畢業(yè)設(shè)計(jì)--無線電信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)研究

1、<p>　　無線電信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)研究</p><p>　　A Study on the Modulation Mode Recognition for Wireless Signals</p><p>　　學(xué) 院（系）： 信息與通信工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)：電子信息工程（英語強(qiáng)化）</p><p&

2、gt;<b>　　摘 要</b></p><p>　　在通信領(lǐng)域，為有效提高信道利用率，常采用調(diào)制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)到頻帶信號(hào)的變換。調(diào)制識(shí)別是在先驗(yàn)知識(shí)有限及有噪聲干擾的前提下，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行有效的調(diào)制方式識(shí)別的技術(shù)，是通信信號(hào)分析過程中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。近年來，伴隨通信技術(shù)日新月異的發(fā)展，調(diào)制技術(shù)也日趨向多元化和復(fù)雜化發(fā)展，這為調(diào)制識(shí)別帶來新的挑戰(zhàn)，對(duì)在多種調(diào)制信號(hào)并存的復(fù)雜

3、環(huán)境下的調(diào)制識(shí)別提出了更高的要求。</p><p>　　在了解歸納當(dāng)前研究背景及實(shí)際應(yīng)用發(fā)展的前提下，本文研究了基于調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)特征及高階累積量特征的識(shí)別算法，將調(diào)制識(shí)別的整個(gè)流程在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行了仿真與實(shí)現(xiàn)。在分類器的選擇上本文采用決策樹分類器，基于對(duì)不同調(diào)制信號(hào)的不同特征值的分析比較，并在考慮減少計(jì)算量的前提下，合理設(shè)置了不同的判決點(diǎn)與判決門限。</p><p>　　仿真結(jié)果

4、表明，基于瞬時(shí)特征的識(shí)別算法在信噪比為10dB以上時(shí)有著較為理想的識(shí)別率；基于高階累積量的識(shí)別算法則能有效地削減噪聲的干擾，在信噪比較低時(shí)也有著很好的識(shí)別率。</p><p>　　關(guān)鍵詞：調(diào)制識(shí)別；瞬時(shí)特征；高階累積量；決策樹分類器；</p><p>　　A Study on the Modulation Mode Recognition for Wireless Signals</

5、p><p><b>　　Abstract </b></p><p>　　In the field of communication, the modulation technology is used to realize the conversion from the baseband signal to the frequency band signal to inc

6、rease the use rate of channel efficiently. Modulation recognition is the technology to recognize the modulation type of the collected signals validly, with limited prior knowledge and noise interference, it is a very imp

7、ortant process during the analysis of communication signals. In recent years, with the fast development of communication technolo</p><p>　　After the understanding and collection of the current research backg

8、round the development of actual use, this paper studies the modulation recognition algorithms based on the instantaneous characteristics of signals and high order cumulant characteristics of signals, and make simulation

9、and implementation of the entire process of modulation recognition under Matlab environment. In the choice of classifier this paper chooses the decision tree classifier, with the analysis of the value of differen</p&g

10、t;<p>　　The simulation results show that the recognition algorithm based on instantaneous characteristic has ideal recognition rate when signal-to-noise ratio(SNR) is more than 10dB,the recognition algorithm based

11、 on high order cumulant can effectively reduce the noise interference, and has good recognition rate when signal to noise ratio (SNR) is low.</p><p>　　Keywords: modulation recognition, instantaneous feature,

12、 high order accumulation, decision tree classifier;</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論

13、1</b></p><p>　　1.1 調(diào)制識(shí)別技術(shù)的概念1</p><p>　　1.2 調(diào)制識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用1</p><p>　　1.2 調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)的發(fā)展2</p><p>　　1.2.1 研究發(fā)展歷史2</p><p>　　1.2.2 當(dāng)前主要識(shí)別技術(shù)概論3</p>

14、<p>　　1.3調(diào)制方式識(shí)別流程概述4</p><p>　　1.4 本文的主要工作5</p><p>　　2 調(diào)制方式識(shí)別基礎(chǔ)理論7</p><p>　　2.1調(diào)制的基本理論7</p><p>　　2.1.1調(diào)制的概念7</p><p>　　2.1.2調(diào)制方式的分類7</p>&

15、lt;p>　　2.2常用的模擬調(diào)制方式8</p><p>　　2.2.1幅度調(diào)制（AM）8</p><p>　　2.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB）9</p><p>　　2.2.3單邊帶調(diào)制（SSB）9</p><p>　　2.2.4頻率調(diào)制（FM）9</p><p>　　2.2.5相位調(diào)制（PM）

16、10</p><p>　　2.3常用的數(shù)字調(diào)制方式10</p><p>　　2.3.1 幅度鍵控調(diào)制（MASK）10</p><p>　　2.3.2頻移鍵控調(diào)制（MFSK）10</p><p>　　2.3.3相移鍵控調(diào)制（MPSK）11</p><p>　　2.3.4正交振幅調(diào)制（MQAM）11</p

17、><p>　　2.4正交變換理論11</p><p>　　2.5 常用特征參數(shù)12</p><p>　　(1) 幅度特征參數(shù)12</p><p>　?。?）頻率特征參數(shù)13</p><p>　　(3) 相位特征參數(shù)13</p><p>　　(4) 頻譜特征參數(shù)14</p>

18、<p>　　2.6決策樹分類器14</p><p>　　2.7本章小結(jié)15</p><p>　　3 基于瞬時(shí)特征的調(diào)制方式識(shí)別16</p><p>　　3.1 算法的基本原理16</p><p>　　3.1.1特征參量簡介16</p><p>　　3.1.2特征參量的提取16</p>

19、<p>　　3.2 分類閾值的確定18</p><p>　　3.3識(shí)別的流程24</p><p>　　3.4 計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果25</p><p>　　3.5 本章小結(jié)27</p><p>　　4 基于高階累積量的調(diào)制識(shí)別28</p><p>　　4.1 算法的基本原理28</p>

20、<p>　　4.1.1 高階累積量的定義和描述28</p><p>　　4.1.2 特征參量的提取29</p><p>　　4.2特征參數(shù)分類閾值的確定29</p><p>　　4.3 識(shí)別的流程33</p><p>　　4.3計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果36</p><p>　　4.4 本章小結(jié)37<

21、/p><p><b>　　結(jié) 論38</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)39</p><p><b>　　致 謝41</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 調(diào)制識(shí)別技術(shù)的概念</

22、p><p>　　自古以來，通信技術(shù)便是人類社會(huì)發(fā)展變革的象征之一，代表著人類的不懈追求與理想。從先民們的烽火狼煙、鴻雁傳書到近代社會(huì)的電報(bào)電話，乃至今日以互聯(lián)網(wǎng)為代表飛速發(fā)展的信息社會(huì)。一部人類社會(huì)發(fā)展史，亦伴隨著通信技術(shù)發(fā)展的每一個(gè)腳印。</p><p>　　人類社會(huì)時(shí)刻離不開通信，通信是指信息的相互傳遞與交流，在實(shí)際通信過程中對(duì)通信的要求是要確保信息的準(zhǔn)確快速、安全有效[1]。在無線電通信

23、領(lǐng)域，調(diào)制技術(shù)是關(guān)鍵之一。為達(dá)到提高信道利用率、延長信號(hào)傳輸距離、降低信道噪聲等技術(shù)要求，人們常常采用調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從基帶信號(hào)到頻帶信號(hào)的變換。隨著通信技術(shù)的發(fā)展與人們需求的不斷增長，調(diào)制方式和類型日益復(fù)雜化、多元化，調(diào)制技術(shù)經(jīng)歷了由模擬到數(shù)字，由簡單到復(fù)雜的發(fā)展變化過程。</p><p>　　應(yīng)運(yùn)而生的調(diào)制識(shí)別技術(shù)是一種識(shí)別在接收機(jī)處接收到的信號(hào)類型的技術(shù)[2]。在信號(hào)處理過程中，它介于信號(hào)檢測(cè)與信號(hào)解調(diào)中間。

