2022年调制识别程序 .pdf

摘要I 摘 要通 信 信 号 调 制 类 型 的 自动 识 别 广 泛 应 用 于 信 号 确 认 、 干 扰辨 识 、无 线 电 侦听 、 电 子 对 抗 和 信号 监 测 等 领 域 。 传 统的 通 信 电 台 或 系 统 是针 对 特 定调 制 样 式 和 带 宽 的单 一 型 系 统 ， 其 应 用范 围 非 常 有 限 ， 很 不适 应 目 前的 多 调 制 、 多 服 务的 通 信 系 统 。 由 于 多调 制 的 存 在 ， 对 于 一个 通 信 信号 进 行 接 收 解 调 的前 提 条 件 是 要 确 定 该信 号 的 调 制 样 式 ， 因此 信 号 调制 样 式 的 自 动 识 别是 软 件 无 线 电 接 收 机中 必 须 具 备 的 功 能 之一 。 本 文首 先 对 各 种 通 信 信号 进 行 了 理 论 分 析 ，在 此 基 础 上 针 对 数 字调 制 信 号 采 用 了 基 于 决 策 论 方 法 的 调 制 方 式 识 别 算 法 ， 并 利 用MATLAB软 件 进行 了计 算机 仿真 。 本 文的 调制 识别 算法 是 基 于 决 策 论方 法， 该 方 法 具 有 运 算 量 小 ， 识别 效果 好等 优 点 。关 键 字 ： 调 制识 别； 算法 ； 仿 真名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 43 页 - - - - - - - - - II ABSTRACT The auto identification of modulation style of communication signal is widely used in many kinds of domain, such as signal surveillanceand detection, interference recognization, radio interception, and electronic countermeasures. Traditional communication radio is designed for single system with given modulation and bandwidth. It s application field is finite and it can not adapt to the system of multi -modulation, multi-service at present.For the using of multi-modulation, the precondition of receiving and demodulating signal is to decide the type of the modulation. So automatic recognition of modulation signal is a required function of software radio receiver.First in this paper, various kinds of communication signals are analysed on theories,based on which, aimed at digital modulations,using arithmetic for modulation style identification based on decision-theoretic, after that, the whole modulation process is studied by using MATLAB. The decision-theoretic on which our arithmetic is based has some advantages as computational advantage and good identification effect.Key words:Modulation Recognizing ;Algorithm； Simulation名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 43 页 - - - - - - - - - 目录III 目录第 一 章引言 . 