【正文】 言 在現(xiàn)代通信技術(shù)飛速發(fā)展 ， 信息的傳輸與交換日益頻繁，各種通信方式和通信技術(shù)不斷更新和廣泛應(yīng)用。它需要在復(fù)雜環(huán)境和有噪聲干擾的條件下，不依賴于其他的先驗(yàn)知識，確定接收信號的調(diào)制方式，并提取相應(yīng)的調(diào)制參數(shù)，為信號的進(jìn)一步分析和處理提 供依據(jù)。在軍用領(lǐng)域中，調(diào)制識別在軍事偵察、通信對抗、頻譜監(jiān)測等應(yīng)用占有重要的位置。機(jī)載截獲設(shè)備接收到不同類型的輻射源信號，利用信號調(diào)制類型和其他測量參數(shù)識別敵方探測器的類型，以便完成威脅等級分析，及時進(jìn)行機(jī)動規(guī)避，施放干擾或欺騙信掣引。 調(diào)制信號識別最初采用人工識別方法，這種方式一般是利用不同調(diào)制方式的調(diào)解器將接受的中頻信號解調(diào)出可觀察或可聽的信號，然后由操作員借助頻譜分析儀等設(shè)備觀察信號的頻譜、波形、瞬時幅度、瞬時頻率和信號聲音等信息，人為地確認(rèn)信號的調(diào)制類型，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)龐大，復(fù)雜度高。 目前針對調(diào)制識別的研究較多，主要有基于小波變換的識別方法，基于瞬時特征的識別方法，基于星座圖的識別方法和基于高階累積量的識別方法。仿真結(jié)果表明：該算法是一種有效的識別算法，不僅在較低信噪比下有較好的性能，而且識別的調(diào)制類型較多。 它將 數(shù)值分析 、 矩陣計(jì)算 、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非 線性 動態(tài)系統(tǒng)的 建模 和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效 數(shù)值計(jì)算 的眾多科學(xué) 領(lǐng)域 提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式 程序設(shè)計(jì)語言 （如 C、 Fortran）的編輯模式。 本文研究了基于高階累積量的數(shù)字信號調(diào)制識別的算法。 關(guān)鍵詞：調(diào)制識別，高階累積量，特征參數(shù)，星座圖聚類分析法 20xx 屆輪機(jī)工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) Ⅱ ABSTRACT In recent years, with the rapid development of munication technology, the modulation recognition of munication signals has bee a hot spot, has attracted the attention of many researchers. The basic task of modulation recognition of munication signals is the signal and the harsh environment interference,confirm the modulation of the received signal, the modulation parameters and the corresponding, to provide the basis for further analysis and signal processing. It generally consists of four parts: signal acquisition, data preprocessing, feature extraction and selection,classification and recognition. This paper studies the digital signal modulation recognition of high order cumulant based algorithm. The signal modulation recognition algorithm based on higherorder cumulants is from the identification and classification of two order,four order and six order cumulants to extract characteristic parameters 2ASK,4ASK, BPSK, QPSK, 2FSK, 4FSK of six kinds of digital modulation on the