24、調(diào)制識(shí)別是在接收端對(duì)所獲取的信號(hào)的調(diào)制方式進(jìn)行識(shí)別的技術(shù)，以獲取有用的傳輸信息，是對(duì)信號(hào)進(jìn)行下一步的智能處理，實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)管及利用的關(guān)鍵步驟。</p><p>　　1.2 調(diào)制識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　調(diào)制識(shí)別技術(shù)應(yīng)用廣泛，一直以來都是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。無論是在軍用國家安全領(lǐng)域還是在民用領(lǐng)域，無線電信號(hào)的調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)都起著至關(guān)重要的作用。</p><

25、p>　　在軍用國家安全領(lǐng)域，調(diào)制識(shí)別技術(shù)主要應(yīng)用于電子偵察及電子對(duì)抗，它是對(duì)敵方的通信實(shí)施有效的偵聽或干擾的重要前提。在這種非協(xié)作通信的背景下，實(shí)時(shí)且識(shí)別精度有保障的調(diào)制識(shí)別技術(shù)能夠迅速正確地提取出所攔截信號(hào)的調(diào)制方式及其相應(yīng)的參數(shù)，下一步的加工處理后便很有可能得出有用的軍事情報(bào)。同時(shí)因?yàn)檐浖o線電技術(shù)的迅速發(fā)展，在軍事環(huán)境中通信過程的靈活性大大增加，敵方的信號(hào)調(diào)制方式及參數(shù)可靈活更改。這就對(duì)我們及時(shí)發(fā)現(xiàn)變化，及時(shí)加以調(diào)整進(jìn)行重新

26、識(shí)別的能力提出更高的要求。這些方面都決定了調(diào)制識(shí)別技術(shù)的重要性。</p><p>　　在民用領(lǐng)域，調(diào)制識(shí)別技術(shù)的主要應(yīng)用價(jià)值包括無線電頻譜管理、無線電監(jiān)測(cè)等和信號(hào)確證等[3]。為防止一些用戶對(duì)無線電頻譜的非法干擾和利用，以使合法用戶的權(quán)益得到保障，保證其通信的正常運(yùn)行，無線電管理部門需要統(tǒng)一管理無線電頻譜資源，即無線電頻譜管理。無線電監(jiān)測(cè)是指相關(guān)部門針對(duì)無線電通信設(shè)備的發(fā)射頻率、發(fā)射帶寬等基本參量進(jìn)行有效的監(jiān)管測(cè)

27、量，進(jìn)行聲音信號(hào)的監(jiān)聽及進(jìn)行干擾信源的定位等。</p><p>　　在實(shí)施無線電監(jiān)測(cè)的過程中，采用有效的調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)，能夠更好地區(qū)分不同性質(zhì)的用戶，確定未知干擾信號(hào)的性質(zhì)，可以有效提高監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)不同性質(zhì)用戶的區(qū)分能力，更好的確定未知干擾信號(hào)的性質(zhì)，使管理人員下一步解決問題時(shí)有更多參考和依據(jù)。</p><p>　　1.2 調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)的發(fā)展</p><p>　

28、　1.2.1 研究發(fā)展歷史</p><p>　　早期傳統(tǒng)的調(diào)制識(shí)別方法往往都是利用人工的手段來實(shí)現(xiàn)的，這不僅對(duì)技術(shù)工作人員的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也對(duì)如頻譜分析儀、信號(hào)接收機(jī)等專業(yè)設(shè)備有著較高的要求[4]。技術(shù)工作人員首先要對(duì)各種調(diào)制信號(hào)的特征進(jìn)行較為完備的掌握。這些特征包括聲音、圖形或可以提取出的其它形式的參數(shù)。操作人員根據(jù)這些不同的特征來對(duì)通信信號(hào)的調(diào)制方式進(jìn)行鑒別，技術(shù)工作人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)在判斷調(diào)制方式過程中起著重

29、要作用。</p><p>　　通常在進(jìn)行識(shí)別時(shí)，技術(shù)工作人員首先將接收到的高頻信號(hào)進(jìn)行變頻到中頻信號(hào)，通過對(duì)接收機(jī)輸出信號(hào)的時(shí)域波形進(jìn)行觀察，以及對(duì)頻譜分布形狀的推理或通過其他形式的特征來利用經(jīng)驗(yàn)判斷接收信號(hào)采用的調(diào)制方式，初步的判別后選擇相應(yīng)的解調(diào)器嘗試解調(diào)，若不成功則進(jìn)行重新識(shí)別，直至最后成功識(shí)別出接收信號(hào)的調(diào)制方式。直至能夠解調(diào)出判斷為有用的情報(bào)信息。</p><p>　　然而人工手

30、段來識(shí)別信號(hào)的調(diào)試方式有很大的局限性。一方面能夠依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判別的信號(hào)調(diào)試方式有限，操作繁瑣且正確識(shí)別率沒有保障[5]；另一方面隨著調(diào)制技術(shù)的飛速發(fā)展及在數(shù)字調(diào)制日益重要的前提下，這種傳統(tǒng)的人工調(diào)試識(shí)別方法的作用越來越顯得有限。同時(shí)，在調(diào)制方式識(shí)別的工作中，也面臨著不斷增長的對(duì)工作人員負(fù)擔(dān)的減輕及工作效率的提高的需求。此種背景下，自動(dòng)調(diào)制識(shí)別技術(shù)發(fā)展迅速。</p><p>　　調(diào)制識(shí)別技術(shù)已有幾十年的發(fā)展歷史。調(diào)制

31、方式自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域的第一篇論文，是C.S.Weaver等人在Stanford大學(xué)技術(shù)報(bào)告上發(fā)表的一篇論文——《采用模式識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)制類型的自動(dòng)分類》[6]。這篇論文提出信號(hào)的調(diào)制方式識(shí)別技術(shù)本質(zhì)上是一個(gè)模式識(shí)別問題的概念。自此以后便有大量的學(xué)者在調(diào)制識(shí)別領(lǐng)域做了不同的研究和嘗試，提出很多調(diào)制識(shí)別的新的思路和方法。</p><p>　　在20 世紀(jì) 90 年代中后期，Elsayed Azzouz 和 Asoke K

32、umar Nandi 在調(diào)制識(shí)別領(lǐng)域做出了大量研究和重大的貢獻(xiàn)，他們提出了針對(duì)七種模擬調(diào)制信號(hào)的識(shí)別算法， 針對(duì)六種數(shù)字調(diào)制信號(hào)的識(shí)別算法，針對(duì)十三種模擬或數(shù)字調(diào)制信號(hào)的識(shí)別算法，并發(fā)表了一系列專著[7~9]。</p><p>　　在1984年，Liedtke提出了采用信號(hào)幅度、頻率以及差分相位直方圖的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的良好分類。</p><p>　　在1998年，BasselF.Bei

33、das和Charles L.Weber兩人提出了用高階相關(guān)域的方法來進(jìn)行MFSK信號(hào)分類的方法，理論上實(shí)現(xiàn)了MFSK調(diào)制信號(hào)的類內(nèi)識(shí)別。Swami等人利用信號(hào)的累積量特征來對(duì)MPSK信號(hào)進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)了對(duì)2PSK與4PSK的良好識(shí)別。M. L D. Wong和A. K. Nandi兩人在2001年發(fā)表論文，論文表明在信噪比為0dB時(shí)的自動(dòng)調(diào)制識(shí)別正確率能夠達(dá)到98%。</p><p>　　1.2.2 當(dāng)前主要識(shí)別