1本 章小 结 . 1 第 二 章绪论 . 32.1 研 究背 景 . 3 2.2 发 展概 况 . 3 2.3 一 般调 制样 式 识 别 过 程 的框 架 结构 . 5 3.1 引 言 . 7 3.2 软 件无 线电 中 信 号 调 制 通用 模 型 . 7 3.3 软 件无 线电 接 收 机 的 数 学模 型 . 8 3.4 软 件无 线电 中 的 载 波 同 步 . 10 3.5 决 策树 . 12 4.1 数 字调 制信 号 的 模 型 . 15 4.1.1幅 度 键控 调制 (ASK) . 15 4.1.2相 移 键控 调制 (PSK) . 16 4.1.3频 移 键控 调制 (FSK) . 16 4.1.4正 交 振幅 调制 信号 (QAM) . 17 4.2 调 制信 号的 自 动 识 别 . 18 4.2.1特 征 参数 集 . 18 4.2.2分 类 识别 . 20 4.3 调 制信 号识 别 中 应 注 意 的问 题 . 22 4.4 仿 真及 结果 分 析 . 23 4.4.1数 字 调制 信号 的产 生 . 23 4.4.2瞬 时 信息 的获 取 . 26 4.4.3仿 真 试验 及结 果分 析 . 28 第 五 章结论 及 展 望 . 295.1 对 本文 工作 的 总 结 . 29 5.2 决 策树 识别 中 存 在 的 问 题 . 29 5.3 对 今后 工作 的 展 望 . 29 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 43 页 - - - - - - - - - IV 参 考 文 献 . . 31致谢 . . 32附录 . . 33程 序： 信号 产 生 、 参 数 提 取 及 识 别 过程 . 33 外 文 资 料 原 文 . 错 误 ！ 未 定 义书 签。翻 译 文 稿 . . 错 误 ！ 未 定 义书 签。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 43 页 - - - - - - - - - 第一章引言1 第一章引 言无 线 通 信 在 现 代 通 信 中占 据 着 极 其 重 要 的 位 置 ， 被 广 泛 应用 于 商业 、 气 象、 军 事 、 民 用 等 领域 。 当 代 无 线 通 信 系统 很 多 ， 例 如 卫 星 通信 系 统 、蜂 窝 移 动 通 信 系 统、 无 线 寻 呼 系 统 、 短波 通 信 系 统 、 微 波 通信 系统 等 等 。各 种 无 线通 信系 统 的 调 制 方 式 也 很 多 ，例如AM 、 FM 、PM 、 DSB 、 SSB、 VSB 、 FSK 、 PSK 、MSK 、 GMSK 、 QAM 等 等 。 各种 通 信 系统 由 于 自 身 的 特 点而 应 用 于 不 同 的 场 合。 由 于 无 线 通 信 具 有设 备 简 单、 便 于 携 带 、 易 于操 作 、 架 设 方 便 等 特点 ， 在 军 事 通 信 领 域是 不 可 缺少 的 重 要 通 信 手 段。 然 而 ， 军 用 电 台 往往 是 根 据 某 种 特 定 的用 途 而 设计 的 ， 功 能 单 一 ，有 些 电 台 的 基 本 结 构相 似 ， 而 信 号 特 征 差异 很 大 。这 些 差 异 极 大 地 限制 了 不 同 电 台 之 间 的互 连 互 通 。 而 且 ， 由于 不 同 频段 的 电 台 只 能 满 足某 些 特 定 的 要 求 ， 无法 满 足 部 队 各 种 各 样的 军事 需 求 ， 给 协 同 作 战 带来 了 困 难 。软 件 无 线 电 是 一 种 实 现无 线 通 信 的 新 概 念 和 新 体 制 ， 它 针对 现 在无 线 通 信领 域 存 在 的 一 些 问题 ， 如 ： 多 种 通 信 体系 共 存 ， 各 种 标 准 竞争 激 烈 ，频 带 资 源 紧 张 等 等， 特 别 是 无 线 个 人 通信 系 统 的 发 展 ， 使 得新 的 系 统层 出 不 穷 ， 产 品 生存 周 期 越 来 越 短 ， 原有 的 以 硬 件 为 主 的 无线 通 信 体制 难 以 适 应 这 种 局面 ， 软 件 无 线 电 技 术应 运 而 生 ， 其 目 标 是建 立 一 个通 用 无 线 电 通 信 硬件 平 台 ， 将 尽 可 能 多的 通 信 功 能 用 软 件 实现 。 