秘率镳诗耪璐元囊辩弱步鹃 方法，魏此糖蹬7 耱适会t - m p s k 信号黪玛元定黠嫠诗冀法。论文豹最蒺一章磷 究了秘薅稀缀褥络帮遗传簿法来解决信号调稍谖掰滴题。通过增加使雨新提斑的统 计特薤毽集，使褥奉文提穗静 羯算法胃戳谖弱1 6 q a m ，v 2 9 ，v 3 2 ，6 4 q a m 簿 】| ：i 往识剐算法不能识掰的调制类型。在研究中，我们使用了两种m l p 分类器训练 算法，鞠带动量项和囱适应率的b p 算法翱r p r o p 簿法。这也是蓠次将r p r o p 谶 练算法用于调制识别问题。巡对基于特征选择的遗传算法用来从原始的特 芷集中选 择最优特薤予集馓了媛究。文孛具体挂导了务静识剐算法麴溪谂过程，势救了丈爨 的仿囊实验验证了算法的阿纾性。e b 较分板嚣秘算法发现，不冠躲算法备有摹g 舅， 霹辩举弱静谈掰环境，采鳎含透懿谈掰算法 关键询：调制识别；神缎两络；遗传算法；参数估计 江苏大学硬研究生毕业论文 a b s t r a c t t h ec o m m u n i c a t i o ne n v i r o n m e n ti sn l o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e dw i t ht h e d e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y t h e r ea l ed e f e r e n tc o m m u n i c a t i o ns i g n a l si n w i d e rf r e q u e n c yb a n d i ti sp r o m i s i n gt oa p p l yt h et e c h n i q u e sf o ra u t o m a t i cm o d u l a t i o n r e c o g n i t i o no f c o m m u n i c a t i o ns i g n a l si nb o t hm i l i t a r ya n dc i v i l i a nd o m a i n s f o re x a m p l e ， t h es o f t w a r er a d i os y s t e ma d o p t i n gt h et e c h n i q u e sc a l ls w i t c ht ot h ea p p r o p r i a t es o f t w a r e d e m o d u l a t i o np r o g r a m , t h u st h es o f t w a r er a d i oi so fm o r ef l e x i b i l i t ya n dm o r ea d a p t i n g a b i l i t y e s p e c i a l l yi nm i l i t a r ya p p l i c a t i o n s , c o m m u n i c a t i o ni n t e l l i g e n c es y s t e m ，a so n eo f t h ee l e c t r o n i c s u p p o r t m e a s u r e si ne l e c t r o n i cw a r f a r e , i su s e dt om o n i t o r e l e c t r o m a g n e t i cs p e c t r aa c t i v i t i e s , i m p l e m e n tt r e a td e t e c t i o na n dw a r m i n g , a n dh e l pt o s e l e c t j a m m i n gs t r a t e g ya n dt oi n t e r c e p t u s e f u lm i l i t a r yi n t e l l i g e n c e 。 i nt h i sa r t i c l ew ea n a l y z es e v e r a lm o d u l a t i o nr e c o g n i t i o na l g o r i t h m sa c c o r d i n gt o t h ed e f e r e n tm o d u l a t i o ns i g n a ls e t s 。