34、技術(shù)概論</p><p>　　調(diào)試識(shí)別技術(shù)應(yīng)用廣泛，遍及社會(huì)生活的多個(gè)領(lǐng)域，廣大的科研工作者也在理論和實(shí)踐中提出了眾多用于實(shí)現(xiàn)調(diào)制方式識(shí)別的方法。目前來看，眾多的方法主要分為兩大類別：最大似然方法和模式識(shí)別方法[10]，二者中模式識(shí)別方法更容易實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　一、最大似然方法</b></p><p>　　最大似然方法是將通信

35、信號(hào)的調(diào)制類型視為通信信號(hào)的部分統(tǒng)計(jì)信息的一個(gè)參數(shù)，用尋找其似然方程最大值的方法來進(jìn)行估計(jì)，從而得到較為準(zhǔn)確的識(shí)別結(jié)果。</p><p>　　在最大似然方法的構(gòu)架下，調(diào)制方式識(shí)別可視為多重假設(shè)檢驗(yàn)問題。按照所選取的模型，現(xiàn)有的文獻(xiàn)中共有三種基于似然的調(diào)試方式識(shí)別方法，它們分別是：廣義似然比檢驗(yàn) ( GLRT)、平均似然比檢驗(yàn) ( ALRT)、混合似然比檢驗(yàn) ( HLRT)[11]。</p><

36、p><b>　　二、模式識(shí)別方法</b></p><p>　　在模式識(shí)別方法中，關(guān)鍵步驟就是選擇合適的分類特征與判決準(zhǔn)則。特征提取模塊對(duì)信號(hào)的各種特征進(jìn)行提取，分類器模塊對(duì)信號(hào)的調(diào)制類型進(jìn)行判決。信號(hào)可提取的特征有很多，常用的包括瞬時(shí)參數(shù)特征、高階累積量特征、頻譜相關(guān)特征、星座形狀特征以及小波變換幅度特征等。分類器也種類繁多，常用的有決策樹分類器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器、支持向量分類器以及最小

37、距離分類器等。</p><p>　　在眾多的特征以及分類器中，提取信號(hào)的瞬時(shí)參數(shù)特征計(jì)算量小，決策樹分類器實(shí)現(xiàn)起來較為容易，所以實(shí)際應(yīng)用中常選取這兩者進(jìn)行結(jié)合來應(yīng)用。這類算法的基本思想是提取出經(jīng)過預(yù)處理的通信信號(hào)的瞬時(shí)特征，包括瞬時(shí)幅度、瞬時(shí)相位與瞬時(shí)頻率信息等并使用特征參數(shù)將相應(yīng)的特征加以量化，在對(duì)樣本進(jìn)行訓(xùn)練后可以得到比較適用的判決門限來進(jìn)行調(diào)制方式的識(shí)別。</p><p>　　上述的

38、這種算法的關(guān)鍵是選取合適的特征參數(shù)判別門限，理想的判決門限可以使得每個(gè)提取的特征參數(shù)都有著很好的分類特性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整體的準(zhǔn)確分類；相反若判決門限選取不當(dāng)，即使偏差的范圍不大，也會(huì)使最終的正確識(shí)別率有著很快的下降。因此，需要合理且慎重地選擇特征參數(shù)的門限值，在這個(gè)過程中通常有以下一些注意事項(xiàng)：</p><p>　　1、對(duì)比不同的特征參數(shù)，盡量選擇區(qū)分特性明顯的特征參數(shù)來區(qū)分具體的兩類或更多種類的信號(hào)。</p&

39、gt;<p>　　2、增加訓(xùn)練樣本的次數(shù)，使確定的判決門限可靠性更好，減少因?yàn)榕既灰蛩貛砥畹目赡苄浴?lt;/p><p>　　3、在確定識(shí)別流程時(shí)，將區(qū)分特性好的特征參數(shù)置于決策樹的上端，以避免識(shí)別過程中錯(cuò)誤的累積。</p><p>　　綜合比較當(dāng)前的一些主要的文獻(xiàn)，目前在調(diào)制識(shí)別領(lǐng)域有著為數(shù)不少的算法，但是目前還沒有一套公認(rèn)的效果良好的通用識(shí)別算法，很多好的思想方法在實(shí)際應(yīng)

40、用中往往受到很多限制，依然有待進(jìn)一步的研究發(fā)展。</p><p>　　利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來解決調(diào)制識(shí)別的問題是近年來研究的熱點(diǎn)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network，ANN）是發(fā)展迅速的人工智能學(xué)科的一個(gè)分支，隨著不斷的深入發(fā)展，在模式識(shí)別、預(yù)測(cè)估計(jì)、自動(dòng)控制、智能機(jī)器人、醫(yī)學(xué)、生物、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一種非線性系統(tǒng)，它模擬人類大腦神經(jīng)系統(tǒng)工作的特點(diǎn)建立簡單的模

41、型，來實(shí)現(xiàn)信息的分布式存儲(chǔ)和大規(guī)模自適應(yīng)并行處理，且系統(tǒng)容錯(cuò)性高[12]。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠應(yīng)用于模式識(shí)別問題，是因?yàn)槠鋵W(xué)習(xí)能力的突出，在不確定性模式識(shí)別問題的研究方面有著優(yōu)秀的表現(xiàn)。常見的如反向傳播（Back Propagation，BP）網(wǎng)絡(luò)、徑向基函數(shù)（Radial Basis Function，RBF）網(wǎng)絡(luò)、霍普菲爾德(Hopfield) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、高階神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等在模式識(shí)別與分類問題中都有一定的應(yīng)用。其中 BP 神

42、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)，因其理論基礎(chǔ)成熟、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰而得到廣泛應(yīng)用，長期以來一直是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器中的研究熱點(diǎn)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)自身存在學(xué)習(xí)速率緩慢、往往存在冗余性、不穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，RBF神</p><p>　　多學(xué)科的互相滲透不斷地促進(jìn)通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，小波變化、高階譜分析等各種理論在調(diào)制識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，不斷的為此領(lǐng)域做出新的貢獻(xiàn)。</p><p>　　

43、1.3調(diào)制方式識(shí)別流程概述</p><p>　　將無線電通信信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別的基本方法用圖1.1所示的一般性原理框圖來表示，分析圖1.1可知，無線電通信信號(hào)調(diào)制方式的識(shí)別主要由以下幾個(gè)基本環(huán)節(jié)組成[13]：</p><p>　　圖1.1 無線電信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別的一般原理過程</p><p>　?。?）信號(hào)獲取環(huán)節(jié)：利用接收機(jī)接收到達(dá)的通信信號(hào)。</p>

44、<p>　?。?）中頻變換與信號(hào)預(yù)處理環(huán)節(jié)：對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行下變頻處理以得到中頻信號(hào)，并進(jìn)行正交同相分量分解、載頻估計(jì)等一系列預(yù)處理，為下一步信號(hào)的分析處理提供合適的信號(hào)。</p><p>　?。?）特征提取環(huán)節(jié)：此環(huán)節(jié)是調(diào)制方式識(shí)別的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。原始數(shù)據(jù)只有經(jīng)過一系列的處理后，才能夠提取出一些比較有價(jià)值、分類效果明顯的特征。常用的調(diào)制識(shí)別時(shí)域特征主要包括信號(hào)的瞬時(shí)幅度、瞬時(shí)相位及瞬時(shí)頻率的直方圖或統(tǒng)計(jì)

