測(cè)量通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別技術(shù)研究

陳 宸，翟天祺，張金剛，郭照峰

(1.北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076；2.北京航天測(cè)控技術(shù)有限公司，北京 100041)

0 引言

測(cè)量通信信號(hào)是利用信息通道進(jìn)行安全有效、快速的信息交互。為了能夠有效利用信道，達(dá)到各種需求和信息往來(lái)，測(cè)量通信信號(hào)通常會(huì)運(yùn)用各種的調(diào)制方式。在現(xiàn)今這個(gè)快速運(yùn)轉(zhuǎn)的信息時(shí)代，每個(gè)人或團(tuán)體對(duì)通信內(nèi)容都會(huì)與時(shí)俱進(jìn)的提出更高的要求，尤其是發(fā)展迅速的航天系統(tǒng)，作為火箭和導(dǎo)彈的信息傳輸核心中樞，測(cè)量通信信號(hào)時(shí)刻掌握著火箭和導(dǎo)彈飛行過(guò)程中的實(shí)時(shí)狀態(tài)，飛行信息的傳輸和獲取解析更是作為火箭和導(dǎo)彈飛行成敗的最重要判別依據(jù)。而隨著航天系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，測(cè)量通信信號(hào)的傳輸方式一直在發(fā)生革命性的變化[1]，研究測(cè)量通信信號(hào)的調(diào)制方式，通過(guò)特定識(shí)別方法來(lái)解析信號(hào)，對(duì)更好的研究和分析信號(hào)起到關(guān)鍵作用，也為我國(guó)航天領(lǐng)域測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展以及我國(guó)科研和國(guó)防實(shí)力的不斷壯大發(fā)揮更加重要的作用。

通常在不確定調(diào)制的內(nèi)容和信息的情況下，用特定方式辨別出通信信號(hào)應(yīng)用的調(diào)制形式，并能夠解算其中一些相應(yīng)參數(shù)，為解調(diào)器能夠成功挑選出適合的算法提供依據(jù)，從而得到其中的有效信息的方式，稱(chēng)之為測(cè)量通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別研究。而通過(guò)強(qiáng)度和系統(tǒng)的解調(diào)之間的原理，應(yīng)用簡(jiǎn)單地判斷通信信號(hào)的頻段和帶寬，稱(chēng)之為樣式的識(shí)別，測(cè)量通信信號(hào)需要正確的調(diào)制方式和頻段內(nèi)容來(lái)進(jìn)行解調(diào)，因此，就需要在非常少量信息的條件下去達(dá)到識(shí)別的流程，并能夠從中獲得非常準(zhǔn)確的信息內(nèi)容，稱(chēng)之為測(cè)量通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別[2]。

由此能夠看到，測(cè)量通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別技術(shù)研究在通信領(lǐng)域中擁有著廣闊的前景，充分研究表明，在智能化領(lǐng)域，未來(lái)的無(wú)線(xiàn)通信、人工智能，都能夠發(fā)揮更大的作用[3]。

本文的主要內(nèi)容是對(duì)模擬信號(hào)的調(diào)制制式識(shí)別進(jìn)行了研究。主要從信號(hào)的產(chǎn)生到其時(shí)域、頻域特點(diǎn)的分析，從調(diào)制特點(diǎn)的研究到特征參數(shù)的提取，最后基于Matlab對(duì)給出的各種不同信號(hào)加以分析和處理，最終從而識(shí)別并仿真得到驗(yàn)證結(jié)果[4]。

1 測(cè)量通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別方案設(shè)計(jì)

1.1 通信調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生

無(wú)論是模擬或者數(shù)字調(diào)制信號(hào)，在通信領(lǐng)域里的信號(hào)都是用正交的調(diào)制形式得來(lái)的，測(cè)量通信信號(hào)主要分為AM、SSB、PM、FM等，以下介紹關(guān)于這幾種測(cè)量通信調(diào)制信號(hào)在MATLAB里的分析情況[5]。

1.1.1 調(diào)制通信信號(hào)的產(chǎn)生

運(yùn)用MATLAB軟件里的函數(shù)功能可以產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)制通信信號(hào)。