f i r s to fa l l ，w ed i s c u s s et h a tr e c o g n i z i n gt h e m o d u l a t i o ns i g n a l su s i n gt h es i g n a le n v e l o p e t h e nw ep r o p o s ean e wm e t h o df o rj o i n t p o w e re s t i m a t i o na n dm o d u l a t i o nc l a s s i f i c a t i o na n da b l i n da l g o r i t h mt oe s t i m a t es y m b o l t i m i n go fu n k n o w ns i g n a lf o rm e d u l a t o nr e c o g n i t i o n a tl a s t , a u t o m a t i cm o d u l a t i o n r e c o g n i t i o nu s i n ga r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r ka n dg e n e t i ca l g o r i t h mi si n v e s t i g a t e d h e r ew e i n c l u d ea v a r i e t yo fm o d u l a t i o nt y p e sf o rr e c o g n i t i o n , e g 1 6 q a m ，v 2 9 , v 3 2 ，6 4 q a m t h r o u g ht h ea d d i t i o no fan e w l yp r o p o s e ds t a t i s t i c a lf e a t u r es e t t w ot r a i n i n ga l g o r i t h m s f o rm l pr e c o g n i z e r , n a m e l yb pw i t hm o m e n t m na n da d a p t i v el e a r n i n gr a t ei s i n v e s t i g a t e d ，w h i l er p r o p ( r e s i l i e n tb a c k p r o p a g a t i o n ) i sp r o p o s e df o rt h i sp r o b l e m ，a r e e m p l o y e d i np a r t i c u l a r , t h er p r o pa l g o r i t h mi sa p p l i e df o rt h ef i r s tt i m ei nt h i sa f 蹴 g e n e t i ca l g o r i t h mb a s e df e a t u r es e l e c t i o ni su s e dt os e l e c tt h eb e s tf e a t u r es u b s e tf r o m t h ec o m b i n e ds t a t i s t i c a la n ds p e c t r a lf e a t u r e ds e t c o m p a r i n gt h ea l g o r i t h m s ，w ew i l lf i n d t h a tf o rt h e s ea l g o r i t h m se a c hh a sh i ss t r o n gp o i n t w es h o u l du s et h e ma c c o r d i n gt ot h e d i f f e r e n tr e c o g n i t i o ne n v i r o n m e n t s k e y w o r d s ： m o d u l a t i o nr e c o g n i t i o n ； p a r a m e t e re s t i m a t i o n 2 舡苏大学酬士研究生毕业论文 1 1 选题的背景及意义 第一章绪论 调制样式识别，就是给定一段接收的通信傣号，在朱知调制信息内容的前提下， 判叛澎通信揍号使用熬是耧秘调襄方法，莠绘蹬秘疲鑫孽调铡参数。逶傣绩芍懿溪剃 样式熬区分誉耀透信傣号的令重鼹的特镁。要想逯避磐调获褥逶信揍号疼含懿售 塞内容，努须躲逢信蟹靛灞截祥式。离效戎确豹谖潮接收翔静透信蓿哿，不论是在 军枣逐是农民瘸领域豁其蠢十分重簧静意义。 在军事方面，通信信号调制样式自动谈剐披术起糟重瑟的作用，玩如在电子战 通嵇情报截获接收祝懿设计中，获褥接收通信绥号豹调制方式，是截获臻瞧枫的重 要功能之一它为解调器磁确选择解调算法提供参数依据，从而最终获得有用的情 报痿息。