45、參數(shù)；通信信號(hào)的變換域特征主要包括信號(hào)的頻譜特性等。不同的特征選擇和提取都對(duì)應(yīng)著不同的分類器的選擇和設(shè)計(jì)。理想的情況下，不同調(diào)制方式的信號(hào)有著區(qū)分特性明顯的特征，然而當(dāng)我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用時(shí)往往會(huì)發(fā)現(xiàn)區(qū)分度最好的特征不是那么容易被發(fā)現(xiàn)，或者經(jīng)常存在囿于各種實(shí)際條件的限制而難以提取特征的情況。上述這些困難使得通信信號(hào)特征參數(shù)的選擇和提取變成一個(gè)復(fù)雜的問題。</p><p>　　在長期的實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)比較好的參數(shù)一般情況

46、下需要滿足以下幾個(gè)條件：第一、不同調(diào)制方式產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)應(yīng)的參數(shù)的分類特性好；第二、所提取的參數(shù)的抗噪性能和抗衰落性能比較好；第三、所提取的參數(shù)的計(jì)算量小，實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng)。在計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的背景下，在參數(shù)提取的環(huán)節(jié)中計(jì)算量已不是限制性的問題，信噪比較高的情況下，我們主要關(guān)心的問題是參數(shù)的分布，在低信噪比條件下的無線電調(diào)制方式識(shí)別，則前面所述兩點(diǎn)都要考慮。</p><p>　　（4）分類器設(shè)計(jì)與分類決策環(huán)節(jié)：在提取

47、到分類性能好的特征的觀察值之后，就要選擇合適的方法來將識(shí)別對(duì)象分類到相應(yīng)的類別中。經(jīng)過近些年不斷的發(fā)展，現(xiàn)有常見的的分類器主要包括三種：基于決策論的識(shí)別方法、基于統(tǒng)計(jì)模式的識(shí)別方法以及基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）的識(shí)別方法。</p><p>　　基于決策論的識(shí)別方法是從概率和符合假設(shè)檢驗(yàn)的觀點(diǎn)出發(fā)來對(duì)調(diào)試識(shí)別問題進(jìn)行研究；基于統(tǒng)計(jì)模式的識(shí)別方法主要是使用信號(hào)的瞬時(shí)特征的直方圖來構(gòu)造特征向量，再使用線性分類器實(shí)現(xiàn)信號(hào)

48、不同調(diào)制方式的歸類；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器是近年來得到了迅速發(fā)展的一類方法，它對(duì)人類大腦的神經(jīng)元進(jìn)行模擬，在自適應(yīng)性、容錯(cuò)性、穩(wěn)健性等方面都表現(xiàn)出優(yōu)秀的性能，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器能夠獲得很高的識(shí)別率。</p><p>　　1.4 本文的主要工作</p><p>　　據(jù)前文介紹，無線電信號(hào)的調(diào)制識(shí)別技術(shù)至關(guān)重要。目前存在各種方法思路來解決接收信號(hào)的調(diào)制識(shí)別問題。如利用信號(hào)的頻譜特征、利用信號(hào)的高階累積

49、量特征、利用小波變換的方法等。</p><p>　　在第二章中，首先對(duì)調(diào)制的概念及各種調(diào)制信號(hào)的模型做了詳細(xì)的介紹，這是理解并進(jìn)行全部調(diào)制識(shí)別工作的基礎(chǔ)。然后對(duì)常用的調(diào)制識(shí)別的特征參數(shù)及其特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。也引進(jìn)了調(diào)制識(shí)別工作中用到的正交變換理論與決策樹分類器的相關(guān)知識(shí)。</p><p>　　在前述相關(guān)理論方法的基礎(chǔ)上，本文對(duì)常用的幾種數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行了分類識(shí)別。</p>&l

50、t;p>　　第三章中，提取了九種數(shù)字信號(hào)的一些瞬時(shí)特征，設(shè)計(jì)了一套分類的流程，并通過仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)在信噪比大于10dB時(shí)有著良好的分類效果，在低信噪比下表現(xiàn)的性能欠佳。</p><p>　　第四章中，引進(jìn)了信號(hào)的高階累積量，由理論得知高階累積量可以有效的抑制信號(hào)中的噪聲。在本章中提取了六種常用數(shù)字信號(hào)的五個(gè)高階累積量特征，實(shí)現(xiàn)了分類識(shí)別。仿真結(jié)果表明，使用高階累積量的分類識(shí)別方法在低信噪比下也有很高的識(shí)別率，

51、有效的避免了噪聲對(duì)識(shí)別的影響。</p><p>　　2 調(diào)制方式識(shí)別基礎(chǔ)理論</p><p>　　2.1調(diào)制的基本理論</p><p>　　2.1.1調(diào)制的概念</p><p>　　在天線理論中，我們可以知道如果要將電路中的高頻電流的能量全部轉(zhuǎn)換為空中的電磁波能量，對(duì)天線的尺寸的要求是四分之一波長。而多數(shù)需要傳輸?shù)幕鶐盘?hào)其頻率都很低，如果

52、將它們直接轉(zhuǎn)換為用于發(fā)射的電磁波，實(shí)際中是無法實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　另外我們需要將為不同用戶服務(wù)的信號(hào)搭載在不同的載頻之上，以實(shí)現(xiàn)在同一介質(zhì)（空間）中的正常傳輸，同時(shí)也可以提高信號(hào)在傳輸過程中的抗干擾性能[14]。</p><p>　　因此，將需要進(jìn)行傳輸?shù)幕鶐盘?hào)搭載在一個(gè)具有較高頻率的載頻上的過程稱為調(diào)制。調(diào)制在無線電通信過程中是必不可少的，不同用戶的信息可以調(diào)制在不同的載頻之

53、上，與調(diào)制技術(shù)相對(duì)應(yīng)是在接收端將基帶信號(hào)還原出來的解調(diào)技術(shù)。調(diào)制與解調(diào)是無線通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵技術(shù)，在電子測(cè)量雷達(dá)、遙測(cè)遙控、導(dǎo)航等多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2.1.2調(diào)制方式的分類</p><p>　　信號(hào)調(diào)制方式從總體上可以分為載波調(diào)制和脈沖調(diào)制兩大種類。</p><p><b>　　①載波調(diào)制</b><

54、/p><p>　　在調(diào)制時(shí)我們一般選擇正弦波作為載波，正弦波具有產(chǎn)生容易、比較穩(wěn)定、頻譜簡單等優(yōu)點(diǎn)。正弦波調(diào)制又可以分為模擬調(diào)制方式和數(shù)字調(diào)制方式。正弦波的三個(gè)重要的參數(shù)是幅度、相位和頻率，在無線電通信信號(hào)進(jìn)行調(diào)制時(shí)，分別將基帶信號(hào)搭載在這三個(gè)參數(shù)之上來產(chǎn)生不同的調(diào)制形式。</p><p><b>　?、诿}沖調(diào)制</b></p><p>　　脈沖調(diào)

55、制是指使用脈沖串或者數(shù)字信號(hào)本身作為載波去參與調(diào)制。脈沖調(diào)制由兩種形式組成，一種形式是用波形連續(xù)的調(diào)制信號(hào)來對(duì)脈沖載波的參數(shù)(如幅度、寬度等)進(jìn)行控制的的脈沖無編碼調(diào)制，常見的形式如PAM、PWM、PPM等。另一種形式是用波形連續(xù)的調(diào)制信號(hào)的數(shù)字化形式（通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換)來形成一系列脈沖組的脈沖編碼調(diào)制，如PCM、ΔM等[15]。</p><p>　　圖2.1 調(diào)制方式的分類</p><p&g