1.1.2 加性高斯白噪聲的產(chǎn)生

所有通信信道都會(huì)夾雜各種噪聲，為了能夠形成模擬真實(shí)的調(diào)制信號(hào)，就要在通信調(diào)制信號(hào)里代入相應(yīng)噪聲條件。相關(guān)信噪比SNR的表達(dá)式：

σ2是噪聲在時(shí)域中的功率；NS為信號(hào)里的序列；A(n)是信號(hào)的幅度[6]。用y=awgn(x，snr)公式可以變化測(cè)量通信信號(hào)中噪聲環(huán)境，公式單位是dB。

1.1.3 對(duì)加入噪聲的通信信號(hào)進(jìn)行仿真

不同的信道夾雜著噪聲條件，在MATLAB里形成的波形圖像如圖1～4所示。

圖1 加噪后的AM信號(hào)

圖2 加噪后的SSB信號(hào)

圖3 加噪后的PM信號(hào)

圖4 加噪后的FM信號(hào)

1.2 瞬時(shí)信號(hào)的提取

為了能夠得到通信調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)結(jié)果(瞬時(shí)相位、瞬時(shí)幅度和瞬時(shí)頻率)，需要運(yùn)用相應(yīng)方式調(diào)相、調(diào)幅、調(diào)頻的時(shí)域表達(dá)式，再運(yùn)用希爾伯特變換公式來(lái)得到相應(yīng)結(jié)果[7]。

1.3 通信調(diào)制特征參數(shù)集

針對(duì)幾種不同的測(cè)量通信調(diào)制信號(hào)，主要有三個(gè)瞬時(shí)信號(hào)參數(shù)需要提出：譜密度零中心調(diào)幅最大值rmax、譜對(duì)稱(chēng)性P以及零中心瞬時(shí)相位非弱信號(hào)非線(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)分量偏差σDP。以下進(jìn)行介紹。

1.3.1 零中心瞬時(shí)相位非弱信號(hào)非線(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)分量偏差σDP

公式里ai是辨別閥值參數(shù)，c是非弱信號(hào)參數(shù)的數(shù)量，而

φNL(i)=φ(i)-φo

在公式里σDP可以分辨AM測(cè)量通信信號(hào)與DSB、VSB測(cè)量通信信號(hào)。在測(cè)量通信信號(hào)AM的內(nèi)容中不存在相位參數(shù)[8]，因此σDP=0；對(duì)于測(cè)量通信信號(hào)DSB和VSB中存在相位參數(shù)，即σDP≠0。因此，能夠運(yùn)用判決門(mén)限數(shù)值z(mì)(σDP)來(lái)分辨這幾種信號(hào)。

1.3.2 譜對(duì)稱(chēng)性P

信號(hào)產(chǎn)生的頻譜對(duì)稱(chēng)性的量度稱(chēng)之為譜對(duì)稱(chēng)性參數(shù)P，公式如下：

式中，

式中，S(i)是信號(hào)S(t)的傅立葉變換：

S(i)=FFT[S(n)]

其中：fcn是瞬時(shí)幅度零中心頻率，定義如下：

式中，NS是特征點(diǎn)參數(shù)，fs是特征點(diǎn)頻率，fc是特定波段頻率。

測(cè)量通信信號(hào)對(duì)稱(chēng)性的分辨閥值是P值，是區(qū)分測(cè)量通信信號(hào)FM、AM類(lèi)型和測(cè)量通信信號(hào)VSB、LSB、USB類(lèi)型[9]。

1.3.3 譜密度零中心調(diào)幅最大值rmax

公式里acn(i)是相應(yīng)包絡(luò)參數(shù)，acn(i)=an(i)-1；a(i)是幅度參數(shù)，NS是特征值參數(shù)。

rmax是區(qū)分測(cè)量通信信號(hào)AM、VSB、DSB類(lèi)型和測(cè)量通信信號(hào)FM、LSB、USB類(lèi)型。作為L(zhǎng)SB、FM、USB測(cè)量通信信號(hào)，幅度參數(shù)是一個(gè)常數(shù)，因此相應(yīng)譜密度是0；其他類(lèi)型測(cè)量通信信號(hào)的幅度參數(shù)不等于0，因此相應(yīng)譜密度也不等于0；所以rmax可以區(qū)分出這兩類(lèi)測(cè)量通信信號(hào)，而設(shè)定的相應(yīng)辨別參數(shù)z(rmax)可以作為兩種不同測(cè)量通信信號(hào)之間去比較，從而得出相應(yīng)的分析結(jié)果[10]。