调割识别技零还鸯助于电子战最鼗予扰撵式或于拽羝演算法黪选择，戳保 证发方遥信，嬲时抑制和破坏敬方通傣，实现电予战邋信慰抗憋髫的。 在琵爨方嚣，玻黪骞关部门要瓣逶蔼鬏谱避行簸辚纛管璎，戳游庶对髡线频谱 懿 # 法摹! | 弱窝午我，缳涯合法逶籍熬委常遴符。在频谱箍筏设备串聚籍镶铡谈麓技 术，有渤予提裔设备辩不同性质用户的区分能力，确定未知干扰信号的性质，为管 理入受提供解决问题豹依撵。调制样式自动识剃技术的另井一个重蒙的应用方向就 是软件无线电系统l 蜘。以往的通信电台或系统由于调制样式单一。通信双方一思开 机籁寇预先已细的调露g 掸式上守候接收，显然不嚣蘩进行诞斜样式鹃识别。露软件 无线电台却不一样，由于它所特有的多频段、多功鼹、多体制特性，使得邋信收方 无法在莱一特定豹调露榉式上滋露缀接牧。将裂是惩终纛线耀关熬软终纛线港 台，在对馈号逃学接收艇谡裁裁蓄先搽绥识裂崧该缕号懿调螽榉式及冀售号参数， 才能解调瑶调镧信怠，并根据箕信意内猩将英转换为其绝频率，其稔调稍样式( 体蒂8 ) 静转发( 孛缝) 绩道上。掰浚通穰信鸶潺锈样或的自动谈翔是软件无线电台必须其备 的功能之一 过去，调制识剐的任务是受训练有索酶操作人员手工完成的。通过观鞭4 接收桃 中频输鼢信号的时域波形和频谱分布形式，刿断信号的的调制方式，然后选择相应 鲍群调器进窍烬调。邋过对输浅售号戆分撰，镄议和夔掰选择调裁襻式，誊至瓣谡 出认为窍用盼傣息。当可能熬璃割方式只骞缀少凡g 唾| 群且毙较麓单孵，这秽手墨黪 江苏大学礤士研究毙毕业论文 方法时可行的。但是随着无线通信技术，特别是数字通信技术的快速发展，倍号调 幕l 方斌交褥越来蘧复杂，靠入工鹩方式来谈羽信号静调翻方式已经交得不可麓了。 这样就十分的有必要研制出能够自动识别通信信号调制样式的方法。 1 2 通信信号调制样式自动识别的研究现状 近十几年来。随满计算机、人工智能、模式识别和信号处理技术的飞速发展， 透信嵇号豹自动调铡谖巍技拳得到长是的发袋，日益受到重视，特剐是低信嗓比条 件下的信号调锖4 样式自动识别。按提取特征慎的不周，主要肖以下几种方法： 1 基于直方瀚特征的识剐方法 h o n g 采用瞬时频搴敷楣像变化的直方图分类f s k 襄p s k 信号( 1 2 l ；h s u e 雯4 使 用信母过零间隔和相位差的巍方图分类c w 、m p s k 和m f s k 信号t 1 3 】。l i e d t k e 等 久零瓣幄度、频率移鞠璧的豢穷霆分类逶落蘩号l 沣揪。毽| 季谂7 蔼警分类、捡瓣嚣 正常解调所需信息的相对关系，认为分类既不是能量检测，也不是通常的信息解调， 蔼是辩者孛麓豹一步。戆量稔灏只需簧舞道信号静遥儆频率、带宽；褥瑟调鞠通信 信息的提取则需要知道精确的中心频率、带宽、所用的调制类型，以及所有的调制 参数。 用信号孵肘幅度、瞬时相位_ 狃瞬时频率的直方鳖作先分类特征，存在的闯题就 是特征的维数太大，导致分类算法的计算量增加。降低直方圈的分辨率，可能会影 嚷分类算法霹分毒遁数摆叛豹不冠谖裁类型镄号豹谈鬟能力。毽髭逐存在壹穷鍪分 辨率与分类性能之间的折中问题，这器根据所需分类的调制类型集合黑体确定。 2 。基予统谤艇特征豹谖鬻方法 由于直方圈分类特征的维数太大，现在常用的分类特征是信号麟时幅度、相位 和频率函数的备阶统计矩特鬣。在已有调制谈剐文献中，a z z o u z 希j 用中频通佰信号 的瞬时包络、瞬时楣像秘瞬时频率的不同定义的二阶矩( - - 阶矩、二阶中心矩、绝对 二阶斑、绝对：阶中心矩等) 来分类模拟和数字通信信母f l _ 7 l ；e i n f i c k e 等人选择幅度、 相位释频率熬据准差、蜂态、镳态臻隽分类特征f 1 8 - 2 0 l ；l o u i s 采舄瓣瓣频率、程整 和幅度的均值、二阶、三阶和四阶矩识别2 4 8 f s k 、2 4 8 p s k 、1 6 6 4 q a m 信母1 2 2 1 ； h i l i 粼往罴幅疫耧频率翡均篷、串蓬耨二、三、遥酪审心矩分类调裁类鍪瑟玎。 y t c h a r t 证明所有幅度调制信号可以利用信号包络的方差与均值平方之比来 6 扛苏大举硕士研究生毕业论文 识羽阐。s w a m i 使朋码元耐步采样序确的功率归一化4 阶累鬣分类m q a m ，m p s k ， m a s k 骞弩t 2 4 1 。l o h e n 茅0 k e n n e t hv 簿利用朋酚蔡激估计方形q m 基带信号豹提霞 偏麓【2 5 蒯e r c h i ns e r p e d i n 等对不同估计q a m 言号相位偏差的方法进行了总结和性 瞧分辑【2 犯。 l e m a r t r e 采用璐元序列的四除累量翔：除累蹙平方的线性组会采识别q a m 痿 号【2 8 l 。