56、t;　　2.2常用的模擬調(diào)制方式</p><p>　　2.2.1幅度調(diào)制（AM）</p><p>　　幅度調(diào)制是正弦載波的幅度隨著調(diào)制信號(hào)做線性變化的過程[16]，在生活中人們常用超外差接收機(jī)來收聽調(diào)幅廣播信號(hào)，幅度調(diào)制的時(shí)域表達(dá)式為：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　在上式中， 表示

57、調(diào)制信號(hào)， 表示外加的直流分量。 是載波信號(hào)的角頻率， 是載波信號(hào)的初始相位。用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)出原始信號(hào)，但必須要滿足：</p><p><b>　　（2.2）</b></p><p>　　才能夠保證進(jìn)行包絡(luò)檢波時(shí)不會(huì)發(fā)生失真，否則將會(huì)出現(xiàn)過調(diào)幅而帶來失真。</p><p>　　對(duì)（2.1）式進(jìn)行傅里葉變換，對(duì)調(diào)幅信號(hào)的頻域特性進(jìn)行分

58、析，可以得到：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　在式（2.3）中 為 的頻譜。由此式我們可以得知，幅度調(diào)制的結(jié)果由載頻、上邊帶和下邊帶組成，條幅波形所占有的頻譜的寬度是調(diào)制信號(hào)最高頻率的兩倍。</p><p>　　2.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB）</p><p>　　因?yàn)樵贏M調(diào)

59、制中載波不攜帶任何信息，要傳送的信息僅僅由邊帶攜帶，載波的功率是沒有得到利用的。將直流分量去除后，我們得到一種更有效利用可用傳輸功率的調(diào)制方式，即抑制載波雙邊帶調(diào)幅：</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　在是確知信號(hào)的情況下，已調(diào)信號(hào)的頻譜為：</p><p><b>　?。?.5）</b>

60、</p><p>　　它的頻譜帶寬與AM調(diào)制信號(hào)是一樣的。</p><p>　　2.2.3單邊帶調(diào)制（SSB）</p><p>　　雙邊帶信號(hào)的兩個(gè)邊帶包含著同樣的信息，故在傳輸信息的過程中只需要發(fā)送其中一個(gè)就足夠了，因此我們可以得到一種非常有效地提高信道利用率的調(diào)制方式，即單邊帶調(diào)制（SSB），下邊帶（LSB）信號(hào)的表達(dá)式：</p><p>

61、;<b>　?。?.6）</b></p><p>　　與此對(duì)應(yīng)的上邊帶（USB）信號(hào)：</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　上式中的為的希爾伯特變換：</p><p><b>　　（2.8）</b></p><p>　　“

62、?”表示進(jìn)行卷積，希爾伯特變換的實(shí)質(zhì)是對(duì)此信號(hào)進(jìn)行的移相。</p><p>　　2.2.4頻率調(diào)制（FM）</p><p>　　在頻率調(diào)制中，載波的瞬時(shí)頻率與輸入信號(hào)的幅度成正比。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　將上式進(jìn)行展開并化簡：</p><

63、p><b>　　（2.10）</b></p><p>　　式中，從式中我們可以知道在實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制時(shí)首先要對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分然后對(duì)經(jīng)過積分后的信號(hào)取正弦或余弦。</p><p>　　2.2.5相位調(diào)制（PM）</p><p>　　相位調(diào)制的載波相位與輸入信號(hào)的幅度成正比。頻帶相位調(diào)制器（PM Modulator Passband）用輸入的基帶信

64、號(hào)對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制。假設(shè)輸入信號(hào)是，輸出信號(hào)是，則輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的關(guān)系可以用下式來表示：</p><p><b>　?。?.11）</b></p><p>　　其中為初始相位，是相位調(diào)制常數(shù)。</p><p>　　當(dāng)時(shí)，式（2.11）將變?yōu)槿缦碌谋磉_(dá)式：</p><p><b>　?。?.12）</

65、b></p><p><b>　　稱為相位調(diào)制指數(shù)。</b></p><p>　　2.3常用的數(shù)字調(diào)制方式</p><p>　　2.3.1 幅度鍵控調(diào)制（MASK）</p><p>　　幅度鍵控調(diào)制（MASK）是用數(shù)字基帶信號(hào)的變化對(duì)正弦波載波的幅度進(jìn)行控制的調(diào)制方式。M進(jìn)制幅移鍵控調(diào)制的時(shí)域表達(dá)式如下：</

66、p><p><b>　?。?.13）</b></p><p>　　上式中， 表示M進(jìn)制幅度序列，為調(diào)制信號(hào)的波形， 表示碼元周期， 表示進(jìn)行調(diào)制的載波頻率。</p><p>　　2.3.2頻移鍵控調(diào)制（MFSK）</p><p>　　頻移鍵控調(diào)制（MFSK）是用數(shù)字基帶信號(hào)的變化來控制正弦波載波的頻率的調(diào)制方式。對(duì)于M進(jìn)制頻

67、移鍵控調(diào)制，它的時(shí)域表達(dá)式如下：</p><p><b>　?。?.14）</b></p><p>　　在上式中，、、的定義同2.3.1，表示載波的頻率偏移。</p><p>　　2.3.3相移鍵控調(diào)制（MPSK）</p><p>　　相移鍵控調(diào)制（MPSK）是用數(shù)字基帶信號(hào)的變化來控制正弦波相位變化的調(diào)制方式。對(duì)于M進(jìn)

68、制頻移鍵控調(diào)制，它的時(shí)域表達(dá)式如下：</p><p><b>　?。?.15）</b></p><p>　　上式中，、、的定義同2.3.1，表示載波信號(hào)在 時(shí)刻的相位，而且，表示初始相位。</p><p>　　2.3.4正交振幅調(diào)制（MQAM）</p><p>　　正交振幅調(diào)制（MQAM）是利用兩路獨(dú)立的基帶信號(hào)對(duì)兩個(gè)相

69、互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，利用已調(diào)信號(hào)頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，可以實(shí)現(xiàn)兩路并行數(shù)字信息的傳輸。它的時(shí)域表達(dá)式如下：</p><p>　?。?.16） </p><p>　　上式中，表示信號(hào)的載波幅度，表示信號(hào)的相位。</p><p><b>　　2.4正交變換理論</b></p>&

70、lt;p>　　在物理上能夠?qū)崿F(xiàn)的信號(hào)都是實(shí)信號(hào)，經(jīng)過調(diào)制的通信信號(hào)亦然。實(shí)信號(hào)的頻譜具有共軛對(duì)稱性，即滿足：</p><p><b>　?。?.17）</b></p><p>　　由式（2.17）可知，對(duì)于實(shí)信號(hào)，它的正負(fù)頻率的幅度分量對(duì)稱，而相位分量相反，因此我們可以從實(shí)信號(hào)的頻譜中取出一半來提取信號(hào)的全部信息，來達(dá)到節(jié)省頻帶的目的。通常的我們?nèi)⌒盘?hào)的右半個(gè)頻

71、譜來代表整個(gè)信號(hào)，在不丟失信息的前提下對(duì)信號(hào)進(jìn)行完全的描述。</p><p>　　我們將實(shí)信號(hào)的頻譜的右半部分所對(duì)應(yīng)的信號(hào)定義為復(fù)信號(hào)，也稱作信號(hào)的解析表示[17]，則可以表示為：</p><p><b>　?。?.18）</b></p><p>　　在上式中，是實(shí)信號(hào)的Hilbert變換，且有：</p><p><