它 是继 模 拟 通 信 到 数 字通 信 和 固 定 通 信 到 移动 通 信 之 后 的 无 线 通信 领域 的 又 一 次 革 命 。由 于 多 调 制 的 存 在 ， 对于 一 个 通 信 信 号 进 行 接 收 解 调 的 前提 条 件是 首先 要 确 定 该 信号 的调 制 样式 及其 信号 参数 ，如 信 号 带 宽 ，传 输 速率 等等 ，即 要有 自 动 的 多 调 制 的 识 别方法 ，只 有能 自动 的 识 别 出 信 号的 调制 方 式 ，才 能 准 确 的 进 行 解 调 ，并 根 据 业 务 需 要 决定 下 一步 的处理 。 所 以， 信 号 调 制 样 式 的自 动 识 别 是 软 件 无 线电 接 收 机 中 必 须 具 备的 功能 之 一 。本章小结本 文 在 综 合 考 虑 现 有 调制 识 别 算 法 的 基 础 上 ， 在 调 制 识 别过 程 的特 征提 取 部 分 ， 采 用 Nandi等 人 提 出 的 参 数 。 在分 类识 别 部 分 ， 采 用名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 43 页 - - - - - - - - - 2 结 构 简 单， 计 算 量 小 ， 实 时性 好 的 决 策 树 分 类 器， 从 而 实 现 对 集 中 常见 的数 字 调 制 方 式 的 识 别 。本 文 使 用Math Works公司 的Matlab6.5 软 件 对 调 制 识 别 算 法进行 仿真 ，检 验 算 法 性 能。试 验 表 明，在 信 噪 比 大 于 10dB 的 条 件 下 ，识别 率在 99% 以 上 。本 文 共 分 五 章 ， 本 章 为引 言。第 二 章 是 绪 论 ， 论 述 软件 无 线 电 接 收 机 中 调 制 识 别 技 术 的发 展 背景 以及 本 文 的 主 要 工 作 。第 三 章 研 究 软 件 无 线 电接 收 机 中 调 制 样 式 识 别 的 理 论 基 础， 包 括信 号调 制 的 通 用 模 型 、 软 件 无 线电 中的 同步 技 术 和 决 策 树 理论 。第 四 章 研 究 了 常 用 数 字调 制 信 号 的 模 型 和 基 于 决 策 理 论 的调 制 样式 识别 方 法 ， 利 用 Nandi等 人 提 出 的 参 数 对数 字调 制 样 式 进 行 识 别 。并 对调 制 识 别 算 法 进 行 仿 真 试 验。第 五 章 对 全 文 进 行 总 结 和 展 望 ， 并 对未 解 决 的 问题 和 将 来的 研 究方 向进 行 探 讨 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 43 页 - - - - - - - - - 第三章绪论3 第二章绪 论2.1 研究背景调 制 方 式 识 别 是 介 于 能量 检 测 和 信 号 完 全 解 调 之 间 的 过 程。 对 于能 量 检 测只 要 知 道 接 收 信 号粗 略 的 中 心 频 率 和 带宽 。 而 信 号 解 调 不 仅需 要 知 道精 确 的 中 心 频 率 和带 宽 ， 还 必 须 知 道 该信 号 采 用 的 调 制 方 式以 及 对 应的 调 制 参 数 。 而 调制 方 式 识 别 的 成 功 率则 依 赖 于 待 识 别 调 制方 式 集 合的 情 况 ， 以 及 各 种先 验 信 息 。 当 集 合 中待 识 别 的 调 制 方 式 较多 ， 尤 其包 含 复 杂 调 制 方 式时 ， 就 要 求 几 乎 精 确的 中 心 频 率 和 带 宽 ，对 于相 对 简 单 的 识 别 集 合 ， 则 可以 适当 放宽 上 述 条 件 。调 制 方 式 识 别 系 统 一 般 包 括 三 个 部 分， 即 接 收 机前 端 、 调 制 识 别器 和 输 出部 分 。 接 收 机 前 端完 成 信 号 检 测 和 频 率变 换 。 