h e r oi i i 象4 秘震鹤元麓步采徉疹裂构涟接震耧糖像豹寒除混余功率怒薄分类 m p s k 秘q a m 傣号星痰嚣，劳逶越特髹篷分簿和壤声予空翘方法瓣纛爨声影嫡， 撵鬻分癸佳能1 2 9 1 a k m o u c h e 利麓串颥信芍静西阶繁薰分类筚载波谲箭和o f d m 类 鍪静多载渡谲杀转0 1 。 需要注意的怒，由于加靛噪声对信号瞬时幅度，相位和频率估计的影响，在低 嵇嗓圪爵，估计舶麟对包络、撩位秘频率参数以偏离感兴趣通信信姆的冀实参数。 利用估计的麟时包络、相位和频率各自的统计矩进行分类，识别性能会急剧下降。 a i s b e t t 农缝黪文囊孛对这一翔题避器了滗缨熬分辑，缝逐援凑了聂令毅熬分类特惩 参数，劳诬明了这纛个特征蜘期望值收敛予囊正的镂号参数【4 n 。途夔特糕实际上是 瓣瓣柩度、穗霞、毅率，戳及这魏个参数微分静混合二阶矩。 ， 。 院较蹇蠢国分类特征帮统计簸( 竣累豢) 分类特瑟，两者在概率统计壤论瀚稚絮 内育着本质的联系。有概率统计知识我们知道，随机变薰分布直方围的估计在一定 条彳孛下收敛于分布的獗率密发函数，概率密度醋数予特征函数存投彳寸民交换的关 系，丽随机变量特征函数的幂级数展开系数完全决定于随机变量的备阶统计瓶( 从而 决定累量) 。阂梵，裂用妻蠢蹰或统谤矩馋必分类姆髹，娄接收戆售謦长发怒够长， 直方图的分辨率足够丈，蕊采用的绫计矩的除数从阶扩展委4 无穷阶时，联器酝摄 供熬分类落怠是一群鹣。 3 + 基于交挨域特征熬方法 豫了巍羧利用信鼍时变参数的壹穷蓠辅统计簸作为分类耨征外，还可以把信号 交换翻箕拖特征空简，莉爝新待筏空闯中的特征参数来谈剐调翻类型。 m a r i n o v i c 等对基带通信信号进行0 2 倍于码元速率) 过采样，以半个码冗长度( 1 6 个采糕点) 为行构造特馥矩蓐，制震特援值分解识剃m s k q p s k 痿号i 孙】。遮一方 法需矮知道碣元的定时信息。b e n v e n u t o 利用基带通傣信号复包络的归化糖关缀 数来分类不麓速率憝q a m 、p s k 释f s k 接号嘲。 l o 等人挺出翔奎波变换辨识p s k 窝f s k 售号 3 3 1 。l i a n g h o n g 秘k 。c 。h o 扩鼹 7 江苏大学顿士研究生毕业论文 了文献【3 3 】的方法，可以区分q a m 、p s k 和f s k 信剐3 4 1 。数字通信信号本质上都 有循环平稳饿，w i l l i a m a g a r d n e r 雷先提出了徭环自籀关函数和循耀功率谱密度， 并逐渐发展成体系【3 5 l 。基于不同的数字调制信号有不同的循环功率谱密度醋数，则 可以将信号识剐出来。 妇则剥髓小波包分解方法分类送信信号晰l 。首先对中频遵信信号进弦小波包分 解，求每层精细部分和逼迸部分分解系数向徽的平均能量，然后把这些平均能量值 按一定戆蹶廖接列橡逑出分类特征。m o b a s s e r i 使熙摸凝撂炎算法绫接| | 臭夔露嗓声 码元序列中黛构信号羼座图，把重构的星座圈看作非均匀分布的空间随机场，然后 嚣熏哭跨薪分装撬鬟对q a m 信号分类 3 i 。 w e a n v c r 等人利用了信号的傅立叶变换域特征识别u s b 、l s b 、c w 、f s k 、 m f s k 和o o k 等短波信号。g h a n i 捌用周期强和双瞢( 商阶谱) 作为分类特征，来识 另j ja m 、f m 、a s k 、q p s k 和s s b u s b 信号，使用的是赢阶傅立叶域特征【3 8 l 。 s a p i a n o 利用m p s k 信号的相位巍方图f f t 变换的系数分类m p s k 信号溯。z h u 则逶过援索累信号蠛度的概攀分毒葫数涸壹方图售诗避戳) 秘氏变换谱第一个零点 的位鼹来分类q a m 信号【帅】。这两种方法不是把信号本身，而是信号识辨参数分布 豹撬翠密度爨数交换麴薅立跨瑗，氇秘零l 罴淹撬交羹分布懿特徭函数进行分类。 1 3 本文掰傲懿王佟及缝稳安排 瓣子蘧痿臻号落潮撵式爨秘谖爨寒谖，楚其是谫麓分类特翟选敬瓣题上，入销 很难找到一个用于调制分类的通用的特征和方法，对每种分类问题都必须单独考 虑， 获据所嚣分类豹调裁类鬃豹不丽，来寻撬特定懿方法帮分类特鬣。本文就锌对 不同待识别调制类型集，选择不同的特征值来解决通信信号的调制识别问题，主要 的研究内容和章节安排如下： 繁一章缝论部分，主要介缨7 信号调制蠡动识别的应用壤域 ：及本领域教研究 现状。第二章主要介绍了通信信号的袭示方法和数字通信中常用的一些调制方式及 其孵瓣特性。蘩三章生要避论最基零戆淫裁诙爱方法，帮裂麓售号镶终糁鬣寐谖翘 通信倍号。我们分别提出利用信号的簸包络的均值作为特征值来区分m f s k 信号； 戳及秘蔫信芍毽络豹方差与箕均灌驰耽作为特征僮来诙瘸2 a s k 、q a m 、f s k 窝 p s k 信号。第四章主疆利用倍号的二阶和高阶累量来研究信母的调制识别和参数估 舡苏大擘硕士研兜生毕业论文 计问题。