72、;b>　?。?.19）</b></p><p>　　將式（2.18）寫成極坐標(biāo)形式：</p><p><b>　　（2.20）</b></p><p><b>　　信號(hào)的瞬時(shí)幅度：</b></p><p><b>　?。?.21）</b></p>

73、<p><b>　　信號(hào)的瞬時(shí)相位：</b></p><p><b>　?。?.22）</b></p><p>　　在這里我們需要注意的一點(diǎn)是，在求信號(hào)的相位序列時(shí)，需要進(jìn)行去混疊和去線性相位運(yùn)算。</p><p>　　2.5 常用特征參數(shù)</p><p>　　在這一節(jié)，將列舉一些常用的

74、信號(hào)的特征參數(shù)，并進(jìn)行簡要的說明[18-20]。</p><p>　　(1) 幅度特征參數(shù)</p><p>　　常用的信號(hào)幅度特征參數(shù)包括：</p><p>　　信號(hào)非弱部分中心歸一化瞬時(shí)幅度的標(biāo)準(zhǔn)差</p><p>　　用來反映信號(hào)瞬時(shí)幅度分布的起伏變化情況，一般情況下是用來區(qū)分有無幅度的調(diào)制信號(hào)的一個(gè)特征參數(shù)。例如AM調(diào)制信號(hào)與FM調(diào)制信

75、號(hào)，ASK調(diào)制信號(hào)與FSK和PSK調(diào)制信號(hào)。它的表達(dá)式如下：</p><p><b>　　(2.23)</b></p><p>　　在式（2.23）中，表示信號(hào)非弱部分采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，表示取非弱信號(hào)段，為用來定義信號(hào)的非弱信號(hào)段的閾值。表示信號(hào)非弱部分中心歸一化瞬時(shí)幅度的值，它的定義：，，其中表示信號(hào)非弱部分的瞬時(shí)幅度，且有 。表示經(jīng)過功率歸一化的信號(hào)，對(duì)做Hilber

76、t變換即可得到，是信號(hào)非弱部分瞬時(shí)幅度的平均值，，表示非弱信號(hào)段瞬時(shí)幅度的平均值。</p><p>　　信號(hào)中心歸一化瞬時(shí)幅度的峰度 </p><p>　　用來表征信號(hào)瞬時(shí)幅度分布的緊致性，它在區(qū)分?jǐn)?shù)字調(diào)制中的GMSK信號(hào)與ASK信號(hào)、2ASK和4ASK與AM調(diào)制信號(hào)方面有很好的性能。它的表達(dá)式如下：</p><p><b>　　(2.24)</b&

77、gt;</p><p>　　上式中的定義同式（2.23）。</p><p><b>　?。?）頻率特征參數(shù)</b></p><p>　　信號(hào)非弱部分中心歸一化瞬時(shí)頻率絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)差</p><p>　　用來表征信號(hào)的瞬時(shí)頻率的起伏狀態(tài)，一般情況下是用來區(qū)分信號(hào)有無頻率調(diào)制信息的一個(gè)特征參數(shù)，如區(qū)分FSK信號(hào)與ASK信號(hào)和

78、PSK信號(hào)。它的計(jì)算過程如下:</p><p><b>　?。?.25）</b></p><p>　　在上式中，的定義同式（2.23），為信號(hào)非弱部分中心歸一化瞬時(shí)頻率，其計(jì)算過程如下：</p><p>　　，。 （2.26）</p><p>　　(3) 相位特征參數(shù)</p>

79、<p>　　信號(hào)非弱部分瞬時(shí)相位非線性分量絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)差</p><p>　　常用來區(qū)別有相位信息的信號(hào)與無相位信息的信號(hào)于在區(qū)分如PSK信號(hào)和FSK信號(hào)，ASK信號(hào)和QAM信號(hào)等時(shí)有著很好的表現(xiàn)。它的計(jì)算過程如下式：</p><p><b>　?。?.27）</b></p><p>　　上式中與的定義與式(2.23)中相同，表示

80、信號(hào)非弱部分瞬時(shí)相位非線性分量，非線性意味著已經(jīng)去除了載波對(duì)相位積累的影響，的計(jì)算過程見下式：</p><p><b>　?。?.28）</b></p><p>　　上式中表示求相位，是信號(hào)的載波或中心頻率，一般情況下能夠通過以下式來估計(jì)：</p><p><b>　?。?.29）</b></p><p

81、>　　式中是采樣頻率，為經(jīng)過采樣后信的號(hào)的離散傅里葉變換（DFT），N是DFT變換中的點(diǎn)數(shù)。</p><p>　　(4) 頻譜特征參數(shù)</p><p><b>　　信號(hào)功率譜</b></p><p>　　信號(hào)的功率譜可以直觀的反映出調(diào)制后信號(hào)中各種頻率分量的功率分布情況，不同信號(hào)的頻譜有單譜峰和多譜峰的區(qū)別，頻譜起伏程度也有很大的不同，因

82、此譜峰數(shù)和頻譜形狀也可以用來進(jìn)行這些信號(hào)之間的分類識(shí)別。</p><p><b>　　2.6決策樹分類器</b></p><p>　　調(diào)制識(shí)別技術(shù)中，在對(duì)經(jīng)預(yù)處理后的信號(hào)提取分類性能良好的特征參數(shù)后，就要選取合適的分類器來實(shí)現(xiàn)最終識(shí)別的目的。在本文中采用了決策樹分類器來進(jìn)行調(diào)制信號(hào)的歸類判決。</p><p>　　決策樹分類器采用多級(jí)分類結(jié)構(gòu)，

83、在模式識(shí)別中應(yīng)用較早，它可以通過多個(gè)判決點(diǎn)的一級(jí)一級(jí)分解將復(fù)雜的問題簡單化，大大降低整體識(shí)別的難度。在具有很好的分類性能的前提下，每個(gè)特征參數(shù)可以用來進(jìn)行多次判決[21]。圖2.2給出決策樹分類器的一般結(jié)構(gòu)：</p><p>　　圖2.2 決策樹的一般結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2.2為決策樹的一般結(jié)構(gòu)與工作原理。一般的，一個(gè)決策樹分類器由根節(jié)點(diǎn)、中間節(jié)點(diǎn)與葉節(jié)點(diǎn)組成。圖2.2中節(jié)點(diǎn)1為

84、根節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)2、3、7為中間節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)4、5、6、8、9都是葉節(jié)點(diǎn)。</p><p>　　決策樹分類器用于信號(hào)的調(diào)制方式識(shí)別時(shí)，根節(jié)點(diǎn)為要進(jìn)行分類識(shí)別的所有信號(hào)；中間節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著某一用于分類特征參數(shù)；葉節(jié)點(diǎn)為已完成歸類的不同調(diào)制方式的信號(hào)。</p><p>　　一般情況下，在每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)會(huì)取一個(gè)門限值，決策樹分類器將不同調(diào)制信號(hào)的參數(shù)值與門限值進(jìn)行比較，以判別出如何進(jìn)入下一

85、層。因?yàn)闆Q策樹每次只對(duì)一個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行比較的特性，故算法簡單容易實(shí)現(xiàn)，但是也對(duì)特征參數(shù)的區(qū)分特性提出較高的要求。</p><p>　　2.7本章小結(jié) </p><p>　　本章主要對(duì)調(diào)制方式識(shí)別的各種基本知識(shí)做了簡要介紹，這是理解并進(jìn)行所有下一步工作的基礎(chǔ)。</p><p>　　對(duì)調(diào)制的概念做了簡要的介紹，并歸類總結(jié)了常見的信號(hào)調(diào)制方式。</p>