调 制 识 别 器 识别 信 号 的调 制 方 式 ， 并 提 取调 制 参 数 。 输 出 部 分实 现 信 号 解 调 的 信 息处 理。调 制 方 式 识 别 是 基 于 软件 无 线 电 的 通 信 系 统 或 者 通 信 对 抗应 用 的重 要 环 节。 首 先 ， 只 有 正 确地 估 计 信 号 调 制 方 式和 参 数 ， 才 能 正 确 地解 调 。 其次 ， 了 解 调 制 方 式和 参 数 有 助 于 信 号 证实 和 确 定 合 适 的 干 扰波 形。2.2 发展概况早 期 的 调 制 识 别 方 法 是采 用 一 系 列 不 同 调 制 方 式 的 解 调 器， 接 收的 高 频 信号 经 下 变 频 为 中 频后 ， 输 入 各 解 调 器 ，获 得 可 观 察 或 可 听 的信 号，再 由 操作 人员 用耳 机、示 波 器或 频 谱 仪 分 析 解 调 结果 ，人 为 地判 定调 制 方 式 。操 作 员 一 般 通 过 中 频 时 域 波形 、信 号频谱 、瞬 时 幅 度 、瞬 时 频 率和 信 号 的 声 音 等 等信 息 进 行 判 断 。 人 工参 与 的 识 别 需 要 有 经验 的 操 作人 员 ， 一 般 可 以 成功 识 别 持 续 较 长 时 间、 码 元 速 率 较 低 的 幅度 键 控 （ ASK ） 信 号和 调 制 指数 较 大 的 频 移 键 控（ FSK ） 信 号 ， 但 不能 识 别 需 要 相 干 处 理 的 相 移 键 控 （ PSK ） 信 号 。 这种 人 工 参 与 的 识 别方 法 ， 判决 结 果 包 含 人 的 主观 因 素 在 内 ， 会 因 人而 异 ， 所 能 识 别 的 调制 类 型 也很 有 限 。 而 自 动 调制 识 别 技 术 不 仅 可 以克 服 人 工 参 与 识 别 时遇 到的 各 种 困 难 ，而 且 对 中 心 频 率 和带 宽的 估计 误 差 、相 邻 信 道 串 音 、噪 声和 衰 落 效 应 等 干 扰 因 素 也 具有 很强 的鲁 棒 性 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 43 页 - - - - - - - - - 4 1969 年 4 月 ， C.S.Waver 等 四 名 作者 在斯 坦福 大学 技 术 报 告 上 发表 了 第 一篇 研 究 自 动 调 制 识别 的 论 文 采 用 模 式识 别 技 术 实 现 调 制 类型 的自 动 分 类 。此 后 ，不 断 有 研 究 调 制 识 别 技 术 的 论文 出现 在各 类 技术 刊物 上。1984 年 ，Liedtke提 出 了 一 种数 字调 制 识 别 方 法 ，这 种 方 法采 用 信 号幅 度 直 方 图 、 频 率直 方 图 、 差 分 相 位 直方 图 ， 以 及 幅 度 方 差和 频 率 方差 等 特 征 参 数 ， 采用 模 式 识 别 的 分 类 方法 ， 通 过 提 取 的 特 征参 数与 理 想 样 本 的特 征参 数 相比 较， 按最 近原 则 进行 信 号 自 动 分 类。这 种方 法 能 够 在 SNR18dB的 条件 下， 有 效 识 别 CW 、 2ASK 、2FSK 、2PSK 、4PSK 和 8PSK 信号 。1986 年 ，Fabrizi 等 提 出 一 种 模 拟 调 制 识别 方 法 ，该 方 法 基 于 瞬 时 幅度 和 瞬 时 频 率 方 面 的信 息 ， 采 用 信 号 包 络峰 值 与 均 值 之 比R， 以 及 采 用瞬 时 频 率 绝 对值 的 均 值 作 为特 征 参 数。该 方法 能 够 在SNR35dB 的条 件 下 ，有 效 识 别CW 、FM 和DSB 等信 号。1989 年Chan 和Gadbois 也 提 出了 一种 类似Fabrizi 的 方 法 ，该 方 法 根 据 信 号 包 络 特 点 ， 采 用 信 号包 络 方 差 与 信号 均 值 平 方 之比R作 为判 决 准 则 。该 参 数在SNR13.5dB 的 条件 下，有 效 区 分 幅 度 调 制信 号和 非 幅 度 调 制 信 号 的 正 确 率不 低于 89%。