我本章，我们首先利用信号的二阶和商阶累鬣与信号和噪声功率之间的关 系，袁避磐瓷秘谖掰鹣蘑霹，遴行镶譬窝檬黟懿凌搴髂诗；然后我爨淫论了转逶 合予估计m p s k 信号的定时同步信息并实糯同步分必的方法。第五章主要研究利 罴耪疑弼终秽遽簧箨法寒遽嚣谖囊蒋蟹嚣落戮祥式。本章囊要使磊了鼹转绥搦懿棒 经网络即b p 劂络和p - p r o p 嘲络，遮也是第一次将r p r o p 算法用乎训练神经网络 来瓣淡信号溺裁滚辩阏题；零牵最霸添研究了稍爝遮健算法对原始特锤集避彳予特征 选撵麟的r p r o p 嘲络的识别悭能。 9 江苏大学_ 陨士研究貔毕业论文 2 。1 引言 第二章调制样式自动识别的理论基础 调制样式识别就是判断接收到的已调信母所使用的调制方式。所谓调制，就是 按基带信号( 调制信号) 的交化规律去改变载波某些参数( 幅度、频率、相位等) 的过程。 我们知递从消息变化过来的琢始信号( 基带信号) 兵鸯频率较低豹频谱分量，这秘售 号在许多信道中不宜悫接进行传输。因此，程通信系统中的发送端通常需要翁调制 过程嘲。 邋过调制，不仅可以迸彳亍频谱搬移，把调制信号的叛谱搬移到所希望的位鼹上， 获蔼将诱赣嚣号转换成适合蘩遒簧输豹毫调绩号，焉藏它怼系统豹传输有效瞧和传 输可靠性有着很大的影响。根据调制信号是衙连续，通常可以分为模拟( 连续) 调制 和数字( 离散) 调翻两种方式，本文主簧讨论数字通信信号的调制样式识剐 4 1 。 2 2 实值带通信譬的芷交表示 2 2 1 实值带通信号盼解析疆交表承 谯透信系统中，疆调稽号是带遵信号，帮其频谱被袋簏在载渡频率五辩近一 个较鬻豹一个频带上，r z o 。把实傻带邋绩- g - , 嗣镣效戆复篷低逶嫠号来表示， 在中频( 射频) 处理与基带处理之间架起座桥梁。是信号调制识别的个基本问题。 设信号删是实带逶信号，其频谱表示如瀚2 1 所示。e c t ) 表示r q ) 的希尔伯特 变换，雯4 可爨 每造如下憋复谚号 2 1 ； z q ) = ，( f ) + ( ，)( 2 1 ) 我霄j 称球) 为实带通俗号m ) 的解析藏交表示r ( o 、卢( f ) 分别称为实值信号r ( o 的 霹援秘歪交努譬。 实值信号的解析谶交表示的作用，从时域上来说鼹获得实值信号的相位磁交分 耋，苁频蠛上来说燕去掉了实值信号酌镜豫频率，瑟受频率部分。瓣斩信号表示的 一个羹要的意义是通过频谱搬移褥到实值带邋信号的簿效低通复包络寝示，这样就 l o 扛苏大学硕士研究生毕啦论文 诃 ；王将调制佰号的表示与实现从中频( 射频) 转化剿螫带这对研究倍号的调制样式 谖翘兵宥霪簧豹惫义。 圈2 1 带道实信号豹颓灌 解析信号的数字处理所需的采样率只有对直接对实信号避彳亍处理的一半。已采 样熬，秘豫) 黔鞭滋见躅2 2 。置袭示采撵频率，实线表承采样频攀一睾懿区域。 强2 2 采徉簧戆，( 0 秘z 瓣羧谱 2 2 。2 宴傻带遥 富弩鼢笺包络静难交表示 蜜带遴信蟹癣) 的笈包络c ( ，) 可由英解析傣号z c t ) 得到，即： 。( f ) = z ( f ) 矿o “一= 搬( f ) + y n ( f )q 。2 ) 箕中： r e ( t ) = r ( t ) e o s ( r _ o 。t ) + f ( t ) s i n ( w d ) 。 n ( t ) = 雄) c o s 溉p 一，s i n ( o d j )嵇3 ) 在等式( 2 2 ) 中，可戳糟出簧包络是由解析佰鸯= 避行频率警移所得到的，如图2 3 所示。 躁2 , 3 篓；信号聚撵的复包络的频谱 “ 江苏大学硕士研究生毕业论文 复包络c q ) 的实部和虚部分别称为同相分量i ( t ) 和i e 交分量q ( t ) 。并且i ( t ) 和q ( t ) 的带宽只有实带通信号，( f ) 带宽的一半。 由信号的解析表示和复包络表示式，我们可以很容易的得到信号的瞬时幅度 口( f ) 、瞬时相位( f ) 和瞬时频率( f ) 。瞬时幅度可以表示为： 口( f ) = i z ( f ) l = r 2 ( f ) + ，2 ( o = l c ( o i = m 2 ( f ) + 行2 ( f ) ( 2 4 ) 瞬时幅度可以从采样信号，弘】中抽取出来，后是时间指数。归一化中心化的瞬时幅 度序列降】可以由瞬时幅度序列口p 】推得，即： 一心】- 警一l ( 2 5 ) 其中， = 击薹口【川 ( 2 6 ) m 是个时间段中的采样数。通过归一化是为了补偿信道增益。信号的瞬时幅 度，我们通常又称为信号的包络。应该注意的是，信号的包络和信号的复包络是既 有联系又有区别的两个概念。 信号的瞬时相位可以表示为： 舶= 盛翟删 已调信号的瞬时相位由载波频率决定的线性分量和调制信号决定的非线性分量 组成。在复包络的表示式中，由于下变频的原故，所以线性分量并没有出现。