feature parameters of the modulation signal recognition algorithm based on highorder cumulant can effectively suppress the additive white Gauss noise. The simulation results show that: the algorithm is an effective recognition algorithm, not only in the lower SNR has good performance, and the modulation types recognition. Keywords:Modulation recognition,Higherorder cumulants,Characteristic parameters, Cluster analysis constellation 姓名：畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 第 1 章 緒 論 概述 我們處在一個日新月異的信息時代，各種通信方式和通信技術(shù)不斷更新和廣泛應(yīng)用。事實(shí)上，研究通信信號的調(diào)制識別與分類，不僅能為無線電通信信號分析提供技術(shù)手段，而且也能為雷達(dá)、導(dǎo)航信號的調(diào)制識別與分類提供一般理論和方法參考。 調(diào)制識別的發(fā)展和現(xiàn)狀 調(diào)制識別技術(shù)最初是采用一系列不同調(diào)制方式的調(diào)解器，接收到的高頻信號經(jīng)變頻為中頻后，輸入各解調(diào)器，獲得可聽或可觀察的信號，再通過熟練的操作人員用耳機(jī)、示波器或頻譜分析儀分析解20xx 屆輪機(jī)工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 調(diào)結(jié)果，人為地判定解調(diào)方式。隨著數(shù)字通帶調(diào)制信號在無線通信工程中逐漸占據(jù)統(tǒng)治地位，通信信號調(diào)制識別所面對的信號也逐漸以數(shù)字調(diào)制為主。此后 ,不斷有研究調(diào)制識 別技術(shù)的論文出現(xiàn)在各類技術(shù)刊物上 ,有一批科技人員從事這方面的研究 ,取得了一些成果 ,在理論上己有系統(tǒng)雛形 ,但還有許多地方需要完善與發(fā)展 ,仍是一塊有待于發(fā)展的新興研究領(lǐng)域。 似然比判決理論法 似然 比判決理論法基于假設(shè)檢驗(yàn)理論，根據(jù)信號的統(tǒng)計(jì)特性，通過理論分析與推導(dǎo)，得到用于分類的充分統(tǒng)計(jì)量，然后與一個合適的門限進(jìn)行比較，形成判決規(guī)則。 (1)平均似然比 (Average Likelihood Ratio Test， ALRT)。若參量為非隨機(jī)但其值未知，可先確定一個可以接收的虛警概率，在此概率約束下，尋求可達(dá)到的最大檢測概率。 (4)混合似然比 (Hybrid Likelihood Ratio Test， HLRT)。但是在實(shí)際應(yīng)用中該方法存在兩個很大的問題：第一，識別過程中要求包括載頻、信噪比、碼元速率等大量參數(shù)；第二，由于有未知參數(shù)，使得似然比函數(shù)的計(jì)算表達(dá)式很復(fù)雜，計(jì)算量大而且難于處理。 提出了利用最大似然法實(shí)現(xiàn) PSK 和 QAM 信號的分類。這種方法不需要先驗(yàn)條件，可 以很好地實(shí)現(xiàn)信號盲識別，比較適合截獲信號的處理識別。 特征提取是根據(jù)信號的時域或變域特征來提取信號的特征參數(shù)，它是一種映射關(guān)系，即從維數(shù)高的觀察空間到維數(shù)低的特征空間的映射過程。決策樹是模式識別中應(yīng)用比較早的分類器，其采用了分級結(jié)構(gòu)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器分類時需要大量的訓(xùn)練樣本，容易出現(xiàn)欠學(xué)習(xí)、過學(xué)習(xí)和陷入局部極值等問題。 信號的時域分析是信號處理理論的基礎(chǔ)，相應(yīng)的瞬時特征是數(shù)字調(diào)制信號的基本特征，通過對數(shù)字調(diào)制信號瞬時特征的分析可獲得分類的瞬時特征 參數(shù)。由于其特征參數(shù)的提取比較簡單，因而該算法被廣泛應(yīng)用。 基于高階累積量方法是利用從信號的二階、四階和六階累積量中提取的三個特征參數(shù)實(shí)現(xiàn)多種常用數(shù)字調(diào)制信號的識別，可以很好地抑制高斯白噪聲，且允許有相位偏差，能夠在較低信噪比下實(shí)現(xiàn)多種信號的識別。