無(wú)線電信號(hào)的調(diào)制識(shí)別研究

孫 野

(吉林省信息化建設(shè)促進(jìn)中心，吉林 長(zhǎng)春 130000)

0 引言

無(wú)線電信號(hào)的調(diào)制識(shí)別是指在沒(méi)有充足的先驗(yàn)知識(shí)的情況下，通過(guò)對(duì)接收信號(hào)的分析和處理，最終判斷出接收信號(hào)的調(diào)制方式，從而更好地為信號(hào)處理提供信息和參數(shù)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，調(diào)制識(shí)別逐漸應(yīng)用于認(rèn)知無(wú)線電、通信偵察及無(wú)線電點(diǎn)頻率檢測(cè)等領(lǐng)域，這對(duì)于調(diào)制識(shí)別的研究有了更高的要求。因此，要加強(qiáng)無(wú)線電信號(hào)調(diào)制識(shí)別的研究，分析目前調(diào)制識(shí)別領(lǐng)域中常用的幾種方法，確保應(yīng)用調(diào)制方法的可行性，進(jìn)而更好地提取接收信號(hào)的調(diào)制特征。

1 調(diào)制識(shí)別的概述

1.1 調(diào)制的基本概念

調(diào)制是指利用調(diào)制信號(hào)控制載波的具體參數(shù)，使調(diào)制后的信號(hào)可以包含原信號(hào)的所有信息，即信息的載體隨調(diào)制信號(hào)變化的規(guī)律。一般情況下，原始的信息不適合用作傳輸信號(hào)，因?yàn)樵夹盘?hào)未被加工過(guò)，無(wú)法匹配傳輸信道，所以要對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制的目的就是將調(diào)制信息與傳輸信道相匹配，從而更好地完成信號(hào)的傳輸。通信信號(hào)的調(diào)制具有多種性能，例如識(shí)別能力、抗干擾能力等，不僅可以實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)的有效傳輸，還能夠提高通信信號(hào)的監(jiān)控和識(shí)別。信號(hào)調(diào)制識(shí)別技術(shù)主要包括3種信號(hào)的識(shí)別，分別是雷達(dá)信號(hào)、無(wú)線電通信信號(hào)及導(dǎo)航信號(hào)，其中無(wú)線電通信信號(hào)的應(yīng)用范圍最廣，其調(diào)制方式也最復(fù)雜[1]。

1.2 調(diào)制的分類

調(diào)制的種類復(fù)雜多樣，分類也各不相同。通常情況下，調(diào)制主要分為兩大類，一是正弦波調(diào)制，二是脈沖調(diào)制。不同調(diào)制的分類有著不同的特點(diǎn)和性能，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要根據(jù)具體情況來(lái)選擇調(diào)制方式。

正弦波調(diào)制是以載波為正弦信號(hào)的，主要的調(diào)制方式有調(diào)幅、調(diào)頻、雙邊帶、上邊帶及下邊帶等。這種調(diào)制方式又被分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制，其中模擬調(diào)制是以調(diào)制信號(hào)為模擬信號(hào)的正弦波調(diào)制，而數(shù)字調(diào)制則是以數(shù)字信號(hào)為模擬信號(hào)的正弦波調(diào)制。近年來(lái)，數(shù)字調(diào)制的應(yīng)用價(jià)值漸漸上升，研究學(xué)者更加注重?cái)?shù)字調(diào)制的研究，數(shù)字調(diào)制也不斷出現(xiàn)新的方式。

脈沖調(diào)制的主要方式是以被調(diào)制的載波為脈沖串，進(jìn)而為信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。主要的調(diào)制形式分為兩種：(1)利用連續(xù)的調(diào)制信號(hào)改變脈沖載波的參數(shù)，這種形式通常應(yīng)用于有線傳輸系統(tǒng)；(2)利用連續(xù)的調(diào)制信號(hào)的數(shù)字化形式轉(zhuǎn)換脈沖編碼調(diào)制的脈沖組，主要應(yīng)用于信源編碼。另外，調(diào)制又被分為兩大類：(1)線性調(diào)制；(2)非線性調(diào)制。這兩類調(diào)制通常是指正弦波調(diào)制[2]。