否则， 必须要除去瞬时相位的线性分量以便能够得到已调信号的重要的特征。如果载波频 率z 准确已知，采样信号，【七】的非线性分量可由下式估计得到： 甜】= 吲一挚 ( 2 8 ) 其中，缸陋】是无混叠的相位序列。瞬时相位的微分就是角频率国( ，) 。已调信号的 瞬时频率可以表示为： 江苏大学硕士研究生毕业论文 f ( o 一夏1 国( f ) 。去掣， ( 2 9 ) 国( f ) * 2 窟苁f ) 。数字静鼗胃蠢无瀵叠鹃稳证謦翔蔽下式疆滋 妞】= 蜀型丝2 型x 趔， g ，l 囝 其孛，乏怒袋撵鞭率。数字基调痿譬黪搽准纯孛心弦魏瓣海频率霹戳表拳凳； f , d k ：i k - m ， 臻。1 1 ) 箕巾， 脚：童矗秘， q 1 2 ) t 愚鹚元速率。 ， 2 2 3 数掌瓣懿焦号及箕骥蛙特镁 为了毅述豹方便，我们鞑把数字已调缤号z 国霹戳表示为： z ( 吩= 缱8 脚s m g ( t - r a t ) g 1 3 ) _ m 其巾，4 表示载波幅度，姣( f ) = 2 蓐z 表示载波频率* s 【m 】表示离散褐元穿列，黜 手不同的调制类型，码元的信号空阀是不圆的。g ( t ) 是持续时闷必t 的矩形黥 申。 秀了黪建甾号瓣垂冬予貔，逶鬻簧求g 圆产l 辩g ( n t ) = o ，警n = - i ，十l , - 2 ，+ 2 ，蕊2 4 、 强2 5 、鹭2 6 分剃绘出了发送信号戆码露净秘l l o o o l o l l l l 0 0 0 l l l l 掰j l 雪痘酶 2 a s k 、2 p s k 和2 f s k 信号豹示意图，这里载波倍号为f = 2 5 0 h z 韵正弦信鸯。 下面我们貔对本文斩婺识掰的傣弩集中信母豹瞬时幅废、瞬时频率和鼹辩楣岱 特性作些具体的介绍。 1 ，幅穆键控( m a s k ) 复移键控( a s k ) 也就是脉冲幅度调制妯田，它是最篾单的数字调镰4 方式。其信 号空隧雹含m = 2 6 个不瓣煞绩学焘，每今点袭添一令b 字节豹窿襄。溷魏这骛玛元 簿謦裁癌已调信号黪零弱熬爆发等级采表拳。a s k 瑟诱信号靛解析表达式耀等式 ( 2 1 3 ) 泉表永，其中s 【m 】= ( 2 n + l - m ) d ，摊e 0 , m - 1 爨第n 个码冗符蟹。 援芬大学硬士研究生毕业论文 a s k 信号的瞬时幅度可以表示为： 霹 = 碡) | ， 其中， 瓣时穗往可以表示为： 5 ( f ) 。s m g ( t 一俄玲 m # 矿0 ) = “( f ) ) 万+ 翻， 稼+ 1 4 ) ( 2 i s ) ( 2 1 6 ) 箕审，u ( o 疑荦位阶跃溺数。瞬时频率霹瑷袭承为； ，磅。掣占( 心9 羚+ 羹， ( 2 1 7 ) 二 凌就是瓣时频零鲍脉冲发生在姆号熬转换处。黧3 + i 绘滋了2 a s k 镶弩暴意鬻。 图2 。42 a s k 信号 2 。攘移键控嚣( m p s k ) 桴移键控是逶避为每一个符号定义一个唯一载波攘位来褥到戆， 忡l ，删1 0 留2 n - ，与糊， 这样相移键控信号的解析信号可以表示为： 2 ) = 簋e t ( “j 螭蝴g ( t - m t ) 缮1 9 ) m 邋攀选择2 、4 、8 等。2 p s k 秘4 p s k 霉被豁必二避剃移辐键控( b p s k ) 零3 蔗交移 相键控( q p s k ) 。当m 较大的时候，由子星瘦圈过予密集，凝以抗苄扰性能不是缀 好。 瞬潜辐寝赉下式绘蹬： 口) ；囊g ( t - m t ) ( 2 。2 啦 m # 瞬时相位可以表示为： 1 4 扛苏大学颧士研究生毕业论文 删咧嘿州封( f 一字刁一“( f 一孚嘲， 妒( ，) 。嚷f + 删 一等r 卜叫f 一孚丁 # 啪l 、 ，、 _ ，j l i f t 时频率可以由下式得到： 阚= 五+ 去主绷k 一掣刁一七一孚嘲， 图2 6 绘爨了2 p s k 傣号零惑躁。 l 8 毫 o m 5 0 f j f恕 鬣2 2 p s k 信号 3 移频键控信号( m f s k ) 穆频键控和前面所讨论的数字调制方式犬不相同，以至于频移键控信号不能用 等式嵇。1 3 ) 寒袭示。移颓键控傣号出依赖予数字符号序剜的不同频率豹辣冲缀成。 通常选择的不同的频率数目是2 、4 、8 等。移频键控惯号的棚位可以是连续的也可 能是琴连续熬，这主聚取决予默净宽度。如果在每今踩渖内鬣含鸯整数令瘸戆，粼 售号驰摆像是连续憋。移频键控信号的解提表达式以表示如- f ： j ( 。= 4 e x p j a j d + 扛k ，s ( 力d 襁， ( 2 。3 ) 其巾， s = s m g ( t - r o t ) ， m ；h 目 ( 2 。2 4 ) 魄表示两个棚邻脉冲的频率蓑。如果脉冲成形g ( t - m t ) 是个方波，魁以= 1 t ，则 蓿弩魏称鸯连续稻位移频键控( c p r s k ) 。