1990 年 ，A.Ploydoros 和K.Kim 等 提 出 了 准 优化 的 对 数 似 然比 识别 方 法 ， 其 思 想 是采 用 高 斯 白噪 声干 扰 下 的 数 字 调 相 信 号 的 近似 似然 比函 数， 通 过 优 化得 到 LR 判决准 则， 从 而 区 分 MPSK信 号 。 该 方 法 在 信 噪比 大于 零 时 ， 有 较 好 的 识别 效果 。 1992 年， S.S.Soliman 和S.Hsue ，提 出一 种数 字 相 位 统 计 相关 变量 识 别 方 法 ， 利 用PSK 信 号 相 位 的n阶 统计 均 值 随M单 调 递 增的特 性， 对 各 种 MPSK 信 号 进 行 识 别。 这以 后 H.Leib和 S.Pasupathy等人 也 对 高斯 白 噪 声 干 扰 的 信号 相 位 的 概 率 分 布 进行 了 研 究 ， 为 调 相 信号 的识 别 提 供 了 理 论 根 据 ， 他 们识 别目 标主 要是 MPSK信 号 或 CW、MPSK 、 MFSK等 信号 。1995 年， 基 于 Harry Uib 等 对 高 斯 噪 声 干 扰信 号的 相 位 概 率 密 度 的 分 析 ， Y.Yang和S.S.Soliman等 提 出 一 种 针 对MPSK 之类 信号 的识 别 方 法 。该方 法 利用Tikhonov函 数 逼 近 信 号 的 相位 概 率 密度 ， 然 后 推 导 出 假设 检 验 的 统 计 检 测 量 ， 可 以 识 别 低 信 噪 比条 件下 的 数 字 调 相 等 信 号 。在 1995 年 到 1998 年 的 三 年间 ，A.K.Nandi和 E.E.Azzouz发 表 了 多 篇 文 章， 利 用 他们 提出 的九 个 关 键 特 征 ， 分 别采 用 决 策理 论 、 神 经 网 络 和神 经 网 络 级 联 的 方 法对 模 拟 和 数 字 信 号 进行 分类 识 别 ，在 信噪 比大 于 10dB 时 ，具 有 良 好 的 识 别 效果 。2001 年 ，M.L.D.Wong和A.K.Nandi提 出 了 利 用MLP （ Multi-layer perceptron）进 行 数 字 调 制 识 别 的 方 法 ， 该 方法 在SNR0dB 时 ， 识 别 正 确 率 大 于名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 43 页 - - - - - - - - - 第三章绪论5 97.9% 。 2003年 ，他 们 又 提 出 将 神经 网 络 与遗 传 算 法 相 结 合 的 方 法 ，该 方法 在 SNR0dB时 ，识别 正确 率 大 于 99%。其 它 主 要 的 识 别 方 法 还有 S,Hsue 的 过零 点 识 别 方 法 ， A.W.Gardner的 周期 谱 识 别 方 法 等 等 ，在 此 就 不一 一 列 举 。 近 几 年来 ， 人 们 又 将 神 经 网络 技 术 、 小 波 变 换 技术 、 高 阶谱 分 析 技 术 与 调 制识 别 技 术 相 结 合 ， 提出 了 很 多 新 型 的 调 制识 别方 法 。2.3 一般调制样式识别过程的框架结构通 信 信 号 调 制 样 式 识 别方 法 虽 然 多 种 多 样 ， 但 调 制 识 别 问题 实 际上 是一 种 典 型 的 模 式 识 别 问 题 ，其 一般 过程 如图 2.1 所 示 。图 2.1 一 般 调 制 样 式 识 别 过 程 的 结 构 框 图调 制 识 别 过 程 的 基 本 框架 包 括 三 部 分 ： 信 号 预 处 理 部 分 、特 征 提取 部 分 和分 类 识 别 部 分 。 信号 预 处 理 部 分 的 主 要功 能 是 为 后 续 处 理 提供 合 适 的数 据 ； 特 征 提 取 部分 是 从 输 入 的 信 号 序列 中 提 取 对 调 制 识 别有 用的 信 息 ；分类 识 别 部分 的主 要功 能 是 判 断 信 号 调 制类 型 的从 属关系 。 此 类方 法 在 识 别 系 统 的构 建 过 程 中 需 要 一 定数 量 的 各 类 调 制 信 号样 本 ， 其性 能 评 价 一 般 采 用各 种 信 噪 比 条 件 下 的正 确 识 别 率 。 