因?yàn)閞max參數(shù)是會(huì)根據(jù)不同類(lèi)型的測(cè)量通信信號(hào)噪聲變化的不一樣，因而能夠非常方便的辨別這兩大類(lèi)不同信號(hào)[11]。

1.4 測(cè)量通信信號(hào)識(shí)別步驟

通過(guò)信號(hào)識(shí)別的依據(jù)可知，測(cè)量通信信號(hào)識(shí)別流程可以按照以下方案進(jìn)行：

1)首先應(yīng)該將測(cè)量通信調(diào)制信號(hào)的門(mén)限閥值z(mì)(rmax)和譜密度最大值rmax對(duì)比情況，通過(guò)此方式能夠?qū)y(cè)量通信信號(hào)的類(lèi)型進(jìn)行合理的區(qū)分；

2)繼續(xù)通過(guò)門(mén)限z(σDP)和瞬時(shí)相位非線(xiàn)性分量標(biāo)準(zhǔn)偏差σDP參數(shù)作對(duì)比，可以從中把DSB、VSB和AM辨別開(kāi)來(lái)；

3)通過(guò)公式將譜對(duì)稱(chēng)性P的結(jié)果算出，再次和門(mén)限值z(mì)1(P)形成對(duì)比，能夠用這種方法辨別出VSB通信信號(hào)和DSB通信信號(hào)；

4)通過(guò)用公式算出的譜對(duì)稱(chēng)性P的結(jié)果，可以用來(lái)辨別FM、USB和LSB這兩種不同類(lèi)型的通信信號(hào)；

5)通過(guò)公式得到的譜對(duì)稱(chēng)性P的結(jié)果參數(shù)，再次和門(mén)限值z(mì)2(P)形成對(duì)比，能夠用這種方法辨別出USB通信信號(hào)和FM通信信號(hào)[12]。

2 通信系統(tǒng)中的調(diào)制

2.1 幅度調(diào)制的原理

通過(guò)用測(cè)量通信調(diào)制信號(hào)去調(diào)節(jié)相應(yīng)正弦波的幅度，可以讓它按照調(diào)制信號(hào)成為線(xiàn)性變化的過(guò)程方式稱(chēng)為幅度調(diào)制[13]。把正弦載波表達(dá)如下：

s(t)=Acos(ωct+φo)

例子中A為載波的幅度，φo為載波的初始相位，ωc為載波角頻率。

因此，可以得出測(cè)量通信信號(hào)的幅度調(diào)制的表達(dá)式為：

sm(t)=Am(t)cos(ωct+φo)

在公式里，m(t)為基帶調(diào)制信號(hào)。

把m(t)的測(cè)量通信調(diào)制信號(hào)的頻譜設(shè)定為M(f)，因而通過(guò)以上內(nèi)容可以分析出來(lái)這個(gè)己調(diào)測(cè)量通信信號(hào)Sm(t)的頻譜Sm(f)，公式結(jié)果為：

通過(guò)這個(gè)公式可以表達(dá)出測(cè)量通信幅度調(diào)制信號(hào)的直接產(chǎn)生方法和結(jié)果。

2.1.1 調(diào)幅(AM)

測(cè)量通信信號(hào)調(diào)幅(AM)是運(yùn)用相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)m(t)去與直流組合，疊加相應(yīng)載波，確定濾波器是全覆蓋通路，因此測(cè)量通信信號(hào)調(diào)幅(AM)由公式可得[14]。具體的表達(dá)式：

sAM(t)=A(t)cos2πfct

公式里m(t)是未知測(cè)量通信信號(hào)，Ao是直流參數(shù)。

相應(yīng)信號(hào)的關(guān)鍵內(nèi)容是調(diào)幅度m，它通過(guò)公式解析見(jiàn)以下：

調(diào)幅最大值為m=1，因此|m(t)|max=Ao。正常情況m小于1，當(dāng)[A(t)]min是負(fù)值時(shí)，超出了調(diào)幅上限，m會(huì)變成大于1。而如果m<1，運(yùn)用相應(yīng)公式能夠得到起初的測(cè)量通信調(diào)制信號(hào)[15]。