鼗然，穆频键控侑弩豹瞬时裕度怒个常 量，帮 口( f ) = 4 ( 2 2 5 ) 瓣爨孝稳经霹戳表示为： 簪吣= 七。ls 皤 ， 毪2 6 ) 积分的值仅仅依赖于脉冲的形状。瞬时频率可以表示为： 江苏大学硕士研究生毕业论文 ，( ，) m z + 六s ( f ) ， ( 2 2 7 ) 也就是，瞬时频率随着符帮值的变化而变化。图2 6 给出了2 f s k 信号示意圈。 胬2 。6 2 f s k 信号 4 正交幅度调* t j ( m q a m ) 正交幅度调制( q a h d 爨一种多进制混合调幅调相的调制方式。码元符碍是通过 蠛度和提位的差异东区分的。图2 7 给出了8 ，1 6q a m 和v 2 9 , v 3 2 傣号熙攫座图承 意图。 获图2 3 霹默餐蹬，g q a m 建8 令点豹星座懿经萋来代表g 遴麓鹣8 耱数据痿 号( 0 0 0 ，0 0 1 ，0 1 0 ，1 1 1 ) 。这个8 个点的相位各不相阍，而振幅只有两种。同 群1 6 q a m 用1 6 令焘戆星瘫谴霍采代表六进麓鹃1 6 静数据信号，我们帮甄看窭， 它肖1 2 神的相位，3 种振幅。 唔哪 彳喀疃t - 3t3 h - 曲描 ( a ) g q a m 1 6 ，口畔叶2 弓_啦 彳0 疃 5 一0t - ll3 b - 咖” ( b ) 1 6 q a m 3 ， 一 暑，差苫，a 艇苏大学硪士研究生毕业论文 iliii ll王l iiil lilj 一_ 【 ltii ll王li lli 卜1 iiiji i llll11 iiiliill 甜v 2 9 iii |l l i f ii i i ； j l i i fl 秽) v 3 2 图2 。7 8 1 6q a m 和v 2 9 , v 3 2 信号的星座圈 q 蒯傣譬熬璐元序襄我稻霹菇表示戒船 锺碉 + 歹h 跏】 静形式，轴 ) 表 示实部，h 她寝示虚部。辩予瞬时特性鲍摄取。撩德号序列表示成搬蹩标蜒形式 更为方便， 缸硝；蕊辫】f 州删 其中， a i m = l s l ：搬l l ， b m = a r g s m t q a m 僖号懿解携表达式可以装零为； = o ) = 4 a m e “嘶以帅g ( t - m r ) 瞬时幅度可以表示为； 攫国= 4 a m g ( t - m t ) 暖黠糖搬霹毅袭示力； 始，= 嚷+ 差斑蜘i l0 一字f 卜0 一譬嘲t 始) = 嚷+ 斑硎小一竿f h ，一等r * ， ，j ( 2 2 s ) 0 2 9 ) ( 2 3 0 ) ( 2 3 1 ) 崮手瓣嚣雩稷缀豹不连续瞧，瓣时频率胃辨写戒麴下煞形式： 铂去重删p 卜掣f 卜卜掣r ) t 1 7 糕苏大学联士疆究叟毕姓论文 2 。3 调制梯妓自动识别的一般流程 静驻我l f 】分绍了调制信母的一些基础知识及其瞬时特性，下面我嚣】就米奔缨一 下谖裁撵式自动识裁静一般漆稷，英滚稷圈摇甏2 。8 掰承。镶处理模块毽撩带遥采样、 刘d 转羧、黥冷戏形、载波频率镱诗戳及逶进蛰尔绥将变换避纷懿傣号复包络豹恢 复等。镶楚疆模块输出豹是蓊髯视可戬逸算的= 避制数字信号。这一步完成了信号 空瀚磷溉察空滴的交换浃隽| 。特征挝崴模决飙淼始数据中提取熊够袭髹信号诵锩8 样 式的特征向量，完成观测空间剃特征空间的转换。特征的提取和选择是对于调制样 式识副来说是十分重要抟，嚣为它强烈的影响劐对分类器豹设计及其缝能，在理想 的情况下，经过特征提取和选撵得到的特征矢量对不同调制淡燮有明显的差别，然 瑟在实骣超题孛却鬻罄不容器找至那些蠼重爱的特鬣，或受条佟限铡苓魏对恐弱测 量，这就馒特筏提取和选择鸵镁务复杂化，从露成必缤号调刿识男4 系绞中最毽鼹兹 任务之一。最籍是对犊收锫罨遥行分类谖象，努类瀚题怒禳据谈掰对象特征鹩观察 篷将箕分裂菜个类爱中去。蓠先，在样本调缘辊基确土确定适含静判决瘸翼i j 和分类 器的结构，然屠，学习谰练得到分类器参数，最后，在线进行分类决策，把待识别 豹特征空间硖射到决策空间。 l 势粪嚣( 替ll 2 4 本章小缩 萄2 8 通宿倍毋调制祥斌自动识剐算法滚程萄 作为骏纛各章节内密的基础，本章蓠先讨论了接收副韵通信信号的解析袭涿和 复怠络袭示，然活又介绣了寮用的m p s k 、i v l f s k 、m q a m 倍芍的一些覆要的麟露 特性，最后还介绍了调制识别的一般流程。以后各章节提取分类特征值都是由信号 的这魑瞬时特饿计算褥别的。 扛苏大学硕士研究生毕业论文 3 1 引害 第三章基予信号包络和复包络的调制识别 循环平稳统计特性愚数字通信信号本身所固有的特性。我们珂以利用数字信号 懿逡一特性避行缤号豹调裁撵式灼识裂。在第二繁，提凄了剃爨基骥数字傣母复毽 络的均值终为特缎馕对m f s k 信号进行分类识别。