1.3 調(diào)制的作用

在無(wú)線通信系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，調(diào)制技術(shù)是一項(xiàng)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，包括軍事、民用應(yīng)用、雷達(dá)、遙控等領(lǐng)域。在軍事領(lǐng)域，調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的準(zhǔn)確判斷，是對(duì)敵方通信進(jìn)行偵查和干擾的前提，如果可以提前掌握敵方通信的調(diào)制方式，就可以將通信信號(hào)的參數(shù)預(yù)估出來(lái)，進(jìn)而采取有針對(duì)性的壓制策略。在民用領(lǐng)域，調(diào)制技術(shù)可以幫助地方政府進(jìn)行有效的無(wú)線電管理工作，監(jiān)聽(tīng)無(wú)線電電臺(tái)是否合法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不遵守管理部門規(guī)定的行為，對(duì)提高非合作通信任務(wù)的工作質(zhì)量和工作效率有著很大的幫助。同時(shí)，隨著高速率數(shù)字調(diào)控的發(fā)展，通信系統(tǒng)的容量也得到了相應(yīng)的擴(kuò)充，進(jìn)一步推動(dòng)了社會(huì)信息化的建設(shè)，滿足了社會(huì)發(fā)展的信息需求[3]。

2 無(wú)線電通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別

無(wú)線電通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別主要包括信號(hào)的接收、信號(hào)的預(yù)處理、信號(hào)識(shí)別特征的提取及分類器設(shè)計(jì)，這些環(huán)節(jié)是調(diào)制識(shí)別的一般過(guò)程。其中信號(hào)的接收是指通過(guò)接收機(jī)來(lái)進(jìn)行所需處理信號(hào)的接收工作，在必要情況下還要做好整理和儲(chǔ)存。

信號(hào)的預(yù)處理是指對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行各種預(yù)處理，從而為后續(xù)工作打下良好的基礎(chǔ)，主要任務(wù)包括對(duì)濾波、載波的估計(jì)。但由于高頻信號(hào)在計(jì)算和處理上具有一定的復(fù)雜性，在接收信號(hào)后要進(jìn)行變頻工作，以便于信號(hào)后期的計(jì)算和處理。

信息識(shí)別特征提取是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，關(guān)系著調(diào)制方式識(shí)別的正確率。首先，要想實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效識(shí)別，需要對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，然后通過(guò)計(jì)算和變換得出不同調(diào)制方式的特征信息，從而識(shí)別出不同調(diào)制方式的性能和類型。通信信號(hào)的時(shí)域特征包括瞬時(shí)幅度、瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位等，而變換域的特征包括信號(hào)的頻譜特性等，技術(shù)人員需要根據(jù)不同調(diào)制方式的特征進(jìn)行選擇，這樣才能提高調(diào)制識(shí)別的正確率。通常情況下，較好的特征具有以下幾個(gè)條件：(1)要便于識(shí)別，需要與不同調(diào)制方式的參數(shù)分布有著較大的差別。(2)信號(hào)參數(shù)受噪聲影響較小，同時(shí)要具備抗信道衰落的穩(wěn)定性。(3)提取參數(shù)的過(guò)程簡(jiǎn)單，計(jì)算不復(fù)雜，容易在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。

分類器設(shè)計(jì)是指在得到識(shí)別的特征值后，根據(jù)得到的特征選擇相應(yīng)的調(diào)制方式，然后將其歸納到不同的類別中。目前常用的分類器有3種：(1)基于統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法；(2)基于決策論方法；(3)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。其中，基于統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法是運(yùn)用統(tǒng)計(jì)直方圖來(lái)對(duì)所需特征進(jìn)行構(gòu)造，且需要借助線性分類器來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制識(shí)別。基于決策論方法需要事先得知概率信息，同時(shí)要符合假設(shè)檢驗(yàn)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可以模擬人腦識(shí)別，具有較高的準(zhǔn)確性，因此成為當(dāng)前調(diào)制識(shí)別研究領(lǐng)域的熱門[4]。