測(cè)量通信調(diào)制信號(hào)的時(shí)頻域能夠運(yùn)用余弦單頻波的相應(yīng)分解表達(dá)：

設(shè)定載波測(cè)量通信信號(hào)s(t)=Accos(ωct)，相應(yīng)表達(dá)式m(t)=AmcosΩt，因此能夠解析出相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后的表達(dá)見(jiàn)下：

SAM=(Ac+AmcosΩt)cosωct

圖5 AM信號(hào)的波形和頻譜

在這個(gè)AM信號(hào)的波形和頻譜里可以發(fā)現(xiàn)測(cè)量通信信號(hào)的頻譜里存在載波正弦分量。所以可以看出，AM測(cè)量通信信號(hào)的功率使用效率非常少。可是因?yàn)樗谋旧碚{(diào)制非常容易，所以至今能夠得到非常多的使用。

2.1.2 抑制載波雙邊帶調(diào)制(DSB-SC)

抑制載波雙邊帶信號(hào)和AM測(cè)量通信信號(hào)不同，不像AM通信信號(hào)的載波分量沒(méi)有攜帶相關(guān)的各種信息，測(cè)量通信信號(hào)完全由邊帶傳送[17]。抑制載波雙邊帶信號(hào)如果將載波抑制，就能夠得出結(jié)果。它的公式可以定義為如下：

sDSB(t)=m(t)cos2πfct

它的相應(yīng)域波形圖形和頻譜如圖6所示。

圖6 DSB信號(hào)的波形和頻譜

通過(guò)以上圖形可以看出，這類(lèi)測(cè)量通信信號(hào)雖然減少了載波功率，可是寬度卻依然是調(diào)制信號(hào)帶寬的兩倍[18]。它們?nèi)及怂行畔ⅲ驗(yàn)檫@類(lèi)測(cè)量通信信號(hào)的上、下是全部對(duì)稱(chēng)的，所以只需要送出里面的一個(gè)信息就可以。

2.1.3 單邊帶調(diào)制(SSB)

DSB信號(hào)本身是具有兩個(gè)邊帶，為上邊帶和下邊帶。因?yàn)樯线厧Ш拖逻厧Ь哂幸粯拥男畔?，所以?shí)際情況是只傳輸其中一個(gè)邊帶就完全可以的[19]。因而像這樣只傳輸其中一個(gè)邊帶的通信方式稱(chēng)為測(cè)量通信信號(hào)單邊帶通信。

這類(lèi)傳輸信號(hào)的公式可以定義為如下：

這類(lèi)測(cè)量通信傳輸信號(hào)是由相移法和濾波法所表達(dá)出來(lái)的。這類(lèi)測(cè)量通信信號(hào)的時(shí)域圖形和頻域波形表達(dá)如圖7所示。

圖7 SSB信號(hào)的波形和頻譜

這類(lèi)測(cè)量通信信號(hào)的調(diào)制方式不僅能夠讓信號(hào)只占用一般的帶寬，同時(shí)還能夠減少發(fā)射的功率。因此，這種方式可以成為短波通信領(lǐng)域中的使用非常廣泛的調(diào)制方式。

2.2 角度調(diào)制的原理

非線(xiàn)性調(diào)制和線(xiàn)性調(diào)制不一樣，雖然它也需要進(jìn)行頻譜的搬移，但相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的基帶信號(hào)頻譜內(nèi)部變換出非線(xiàn)性調(diào)制情況。能夠把相應(yīng)載波的調(diào)制頻率變化來(lái)表示非線(xiàn)性調(diào)制，可以理解為振幅載波的相關(guān)特點(diǎn)，而相應(yīng)的頻率參數(shù)不停在改變。所以頻率參數(shù)在變化，就會(huì)使載波角度也發(fā)生相應(yīng)的變化，如此的變化情形稱(chēng)作角度調(diào)制[20]。這種現(xiàn)象也能夠表示成測(cè)量通信相位調(diào)制(PM)和測(cè)量通信頻率調(diào)制(FM)。