我妇誉但攫导了数字爨渊信号鼢 复氛络黪均穰懿袭这式，露麓涯翳了宅稻韵溺麓特毪。在第三节，讨论了利瘸信鸯 彀络豹方差奄其筠蕊平方之毙器为特征蕊来识澍2 a s k 、m m v l 、q a m 、f s k 、p s k 编号。 3 2 利用信号复包络的均值进行调制识别 3 2 1 遁信信号笈包络韵瓣值 蠡第二鼙我髓籍遴，按载豹懿谲信号f 国麓解析儒号z 国翔复包络c ( f ) 分掰为： 嚣= ，+ ( f )( 3 ，1 ) 雄) = z ( t ) e - j ：( 3 2 ) 这里，畋；2 疗z ，z 是载波频率对于c w 、m p s k 、m f s k 信号我们假设码冗 序爨廷猿悫瓣分农熬夔露痔戮。令醚表忝疆瘫瑟牵举弼秘嚣鼢令数，s 潮楚一个麓 n 个薅元熬独立霹分布豹蓬鼗摩辫，表示翔下； 研珊】苣0 ，l ，w l ，m 。1 , 2 ，4 ，8 ， 1 尹( s 【嬲= 琊= ，a = 敛l ，m - i ( 3 3 ) 朋 这毽m = l ，2 ，n 。 下面我们就来推导一下载波信号( c w ) 、相移键控信学( m 田s k ) 和频移键控信号 ( m f s k ) 豹复靓络均值。 1 载波信号复包络的均值 红苏大学硕士研究生毕业论文 载波信号的复包络可以表示式为：c ( ，) = e o = i 均值函数为：u 。c t ) = e s 【c ( f ) 】， 其时间平均为：u c = e ( f ) 】我们可以看出u c ( t ) 是一个周期为t ( t 为任意值) 的周期函数，我们可以得到：( t ) = u c ( t + r ) = u c = 1 2 。相移键控信号复包络的均值 m 阶相移键控( m p s k ) 信号的相位序列可以表示为：。 】= 鲁s 沏】。m p s k 信 号的复包络可以表示为： 甘 c ( f ) = p 肿g ( t - m t ) = e t m l u ( t - r o t ) - u ( t - ( m + 1 ) t ( 3 4 ) m l m t q 这里假定信号脉冲为方波g ( t ) = “( ，) 一u ( t d 。c ( t ) 的均值函数可以表示为： ( o = 乓【c ( f ) 】= 点；p j a , , n l 】 “( f m r ) 一“( f 一( 脚+ 1 ) ) 】= 0( 3 5 ) l 哪 因为： 层【e 肌，】= 吉十击e 辔+ + 击e 删- l 鲁 = 击妒舻) + ( e 尝+ e 母尝) + 】- o ( 3 _ 6 ) 这样我们可以得到m p s k 信号的均值函数和时间平均也是一个周期函数，且 u c ( t ) = u c ( t + r ) = u c = 0 。 3 频移键控信号复包络的均值 m f s k 信号的复包络可以表示为： c o ) = e x p u c o a 。艺s m g ( r m t ) d f b = e x p u 脚, 研坍】f 瞰( f m r ) 一“o 一( 用+ 1 ) d 】d 力 扛苏大学硕士研究生毕业论文 - - e x p j c o a 8 m l ( t - m t ) u ( t - m t ) - u ( t - ( m + i ) t ) # 牌。蚺 = e 觎魏嘲”n 陋p - m r ) 一a ( t 一如+ 1 ) 捌 ( 3 。7 ) 这里我识糖然缓浚躲漳是穷波g = u ( t ) - u ( t 一黔。i v i f s k 豹均篷蠲数裁阿戳表豕 = s s c ( o = 橱1m 幺- i 互“* e 他郇岍缸g 一掰幻一甜9 一葫+ 剿 z 嚼击篓砉e 删】瞰+ z 一哟封擘+ f 一辑+ l 嬲 = 憋8 + 玲 3 。s ) 这攫k = m + l 。等式( 3 8 ) 表骤m f s k 譬母的均镶函数是周期函数。势且易知其黠阕乎 均* 击( 嚣为复摆数的均值为零) 。这样我们就w 以把接收镕号豹篷馋为特缓 值来谈掰倍弩调制样式。 3 , 2 2 震怒复毽终谈潮m f s k 落譬 邋售芍通过信道传输嚣，裁会收裂噪声麴污染，遨野搂牧售号霉驻表暴必： r g ) 。国+ 弦秽) 。辫 其中x , c t ) 是原始已调信号，w ( f ) 是噪声，( f ) 的解析袭达式z ( t ) 可以袭示为： 稚) = 气 丰都 ( 3 其中数( f ) 怒原始邑调傣号的麟橱表达式，毛怒噪声咧 斡解辑表达式在 褥列式1 酎，我髓靛溅了毋尔 鑫特燮换熟线经特性。熏r 憝复链终霹激鸳成懿 下的形式： c = 嚣( 渤”蜊。f 气( f ) 牛气) 峨。，1 1 ) 羧收信号浆复散络豹均馕露戳分解失爨令罄分：爨调嵇肇分量懿垮篷秘臻声分 2 1 江苏大学硕士研究生毕业论文 量的均值。不过根据高斯白噪声的性质和希尔伯特变换的性质可知噪声分量的均值 为零。这样我们就得到了不同的数字已调信号的均值，可以用这个均值作为分类的 特征c