信 号 预处 理 任 务一 般 包 括 ： 频 率 下变 频 、 同 相 和 正 交 分量 分 解 、 载 频 估 计 和载 频 分 量的 消 除 等 。 在 多 信 道 多发 射 源 的环 境 中 ， 信 号 预 处 理 部 分 要能 有 效 地隔 离 各 个 信 号 ， 保证 一 次 只 有 一 个 信 号进 入 后 续 的 调 制 识 别环 节 。 特征 提 取 部 分 是 从 数据 中 提 取 信 号 的 时 域特 征 或 变 换 域 特 征 。时 域 特 征包 括 信 号 的 瞬 时 幅度 、 瞬 时 相 位 或 瞬 时频 率 的 直 方 图 或 其 它统 计 参 数。 变 换 域 特 征 包 括功 率 谱 、 谱 相 关 函 数、 时 频 分 布 及 其 它 统计 参数 。 对 于 变 换 域 特 征 ， 采 用 FFT 方法 就能 很好 的获 取 ， 而 幅 度 、相 位和 频 率 等 时 域 特 征 主 要 由Hilbert 变 换 法 ， 同 相 正 交 （I-Q ） 分量法 和 过 零检 测 法 等 获 得 。 在分 类 识 别 部 分 ， 即 选择 和 确 定 合 适 的 判 决规 则 和 分类 器 结 构 ， 主 要 采用 决 策 树 结 构 的 分 类 器 和神 经 网 络 结 构 的分 类 器 。决 策 树 分 类 器 采 用多 级 分 类 结 构 ， 每 级结 构 根 据 一 个 或 多 个特 征 参 数， 分 辨 出 某 类 调 制类 型 ， 再 下 一 级 结 构又 根 据 一 个 或 多 个 特信号预处 理特 征提 取分 类识 别调 制信 号名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 43 页 - - - - - - - - - 6 征 参 数 ，再 分 辨 出 某 类 调 制类 型 ， 最 终 能 对 多 种类 型 进 行 识 别 。 这 种分 类 器 结构 相 对 简 单 ， 实 时性 好 ， 但 需 要 事 先 确定 判 决 门 限 ， 自 适 应性 差 ， 适合 分 类 特 征 参 数 区分 很 好 的 信 号 识 别 。神 经 网 络 分 类 器 具 有强 大 的 模式 识 别 能 力 ， 能 够自 动 适 应 环 境 变 化 ，能 较 好 处 理 复 杂 的 非线 性 问 题， 而 且 具 有 较 好 的稳 健 性 和 潜 在 的 容 错性 ， 可 获 得 较 高 的 识别 率 ， 但识 别 前 对 神 经 网 络的 训 练 需 要 一 定 的 时间 ， 其 计 算 量 大 、 实时 性差 。为 了 有 效 地 实 现 分 类 识别 ， 必 须 对 原 始 的 输 入 数 据 进 行 变换 ， 得到 最 能 反映 分 类 差 别 的 特 征。 这 些 特 征 的 提 取 和选 择 是 非 常 重 要 的 ，它 直 接 影响 分 类 器 的 设 计 和性 能 。 理 想 情 况 下 ，经 过 提 取 和 选 择 的 特征 矢 量 应对 不 同 的 调 制 类 型具 有 明 显 的 差 别 ， 然而 在 实 际 中 却 不 容 易找 到那 些 具 有 良 好 分 辨 率 的 特 征，或 受 条 件 限 制 不 能 对 它们 进行 测量 ，从 而 使 特征 提 取 和 选 择 的 任务 复 杂 化 ， 因 而 特 征提 取 和 选 择 是 信 号 调制 识 别 系统 中 首 要 和 基 本 的问 题 。 分 类 识 别 是 依据 信 号 特 征 的 观 测 值将 其 分 到不 同 类 别 中 去 ， 选择 和 确 定 合 适 的 判 决规 则 和 分 类 器 结 构 ，也 是信 号 调 制 识 别 系 统 中 的 重 要内 容 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 43 页 - - - - - - - - - 第三章自动调制识别基础7 第三章自动调制识别基础3.1 引言在 许 多 通 信 系 统 中 都 使用 了 数 字 调 制 技 术 。 与 模 拟 调 制 相比 ， 数字 调制 有 许 多 优 点 ， 主 要 包 括 :抗 噪声 能力 强， 容易 将 几 种 形 式 的 信 息(如声 音、数 据 和图 像 )融 合 在 一 起 ，安 全性 好等 。