通過(guò)上述結(jié)論可以分析出，F(xiàn)M和PM可以看成非常類(lèi)似接近，互相之間保持著不同情形的微積分關(guān)系，實(shí)際上沒(méi)有太大不一樣。

2.2.1 頻率調(diào)制(FM)

設(shè)置基帶信號(hào)為單頻波，mf參數(shù)設(shè)置為3，測(cè)量通信信號(hào)FM的時(shí)、頻域波形圖形如圖8所示。

圖8 FM信號(hào)的波形和頻譜

通過(guò)圖8可以得出調(diào)制信號(hào)是一個(gè)單頻信號(hào)，測(cè)量通信FM調(diào)制信號(hào)的頻譜中能夠看到載頻分量。

2.2.2 相位調(diào)制(PM)

如果當(dāng)瞬時(shí)相位偏移是測(cè)量通信調(diào)制信號(hào)的線(xiàn)性函數(shù)時(shí)，當(dāng)載波Uc的頻率和幅度始終一致時(shí)，像這種樣式的調(diào)制方式被叫作相位調(diào)制[21]。這種測(cè)量通信信號(hào)的時(shí)域關(guān)系可以用公式比作如下：

SPM(t)=Acos(ωct+KPMf(t))=Acos(ωct+βPMcosωmt)

KPM為相移常數(shù)，βPM=KPMAm為調(diào)相指數(shù)。

像圖9里表示一樣，PM測(cè)量通信信號(hào)是一個(gè)包絡(luò)保持不變的信號(hào)，被調(diào)制的通信信號(hào)的波形情況是通過(guò)瞬時(shí)頻率積分運(yùn)算形式表達(dá)出來(lái)的。

圖9 PM信號(hào)的波形和頻譜

3 測(cè)量通信信號(hào)基本參數(shù)的提取與估計(jì)

3.1 調(diào)制識(shí)別的實(shí)現(xiàn)方式

調(diào)制識(shí)別的關(guān)鍵因素是模式的識(shí)別，關(guān)鍵內(nèi)容是構(gòu)建分類(lèi)器和挑選相應(yīng)特征。挑選相應(yīng)特征必須擁有測(cè)量通信信號(hào)理論的基礎(chǔ)，能夠全面的理解和解析測(cè)量通信信號(hào)內(nèi)容，深度剖析通信信號(hào)的時(shí)頻域特征，調(diào)制識(shí)別的基本原理實(shí)質(zhì)上反映的就是測(cè)量通信信號(hào)的時(shí)頻域特點(diǎn)。通過(guò)相關(guān)分類(lèi)方法去實(shí)現(xiàn)，通俗簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)。在這一節(jié)敘述內(nèi)容里主要是介紹通過(guò)測(cè)量通信信號(hào)的時(shí)頻域相應(yīng)特點(diǎn)，依靠合理設(shè)置的分類(lèi)器方式進(jìn)行的測(cè)量通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別。

3.2 通信信號(hào)的瞬時(shí)幅度計(jì)算

公式里設(shè)置的時(shí)間t的復(fù)信號(hào)Z(t)可以定義為測(cè)量通信信號(hào)x(t)的解析信號(hào)：

因此這個(gè)通信信號(hào)的瞬時(shí)幅度如下公式所示：

3.3 通信信號(hào)特征參數(shù)的提取

通過(guò)分析調(diào)制信號(hào)信息的頻域特點(diǎn)和時(shí)域特點(diǎn)，能夠運(yùn)用以上方法把P、J、R這三種參數(shù)解算出來(lái)，因此可以分辨出測(cè)量通信信號(hào)的AM、DSB、SSB和FM不同類(lèi)型。