86、<p>　　介紹并解釋了常用的模擬調(diào)制方式與數(shù)字調(diào)制方式的信號(hào)模型。</p><p>　　介紹了信號(hào)處理過程中的正交變換理論。</p><p>　　介紹了常用來進(jìn)行調(diào)制方式識(shí)別的特征參數(shù)。</p><p>　　介紹了決策樹分類器，詳細(xì)的分析了其工作原理及流程，解釋了其在調(diào)制識(shí)別過程中的應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　3 基于瞬時(shí)

87、特征的調(diào)制方式識(shí)別</p><p>　　3.1 算法的基本原理 </p><p>　　3.1.1特征參量簡介</p><p>　　在對(duì)九種常用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提取出M1、M2、Mp1、Mp2、Mf1、Mf2六個(gè)基于信號(hào)瞬時(shí)特征提取的參數(shù)，并進(jìn)行了分類識(shí)別。</p><p>　　以上六個(gè)特征參數(shù)，由對(duì)信號(hào)波形的一系列處理而得到

88、。其中M1、M2為對(duì)信號(hào)波形的幅度特性分析處理后得到的相關(guān)參數(shù)；Mf1、Mf2為對(duì)信號(hào)波形的頻率特性分析處理后得到的相關(guān)參數(shù)；Mp1、Mp2為對(duì)信號(hào)波形的相位特性分析處理后得到的相關(guān)參數(shù)。這些特征參數(shù)在仿真時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)所研究的幾種數(shù)字調(diào)制信號(hào)有較好的分類特性，故經(jīng)一系列處理加以提取。</p><p>　　3.1.2特征參量的提取</p><p>　　下面介紹以上六個(gè)特征參數(shù)對(duì)信號(hào)處理的過程。&

89、lt;/p><p>　　假設(shè)原始信號(hào)為，有：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　其中由對(duì)進(jìn)行Hilbert變換而得到， 為用于進(jìn)行下一步處理的解析信號(hào)。</p><p><b>　?、偬卣鲄?shù)的提取</b></p><p><b>　　

90、（3.2）</b></p><p>　　其中N表示信號(hào)采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)。</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　式（3.3）表示對(duì)求滑動(dòng)平均得到,式中 ，即平均窗口長度為。</p><p><b>　　（3.4）</b></p><p>

91、　　由式（3.4）便得到特征參數(shù) </p><p><b>　?、谔卣鲄?shù)的提取</b></p><p>　　在①中的基礎(chǔ)上，有：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　對(duì)求滑動(dòng)平均得到,其中，平均窗口為5：</p><p><b>　

92、?。?.6）</b></p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　進(jìn)而由式（3.7）便得到特征參數(shù)。</p><p><b>　?、厶卣鲄?shù)的提取</b></p><p>　　（3.8） </p><p>　　式（3.8）中

93、表示信號(hào)的采樣頻率，表示的微分。</p><p>　　對(duì)求滑動(dòng)平均，其中，平均窗口為4：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　再對(duì)進(jìn)行與①中提取時(shí)對(duì)進(jìn)行的同樣的處理，即得到特征參數(shù)。</p><p><b>　?、芴卣鲄?shù)的提取</b></p><

94、p>　　對(duì)③中進(jìn)行如下處理，得到：</p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　再對(duì)進(jìn)行與①中提取時(shí)對(duì)進(jìn)行的同樣的處理，即得到特征參數(shù)。</p><p><b>　?、萏卣鲄?shù)的提取</b></p><p><b>　?。?.11）</b><

95、;/p><p>　　為信號(hào)的瞬時(shí)相位。由得到其微分。</p><p>　　對(duì)中大于或小于的值進(jìn)行修正，記為。</p><p><b>　?。?.12）</b></p><p><b>　?。?.13）</b></p><p>　　在MATLAB中使用mod函數(shù)使的取值范圍為。&l

96、t;/p><p>　　對(duì)求滑動(dòng)平均，其中，平均窗口為4：</p><p><b>　　（3.14）</b></p><p><b>　?。?.15）</b></p><p>　　接下來對(duì)進(jìn)行與①中提取對(duì)進(jìn)行的同樣的處理，即得到特征參數(shù)。</p><p><b>　　⑥特

97、征參數(shù)的提取</b></p><p><b>　?。?.16）</b></p><p>　　再對(duì)進(jìn)行與①中提取時(shí)對(duì)進(jìn)行的同樣的處理，即得到特征參數(shù)。</p><p>　　3.2 分類閾值的確定</p><p>　　在MATLAB平臺(tái)上，對(duì)仿真產(chǎn)生的九種數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行上述六種特征參數(shù)的提取，畫出九種數(shù)字調(diào)制信

98、號(hào)不同的特征參數(shù)隨信噪比變化的對(duì)比圖，來確定合適的分類閾值。信噪比變化范圍為1dB-30dB,步長為1dB。</p><p>　　在仿真中，設(shè)置數(shù)字調(diào)制信號(hào)的采樣頻率為12KHz，載波頻率為2KHz,碼元速率為500B，仿真時(shí)每次產(chǎn)生300個(gè)符號(hào)，使用加性高斯白噪聲對(duì)仿真產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行處理。</p><p>　　下面給出六個(gè)特征參數(shù)用于確定分類閾值的仿真圖，然后進(jìn)行統(tǒng)一的分析，并確定每

99、個(gè)判決點(diǎn)的閾值。</p><p>　　圖3.1 特征參數(shù)M1隨信噪比變化曲線</p><p>　　圖3.2 特征參數(shù)M2隨信噪比變化曲線</p><p>　　圖3.3 特征參數(shù)Mf1隨信噪比變化曲線</p><p>　　圖3.4 特征參數(shù)Mf2隨信噪比變化曲線</p><p>　　圖3.5 特征參數(shù)Mp1隨信

100、噪比變化曲線（1）</p><p>　　圖3.6 特征參數(shù)Mp1隨信噪比變化曲線（2）</p><p>　　圖3.7 特征參數(shù)Mp2隨信噪比變化曲線</p><p><b>　?、? M1</b></p><p>　　對(duì)圖3-2進(jìn)行觀察對(duì)比，可為特征參數(shù)M1設(shè)置兩個(gè)閾值0.190與0.320，以將九種信號(hào)分為三類：&

101、lt;/p><p>　?、?ASK、4ASK信號(hào) 若M1>0.320</p><p>　?、?FSK、4FSK、8FSK、2PSK、4PSK、8PSK信號(hào) 若M1<0.200 </p><p>　?、?6QAM信號(hào) M1為其他值</p><p><b>　?、? M2</b></p&g

102、t;<p>　　對(duì)圖3-3進(jìn)行觀察對(duì)比，可為特征參數(shù)M2設(shè)置閾值0.310，用來識(shí)別2ASK信號(hào)與4ASK信號(hào)，即若M2<0.310，將信號(hào)識(shí)別為2ASK信號(hào)，若M2>0.310，將信號(hào)識(shí)別為4ASK信號(hào)。</p><p><b>　?、? Mf1</b></p><p>　　對(duì)圖3-4進(jìn)行觀察對(duì)比，可為特征參數(shù)Mf1設(shè)置閾值0.200，用來

103、進(jìn)行2FSK、4FSK、8FSK、2PSK、4PSK、8PSK信號(hào)的分類。若滿足Mf1>0.200，則判定信號(hào)為2FSK、4FSK、8FSK信號(hào)，否則判定信號(hào)為2PSK、4PSK、8PSK信號(hào)。</p><p><b>　?、? Mf2</b></p><p>　　對(duì)圖3-5進(jìn)行觀察對(duì)比，可為特征參數(shù)Mf2設(shè)置閾值0.420用來進(jìn)行2FSK、4FSK、8FSK信