在 现代 通 信 中 ，数 字调 制 技 术发 挥 了 模 拟 调 制 无法 比 拟 的 作 用 ， 鉴 于此 ， 本 文 后 继 的 自 动调 制识 别 技 术 都 是 针 对 数 字 调 制进 行的 。信 源 编 码 的 目 的 是 提 高信 源 的 效 率 ， 去 除 冗 余 度 。 信 道 编码 的 目的 主要 有 两 点 : (1) 要 求 码 列 的 频谱 特性 适 应 通 道 频谱 特性 ， 从 而 使 传输 过 程 中 能量 损 失 最小 ， 提 高 信 号 能 量与 噪 声 能 量 的 比 例 ，减 小 发 生 差 错 的 可 能性 ，提 高 传 输 效 率 。(2) 增 加纠 错 能 力 ， 使 得 即 便 出现 差错 ， 也 能 得 到 纠 正 。一 般 传 输 通 道 的 频 率 特性 总 是 有 限 的 ， 即 有 上 、 下 限 频 率， 超 过此 界 限 就不 能 进 行 有 效 的 传输 。 如 果 数 字 信 号 流的 频 率 特 性 与 传 输 通道 的 频 率特 性 很 不 相 同 ， 那么 信 号 中 的 很 多 能 量就 会 失 去 ， 信 噪 比 就会 降 低 ，使 误 码 增 加 ， 而 且还 会 给 邻 近 信 道 带 来很 强 的 干 扰 。 因 此 ，在 传 输 前要 对 数 字 信 号 进 行某 种 处 理 ， 减 少 数 字信 号 中 的 低 频 分 量 和高 频 分 量， 使 能 量 向 中 频 集中 ， 或 者 通 过 某 种 调制 过 程 进 行 频 谱 的 搬移 。 这 两种 处 理 都 可 以 被 看作 是 使 信 号 的 频 谱 特性 与 信 道 的 频 谱 特 性相 匹配 。 数 字 信 号 的 载波 调制 可以 认 为 是 信 道 编 码 的 一部 份。3.2 软件无线电中信号调制通用模型随 着 当 代 通 信 技 术 的 飞速 发 展 ， 越 来 越 多 的 调 制 技 术 出 现并 被 运用 。 按 照常 规 的 方 法 ， 产 生每 一 种 信 号 就 需 要 一个 硬 件 电 路 ， 甚 至 一个 模 块 ，要 么 要 使 一 部 通 信设 备 中 产 生 几 种 、 几十 种 通 信 信 号 ， 其 余电 路 就 会极 其 复 杂 ， 体 积 重量 都 会 很 大 ， 而 且 增加 一 种 新 的 调 制 方 式也 非常 困 难 。软 件 无 线 电 中 的 各 种 调制 信 号 是 以 一 个 通 用 的 数 字 处 理 平台 为 支撑 ， 利 用相 应 的 软 件 模 块 来实 现 ， 要 采 用 哪 一 种信 号 只 要 调 用 相 应 的模 块 即 可。 因 此 ， 在 软 件 无线 电 中 ， 可 以 不 断 的更 新 调 制 模 块 来 适 应名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 43 页 - - - - - - - - - 8 要 求， 具 有 很 大 的 灵 活性 和开 放性 。在 现 代 通 信 中 ， 通 信 信号 的 种 类 很 多 ， 但 从 理 论 上 来 说 ，各 种 通信 信号 都 可 以 用 正 交 调 制 的 方 法来 实现 。如 图 ：图 3.1 正 交 调 制 的 实 现根 据 图 3.1 可 以写 出时 域表 达式c o s ()s i n ()ccS tI ttQ tt(3-1) 调 制 的 方 法 是 根 据 调 制方 式先 求出 I t 、Q t ，然后 再 与 两 个 正交本 振 相 乘并 求 和 得 到 。 实 现过 程 ， 如 上 图 所 示 。调 制 信 号 的 信 息 包 含在 I t 和 Q t 内 。由 于 各 种 调 制 信号 都是 在数 字 域 实 现 的 ，因 此 ，在 数字 域实 现 时 要 对 上 式 进 行 数 字 化。c o s ()s i n ()ccssS nInnQ nn(3-2) s为 采 样 频 率 的 角 频 率。在 对 调 制 信 号 和 载 波 频 率 进行 数字 化时 ，其 采 样 频率 可 能 不 一 样 。 