3.3.1 譜對(duì)稱(chēng)性P

通過(guò)測(cè)量通信信號(hào)的這個(gè)參數(shù)可以辨別出擁有對(duì)稱(chēng)性的頻譜通信信號(hào)(DSB、FM、AM)和擁有非對(duì)稱(chēng)性的頻譜通信信號(hào)SSB。從公式表達(dá)解析中可以看出，因?yàn)镻的取值為0，表示DSB、FM、AM這類(lèi)型信號(hào)擁有的頻譜是對(duì)稱(chēng)的，而P的取值為1(上邊帶調(diào)制)或-1(下邊帶調(diào)制)，說(shuō)明SSB這類(lèi)型信號(hào)的相應(yīng)頻譜只能夠在其載波頻率的一邊有值，通過(guò)以上這個(gè)判別可以直接將SSB通信信號(hào)從整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)中剝離出來(lái)。

3.3.2 歸一化頻譜載頻處的幅值大小J

x(i)=fft(x(n))為信號(hào)x(t)的傅里葉變換，則：

原則上AM通信信號(hào)的載頻應(yīng)該是有幅值，因此J的值大于0。而DSB通信信號(hào)在載波的頻率處沒(méi)有幅值，它屬于抑制載波的調(diào)幅信號(hào)，因此J的值應(yīng)等于0。通過(guò)這個(gè)參數(shù)的數(shù)值結(jié)果能夠辨別出AM通信信號(hào)和DSB通信信號(hào)。

3.3.3 瞬時(shí)幅度的方差與均值四次方之比R

在公式里可以看出，測(cè)量通信信號(hào)的瞬時(shí)幅度表示為a(n)。對(duì)于AM、DSB這兩類(lèi)通信信號(hào)而言，通過(guò)方差的理論能夠得到，調(diào)制信號(hào)改變，它的幅度也會(huì)改變，因此對(duì)于這兩類(lèi)測(cè)量通信信號(hào)，它的瞬時(shí)幅度的方差非常大，結(jié)果R參數(shù)的數(shù)值就會(huì)非常大。但是通過(guò)公式可以看出，像FM通信信號(hào)這種是保持不變的包絡(luò)信號(hào)，因此它的R參數(shù)的數(shù)值為0，這類(lèi)通信信號(hào)的瞬時(shí)幅度的方差理論結(jié)果是0。通過(guò)這種方法能夠很快速的將FM這類(lèi)通信信號(hào)辨別出來(lái)。

3.3.4 中心歸一化瞬時(shí)幅度的譜密度最大值rmax

公式里acn(i)作為零中心歸一化瞬時(shí)幅度，NS是采樣的點(diǎn)數(shù)。

acn(i)=an(i)-1

為了能夠辨別FM測(cè)量通信調(diào)制信號(hào)和AM、DSB或SSB測(cè)量通信信號(hào)，就必須用求取零中心歸一化瞬時(shí)幅度的譜密度最大值rmax的方法來(lái)解決。因?yàn)镕M的瞬時(shí)幅度A恒定不變，所以對(duì)于FM測(cè)量通信信號(hào)而言，它的acn(i)零中心歸一化瞬時(shí)幅度acn(i)會(huì)一直保持是0，即acn(i)=0；因此這類(lèi)通信信號(hào)的譜密度rmax也是0。但是像AM、DSB和SSB這類(lèi)測(cè)量通信信號(hào)的瞬時(shí)幅度一直在變，因而這類(lèi)通信信號(hào)的零中心歸一化瞬時(shí)幅度acn(i)就不可能是0，它的譜密度也不是0，這樣，rmax的參數(shù)數(shù)值能夠辨別出FM通信信號(hào)和AM、DSB、SSB這類(lèi)通信信號(hào)。但只通過(guò)rmax是否為零來(lái)分辨是不足夠的，還需要設(shè)置一個(gè)信號(hào)判別閥值Z(rmax)，才能夠真正分辨FM通信信號(hào)和AM、DSB、SSB通信信號(hào)。

3.3.5 中心非弱信號(hào)段的瞬時(shí)相位非線(xiàn)性分量絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)偏差σAP

σAP是用來(lái)區(qū)分測(cè)量通信信號(hào)是雙邊帶信號(hào)還是AM-FM信號(hào)，具體表達(dá)是如下：

公式里的φNL(i)是零中心化處理后的瞬時(shí)相位的非線(xiàn)性分量，ai是判斷弱信號(hào)段的一個(gè)幅度門(mén)限電平，c是采樣數(shù)據(jù)NS中非弱信號(hào)值的個(gè)數(shù)。它的表達(dá)式如下：