3 無(wú)線電通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別的發(fā)展

現(xiàn)階段，無(wú)線電通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別技術(shù)已經(jīng)取得了一定的研究成果，可以成功應(yīng)用的方法有很多。在發(fā)展初期，通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別主要依靠人工識(shí)別，這種方法主要通過(guò)調(diào)制設(shè)備來(lái)進(jìn)行信號(hào)的接收，然后由專業(yè)技術(shù)人員針對(duì)調(diào)制信號(hào)的結(jié)果展開(kāi)分析，根據(jù)分析結(jié)果來(lái)判定接收信號(hào)的調(diào)制方式，在這一過(guò)程中容易受到技術(shù)人員主觀因素的限制。人工識(shí)別技術(shù)對(duì)技術(shù)人員的要求很高，不僅需要具備較高的操作水平和專業(yè)知識(shí)，還要有一定的調(diào)制經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，人工識(shí)別需要借助一些昂貴的識(shí)別儀器，例如頻譜分析儀、信號(hào)接收機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等，投入成本較高，并且無(wú)法保證通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別的準(zhǔn)確性和精確性。

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，調(diào)制自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的出現(xiàn)受到了廣泛的關(guān)注，這項(xiàng)技術(shù)不會(huì)受到人工因素的干擾，解決了人工識(shí)別技術(shù)存在的不足之處，且受中心頻率和帶寬估計(jì)誤差的影響較小，具備較為穩(wěn)健的抗衰落反應(yīng)，是一種應(yīng)用價(jià)值極高的調(diào)制識(shí)別技術(shù)。調(diào)制自動(dòng)識(shí)別技術(shù)極大地滿足了軍事領(lǐng)域及民用領(lǐng)域的應(yīng)用需求，引起了不少相關(guān)學(xué)者的關(guān)注，一些學(xué)者針對(duì)信號(hào)分析領(lǐng)域和模式識(shí)別領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究[5]。

在1969年，一篇名為《利用模式識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)制方式的自動(dòng)識(shí)別》的論文出現(xiàn)在技術(shù)刊物上，這是世界上第一篇研究調(diào)制自動(dòng)識(shí)別的論文。至此，不斷有研究人員進(jìn)行調(diào)制自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的研究，相關(guān)論文出現(xiàn)在各種科技雜志中，極大地促進(jìn)了調(diào)制自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展。目前，調(diào)制識(shí)別技術(shù)的方法可以分為兩類：(1)基于判決理論方法，這種方法主要是運(yùn)用概率論和假設(shè)檢驗(yàn)理論來(lái)進(jìn)行調(diào)制方式識(shí)別，但由于需要大量的計(jì)算過(guò)程，并且要得知概率的信息，實(shí)用性不高。(2)基于統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法，這是一種新興的識(shí)別方法，較之基于判決理論方法計(jì)算簡(jiǎn)易，同時(shí)提取識(shí)別特征的過(guò)程也十分簡(jiǎn)單，但是判決規(guī)則比較復(fù)雜。以上兩種方法有利有弊，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中都存在一定的缺陷，導(dǎo)致發(fā)展的局限性。因此，相關(guān)學(xué)者要加強(qiáng)對(duì)調(diào)制方式識(shí)別方法的研究，優(yōu)化識(shí)別方法的性能，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)制識(shí)別正確率的提升[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著無(wú)線電技術(shù)的不斷發(fā)展，通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別技術(shù)逐漸應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域中，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。目前，相關(guān)學(xué)者針對(duì)無(wú)線電通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別進(jìn)行了不斷的研究和探索，提出了更加科學(xué)合理的調(diào)制識(shí)別方案。通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別已經(jīng)取得了顯著的研究成果，彌補(bǔ)了過(guò)去人工識(shí)別的不足之處。但調(diào)制識(shí)別技術(shù)的研究工作還需要繼續(xù)進(jìn)行下去，相關(guān)學(xué)者要將研究過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題深化，爭(zhēng)取從不同的角度來(lái)發(fā)展無(wú)線電通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別技術(shù)，從而提升通信信號(hào)的識(shí)別能力和抗干擾能力。