这里 多 相 滤 波 的 主 要 作 用 就是 用 来 提 高 数 据源 的采 样 速 率 ， 似 的 调 制 信 号 的采 样速 率和 载 波 的 采 样 速 率一 致。传 输 数 字 信 号 时 也 有 三种 基本 调制 方 式 :幅 度 键 控，频 移 键 控 和 相移 键 控 ，它 们 分 别 对 应 于 用正 弦 波 的 幅 度 、 频 率和 相 位 来 传 递 数 字 基带 信号 。 在 后 面 将 介 绍 得 到 广 泛应 用的 几种 数 字 调 制 方 法 。3.3 软件无线电接收机的数学模型软 件 无 线 电 数 学 模 型 是对 软 件 无 线 电 进 行 理 论 分 析 、 工 程设 计 以及 专 用 集成 电 路 设 计 的 基 础和 前 提 ， 也 是 深 入 理解 软 件 无 线 电 概 念 ，形 成 系 统性 理 论 框 架 的 最 佳途 径 。 软 件 无 线 电 接收 机 的 数 学 模 型 ， 是很 好 的 理解 调 制 识 别 方 法 的前 提 。 软 件 无 线 电 接收 机 的 数 学 模 型 主 要包 括 单 通道 软 件 无 线 电 接 收机 数 学 模 型 、 并 行 多通 道 软 件 无 线 电 接 收机 数 学 模型 和 基 于 多 相 滤 波的 信 道 化 软 件 无 线 电接 收 机 数 学 模 型 ， 本节 以 单 通道 软 件 无 线 电 接 收机 数 学 模 型 为 例 ， 以便 建 立 软 件 无 线 电 接收 机的 概 念 。信 源 I 多 相 滤 波信 源 Q 多 相 滤 波cosctsinct名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 43 页 - - - - - - - - - 第三章自动调制识别基础9 所 谓 单 通 道 软 件 无 线 电接 收 机 是 指 这 种 接 收 机 在 同 一 时 刻只 能 接收 所 选 择的 一 个 信 道 的 信 号进 行 接 收 解 调 分 析 ，不 能 同 时 接 收 多 个 信号 。 射 频 信 号 经 过不 同 形 式 的 A D 采 样 数 字 化 后 ， 形 成 了 统 一 的 基带数 字 谱DXf,对DXf处 理 的 目 的 就 是 如 何 从 中 提取 出 有 效 带 宽0B内 信号 载 频 为c的 信 号 S n 。 我 们 知 道 ， 任 何一 种调 制 形 式 的 信 号 S n均 可表 示 为 ：coscS na nnn（3-3 ）上 式 中 ， a n 、n 分 别为 信 号 的 幅 度 调 制 分 量和 相位 调制 分 量 ，c为 信 号 载 频 或中 心 频率 。 如 果 用 正 交 分 量 来 表示 ， 则 原 式 可 以 改 写为 ：cos()sin()ccS nI nnQ nn（3-4 ）上 式 中 ，cosI na nnsinQ na nn（3-5 ）分 别 称 为信 号 的 同 相 分 量 和 正 交 分 量 。 由于 载 频c不含 信 息 ， 所以 用 同 相、 正 交 分 量 即 可 完全 描 述 给 定 信 号 的 特性 ， 而 对 信 号 进 行 接收 解调 的 目 的 实 际 上 就 是 提 取 这两 个正 交分 量 。图 3.2 数 字 正 交 解 调 通 用 模 型已 调 信 号 S n 经 过 正 交 混 频 和 抽 取 滤 波 后 得 到 正 交 基带 信 号 I n和 Q n ， 再 经 过 卡 尔迪 变换 求出 信 号 的 瞬 时 包 络 a n 、 瞬 时 相 位n 和瞬 时 频 率 fn 等特 征 参 数， 连 同 正 交 基带 分 量 I n 和 Q n 一 起 送 到后续 的 解 调分 析 模 块 完 成 信 号的 识 别 、 解 调 等 处 理。 卡 尔 迪 变 换 如 下 列式 所示 ：I(n) NCO LPF LPF 解调算法Q(n) S(n) coscnsincn解 调 输 出名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 43 页 - - - - - - - - - 10 22a nInQn（3-6 ）Q nnarctgIn（3-7 ）111fnnnQ nQ narctgarctgInI n（3-8 ）在 利 用 相 位 差 分 计 算 瞬