φNL(i)=φ(i)-φo

因此可以看出，像AM-FM這類(lèi)通信信號(hào)而言，它的調(diào)制信號(hào)包括了絕對(duì)值的相位信息，所以σAP不是0，而像雙邊帶信號(hào)里不包括絕對(duì)值的相位信息，所以σAP是0；依據(jù)以上結(jié)論，能夠定義相應(yīng)的判決閥值Z(σAP)，從而可以分辨DSB通信信號(hào)和AM-FM通信信號(hào)。

3.3.6 中心非弱信號(hào)段的瞬時(shí)相位非線(xiàn)性分量標(biāo)準(zhǔn)偏差σDP

σDP和σAP是不一樣的，σDP是直接相位的標(biāo)準(zhǔn)偏差，σAP是絕對(duì)值相的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

σDP可以直接分辨含相位信息的DSB、LSB、USB、AM-FM類(lèi)測(cè)量通信調(diào)制信號(hào)和不含相位信息的AM、VSB類(lèi)測(cè)量通信調(diào)制信號(hào)。

4 測(cè)量通信信號(hào)的識(shí)別與仿真

4.1 設(shè)定識(shí)別信號(hào)的判別閥值

將測(cè)量通信信號(hào)設(shè)定為采樣頻率50 000 Hz，載波頻率10 000 Hz，采樣點(diǎn)數(shù)為5 000，信號(hào)頻率為1 000 Hz的單頻率正弦波。分別加入信噪比為9 dB、12 dB、15 dB的噪聲條件，通過(guò)對(duì)每一個(gè)特征參數(shù)分別進(jìn)行MATLAB仿真分析，得出如下表的結(jié)論。表格的統(tǒng)計(jì)只能反映出SNR=12 dB時(shí)的每個(gè)測(cè)量通信調(diào)制信號(hào)的特征值相應(yīng)范圍。

以上表1中的參數(shù)值取的是大概率數(shù)值情況，僅有很少數(shù)情況的結(jié)果會(huì)在參數(shù)值范圍之外。通過(guò)測(cè)試了不同信噪比情況的仿真結(jié)果，可以分析出如下結(jié)論：

表1 SNR=12 dB時(shí)的各信號(hào)的P, J, R的取值范圍

1)隨著信噪比的降低，AM、DSB和FM這類(lèi)通信信號(hào)的P值在其取值范圍內(nèi)波動(dòng)。通過(guò)觀察SSB這類(lèi)測(cè)量通信信號(hào)的P值也會(huì)因此降低，逐漸向AM、DSB、FM通信信號(hào)的P值范圍附近靠攏。所以能夠選取一個(gè)相對(duì)符合要求的判別閥值，在一定信噪比條件下進(jìn)行分析和辨別。

2)通過(guò)信噪比的降低，DSB測(cè)量通信信號(hào)的J值幾乎無(wú)明顯變化，AM測(cè)量通信信號(hào)的J值始終是1。所以可以看出設(shè)定判別閥值是正確的。

3)隨著信噪比的降低，AM、DSB這類(lèi)型測(cè)量通信信號(hào)的R值也在降低，但是FM類(lèi)型測(cè)量通信信號(hào)的R值卻是反而上升的，在信噪比降低到特定值以下時(shí)，判別閥值不起作用了。但是在以上識(shí)別和仿真試驗(yàn)中能夠看出當(dāng)信噪比為6 dB的時(shí)候，判別閥值的識(shí)別作用是正確的。

設(shè)t(P)、t(J)、t(R)分別為特征值P、J、R的判別閥值。定義相應(yīng)特征參數(shù)的判別數(shù)值如表2所示，運(yùn)用MATLAB仿真軟件進(jìn)行識(shí)別和仿真試驗(yàn)。

表2 各判決門(mén)限的取值

4.2 識(shí)別方案設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果

4.2.1 識(shí)別方案

為了降低載波幅度的影響，把測(cè)量通信信號(hào)歸一化，同時(shí)可以提高參數(shù)特征值的穩(wěn)定性。接下來(lái)進(jìn)行以下步驟：