104、號(hào)的分類。若滿足Mf2<0.420，則判定為8FSK信號(hào)，否則判定為2FSK、4FSK信號(hào)。</p><p>　　⑤. Mp1 (1)</p><p>　　在仿真過程中發(fā)現(xiàn)特征參數(shù)Mp1對(duì)4FSK、8FSK信號(hào)有一定的區(qū)分特性，故在識(shí)別過程中用來進(jìn)行二者的分類。對(duì)圖3-6進(jìn)行觀察對(duì)比，在此為特征參數(shù)Mp1設(shè)置閾值0.400，若滿足Mp1>0.400，判定信號(hào)為8FSK信號(hào)，否則

105、判定信號(hào)為4FSK信號(hào)。</p><p>　?、? Mp1 (2)</p><p>　　在這里用特征參數(shù)Mp1來進(jìn)行MPSK信號(hào)的類內(nèi)識(shí)別，對(duì)圖3-7進(jìn)行觀察對(duì)比，可知為特征參數(shù)Mp1設(shè)置閾值0.420可將2PSK信號(hào)與4PSK、8PSK信號(hào)區(qū)分開來，即若滿足Mp1<0.420，判定信號(hào)為2PSK信號(hào)，否則判定信號(hào)為4PSK、8PSK信號(hào)。</p><p>&

106、lt;b>　?、? Mp2</b></p><p>　　對(duì)圖3-8進(jìn)行觀察對(duì)比，可知為特征參數(shù)Mp2設(shè)置閾值0.400可有效區(qū)分4PSK信號(hào)與8PSK信號(hào)。若滿足Mp2>0.400，判定信號(hào)為8PSK信號(hào)，否則判定信號(hào)為4PSK信號(hào)。</p><p><b>　　3.3識(shí)別的流程</b></p><p>　　圖3.8

107、九種數(shù)字調(diào)制信號(hào)的識(shí)別流程圖</p><p><b>　　具體的識(shí)別過程：</b></p><p>　?、?將原始信號(hào)進(jìn)行Hilbert變換，得到用于處理的解析信號(hào)。</p><p>　?、?提取九種數(shù)字調(diào)制信號(hào)的特征參數(shù)M1，若滿足M1>0.320,判定為2ASK信號(hào)或4ASK信號(hào)；若滿足M1<0.200,判定為2PSK、4PSK

108、、8PSK、2FSK、4FSK、8FSK信號(hào)；若M1為其他值，則判定為16QAM信號(hào)。</p><p>　　③.提取特征參數(shù)M2來進(jìn)行2ASK、4ASK信號(hào)的分類識(shí)別。若滿足M2<0.310，判定為2ASK信號(hào)，否則判定為4ASK信號(hào)。</p><p>　?、?提取特征參數(shù)Mf1來進(jìn)行2PSK、4PSK、8PSK、2FSK、4FSK、8FSK信號(hào)的分類識(shí)別。若滿足Mf1<0.2

109、00，判定為2FSK、4FSK、8FSK信號(hào)，否則判定為2PSK、4PSK、8PSK信號(hào)。</p><p>　?、荩崛√卣鲄?shù)Mf2來進(jìn)行2FSK、4FSK、8FSK信號(hào)的分類識(shí)別。若滿足Mf2<0.420，判定為2FSK信號(hào)，否則判定為4FSK、8FSK信號(hào)。</p><p>　?、蓿崛√卣鲄?shù)Mp1來進(jìn)行4FSK、8FSK信號(hào)的分類識(shí)別。若滿足Mp1<0.400，判定為

110、4FSK信號(hào)，否則判定為8FSK信號(hào)。</p><p>　?、?提取特征參數(shù)Mp1來進(jìn)行2PSK、4PSK、8PSK信號(hào)的分類識(shí)別，在整個(gè)識(shí)別流程中Mp1在兩個(gè)判決點(diǎn)上出現(xiàn)。此時(shí)若滿足Mp1<0.420，判定為2PSK信號(hào)，否則判定為4PSK、8PSK信號(hào)。</p><p>　　⑧.提取特征參數(shù)Mp2來進(jìn)行4PSK、8PSK信號(hào)的分類識(shí)別。若滿足Mp2<0.400，判定為4PS

111、K信號(hào)，否則判定為8PSK信號(hào)。至此，已完成對(duì)九種數(shù)字調(diào)制信號(hào)的整個(gè)分類過程。</p><p>　　3.4 計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果</p><p>　　表3.1 九種數(shù)字信號(hào)在不同信噪比下的識(shí)別率</p><p>　　圖3.9 九種數(shù)字調(diào)制信號(hào)的識(shí)別率</p><p>　　對(duì)圖3.9進(jìn)行分析可知，在信噪比較低時(shí)，這種調(diào)制識(shí)別方案表現(xiàn)出來的性能很差

112、。8FSK信號(hào)在信噪比小于8dB時(shí)基本上不能成功識(shí)別，在信噪比大于10dB時(shí)識(shí)別率能夠達(dá)到80%以上，其余八種數(shù)字調(diào)制信號(hào)在信噪比大于5dB時(shí)識(shí)別率均在60%以上，在信噪比大于9dB時(shí)識(shí)別率均在95%以上。九種信號(hào)的識(shí)別成功率在信噪比大于11dB時(shí)均在95%以上?？梢娫撜{(diào)制識(shí)別方案在一定的信噪比以上有較好的分類識(shí)別表現(xiàn)，但抗噪性能差，在低信噪比的條件下識(shí)別成功率低。</p><p><b>　　3.5

113、本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對(duì)九種數(shù)字調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)特征進(jìn)行了分析與提取，對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行一系列的處理，得到六個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行分類識(shí)別。設(shè)置了不同特征參數(shù)分類的閾值與整體的識(shí)別流程，并進(jìn)行了仿真，測(cè)試識(shí)別成功率。結(jié)果表明該種調(diào)制識(shí)別方案能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)九種數(shù)字調(diào)制信號(hào)的分類，但不足之處為低信噪比條件下表現(xiàn)差，抗噪性能有待進(jìn)一步的提升。</p><p>　　4 基于高階累積量

114、的調(diào)制識(shí)別</p><p>　　4.1 算法的基本原理</p><p>　　4.1.1 高階累積量的定義和描述</p><p>　　二階統(tǒng)計(jì)量是比較傳統(tǒng)的信號(hào)處理過程中的數(shù)學(xué)分析工具，時(shí)域?yàn)橄嚓P(guān)函數(shù)，頻域?yàn)楣β首V。但是二階統(tǒng)計(jì)量有著自身的局限性，同時(shí)對(duì)加性噪聲比較敏感。</p><p>　　高階累積量是近年來信號(hào)處理領(lǐng)域中的一個(gè)比較熱門的課題

115、，高階累積量在需要考慮非最小相位性、非高斯性、有色噪聲等各種問題中都得到了很廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　在調(diào)制識(shí)別領(lǐng)域，高階累積量在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出了很好的性能。一方面通信信號(hào)的高階累積量中富含各種統(tǒng)計(jì)信息，容易找到分類特性好的特征參數(shù)；另外，在大于二階時(shí)，零均值高斯白噪聲的高階累積量為零，這也就意味著所處理信號(hào)的高階累積量等同于有用信號(hào)的高階累積量，可以有效的抑制噪聲。</p><p&

116、gt;　　假設(shè) 為一個(gè)零均值的復(fù)隨機(jī)過程，它的p階混合矩定義如下：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式（4-1）中“*”表示信號(hào)的共軛。下面給出實(shí)際應(yīng)用中信號(hào)各階累積量的估計(jì)：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>