1)運(yùn)算P參數(shù)的數(shù)值：區(qū)分出SSB通信信號(hào)，將AM、DSB、FM等通信信號(hào)劃分為一類(lèi)。

2)運(yùn)算R參數(shù)的數(shù)值：將FM通信信號(hào)辨別出來(lái)。

3)設(shè)置J參數(shù)的數(shù)值：將AM通信信號(hào)和DSB通信信號(hào)劃分分開(kāi)。

4.2.2 識(shí)別試驗(yàn)仿真結(jié)果分析

測(cè)量通信信號(hào)識(shí)別共進(jìn)行60次，總共輸入240次，每次隨機(jī)輸入FM、DSB、AM、SSB各種測(cè)量通信調(diào)制信號(hào)中的一種，分別在12 dB、9 dB、6 dB的信噪比條件下輸入。測(cè)量通信信號(hào)的頻率設(shè)置1 000 Hz，采樣頻率為50 000 Hz，載波頻率為10 000 Hz。識(shí)別試驗(yàn)的仿真結(jié)果如表3、表4、表5所示。(輸入信號(hào)顯示為橫向，輸出信號(hào)顯示為縱向)

表3 SNR=12 dB時(shí)的各信號(hào)的正確識(shí)別率 %

表4 SNR=9 dB時(shí)的各信號(hào)的正確識(shí)別率 %

表5 SNR=6 dB時(shí)的各信號(hào)的正確識(shí)別率 %

從以上表格分析可以得出，DSB、SSB、FM這幾類(lèi)測(cè)量通信信號(hào)的正確識(shí)別率是隨著它的信噪比數(shù)值的下降而降低，特征值P參數(shù)的數(shù)值最先隨著信噪比的下降而到達(dá)判別的臨界閥值，這也是因?yàn)樘卣髦礟參數(shù)作為第一個(gè)提取的特征參數(shù)導(dǎo)致的結(jié)果。也同時(shí)引起后面測(cè)量通信信號(hào)的識(shí)別出現(xiàn)錯(cuò)誤。雖然如此，能夠看出這種設(shè)計(jì)的調(diào)制識(shí)別方法的識(shí)別率還是非常高的，通過(guò)仿真試驗(yàn)?zāi)軌虻贸鼋Y(jié)論，滿(mǎn)足SNR>12 dB的情況下，正確率可以達(dá)到90%。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)通信領(lǐng)域的科研成果不斷強(qiáng)大，在測(cè)量通信信號(hào)技術(shù)的研究越來(lái)越深入，通信信息的頻帶越來(lái)越多的需要各種不同的調(diào)制種類(lèi)和形式。無(wú)論是在航天系統(tǒng)還是國(guó)防領(lǐng)域，能夠運(yùn)用非?？焖俚姆椒ㄗR(shí)別和辨析出每一種不同類(lèi)型的測(cè)量通信信號(hào)，都是極為重要的課題。測(cè)量通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別技術(shù)研究的核心目的就是通過(guò)在復(fù)雜的信號(hào)環(huán)境下解析出不同種類(lèi)測(cè)量通信信號(hào)的調(diào)制類(lèi)型信息和調(diào)制方式，從而能夠?yàn)樯顚哟窝芯亢屠斫鉁y(cè)量通信信號(hào)的信息起到至關(guān)重要的作用。

這篇文章通過(guò)研究測(cè)量通信信號(hào)的不同類(lèi)型信息特點(diǎn)，能夠通過(guò)信號(hào)信息特征本身找出三個(gè)可以辨析信號(hào)類(lèi)型的相關(guān)參數(shù)，運(yùn)用本文挑選的三個(gè)特征參數(shù)和其它的測(cè)量通信信號(hào)調(diào)制制式識(shí)別方法中選擇的特征參數(shù)相比較更加方便提取和更有利于計(jì)算。通過(guò)運(yùn)用這三個(gè)特征參數(shù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)量通信信號(hào)識(shí)別方案，通過(guò)試驗(yàn)的仿真結(jié)果可以表明這種識(shí)別方法流程清楚，識(shí)別正確，優(yōu)化簡(jiǎn)單，識(shí)別率非常高。