該方法首先利用盲均衡技術(shù)克服信道的多徑效應(yīng)與系統(tǒng)同步誤差，再對信號減法聚類，提取聚類中心與理想星座圖模型進(jìn)行匹配，從而實(shí)現(xiàn)各類信號的調(diào)制方式的識別。雖然傅立葉分析作為經(jīng)典的一種方法被廣泛應(yīng)用，但無法表述信號的時頻局域性質(zhì)，故其自身存在缺陷。短時傅里葉變換 是通過窗函數(shù)在時域上的滑動來得到對信號的時域局部化分析，但它對不同頻率分量 ,在時域上都取相同的窗寬。所以，小波變化在時域和頻域同時具有優(yōu)良的局部化特性，尤其適用于對非平穩(wěn)信號和突變信號的分析，具有多分辨率分析的特點(diǎn)。論文分為五章： 第 1對調(diào)制識別的發(fā)展和現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要的介紹。 第 5章對工作進(jìn)行總結(jié)并提出未來研究工作的新思路和新方向。調(diào)制的方法通常分為脈沖調(diào)制和正弦波調(diào)制兩大類。正弦波調(diào)制還可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制，分別指調(diào)制信號為模擬信號和數(shù)字信號的正弦波調(diào)制。 數(shù)字調(diào)制樣式 用數(shù)字基帶信號控制正弦載波的幅度、頻率和相位中的某個參數(shù)，可以得到幅度鍵控 (ASK)、頻移鍵控 (FSK)和相移鍵控 (PSK)三種基本的數(shù)字調(diào)制信號。當(dāng)數(shù)字基帶信號為二進(jìn)制時，則為二進(jìn)制振幅鍵控 (2ASK)。 20xx 屆輪機(jī)工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 圖 2ASK 信號時域波形圖 (2)多進(jìn)制幅度鍵控 (MASK) MASK 調(diào)制又稱為多電平調(diào)制，使用 M 種可能取值的載波幅度 ,每個符號間隔雙內(nèi)只發(fā)送一種幅度的載波信號。 4ASK 信號的時域波形如圖 所示。 2FSK信號的時域表達(dá)式為： tfnTtgatfnTtgatS n snn snF SK 212 2c os)(2c os)()( ?? ?????? ???????? ?? ?? (23) 式中，二進(jìn)制符號 }1,0{?na ， na 是 na 的反碼，即當(dāng) na 為 1時， na 為 0；當(dāng) na 為 0時，na 為 1。通常用 ?0 和 180? 來分別表示 1或 0。 QPSK 信號的時域波形如圖 所示。 QAM 的信號表達(dá)式為： ?? ???? n csnn csnM Q A M tfnTtgbtfnTtgatS ?? 2s i n)(2c o s)()( ? ??? n ncsn tfnTtgA )2c os ()( ?? (27) 式中， 22 nnn baA ?? ， )ar ctan ( nnn ab?? 。因此，在已知一個實(shí)信號的正頻率或負(fù)頻率部分后，就可以在既不丟失任何信息又不產(chǎn)生虛假信號的情況下對實(shí)信號進(jìn)行完全描述。 則式 (212)可寫為： ????? ??? ??? dt txjtxtz )(1)()( (213) 定義 )(tx 的希爾伯特變換 ? ?)(txH 的表達(dá)式： ? ? ???? ??)(1)( ??? dt txtxH (214) 則有， ? ?)()()( txjHtxtz ?? (215) 由此可知，實(shí)信號 )(tx 的正頻率分量部分對應(yīng)著復(fù)信號 )(tz ，通常把 )(tz 稱作 )(tx 的解析表示。 txHdtdtxH ? ， dttdxtx )()(39。目前，它正被廣泛應(yīng)用于解決調(diào)制識別、參數(shù)測量和信號分析等問題。因此，求 N 點(diǎn) )(kX 需要 N2 次復(fù)數(shù)乘法和 )1( ?NN 次復(fù)數(shù)加姓名：畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 法，顯然，隨著序列長度 N 的不斷增加，計(jì)算 )(kX 所需的計(jì)算量將十分驚人。求取長度為 N 的序列的 DFT 時，若采用 FFT 進(jìn)行運(yùn)算，則完成全部 N 點(diǎn)的運(yùn)算一共需要 ? ? NN 2log2 次復(fù)數(shù)乘法和 NN 2log 次復(fù)數(shù)加法。下面分別介紹常用的載波頻率估計(jì)和碼元速率估計(jì)方法。定義 ?? )(ia 的過零差序列 )(iy 為： 1,2,1)()1()( ???????? ZMiiaiaiy (224) 對于噪聲中的單頻信號，兩個零點(diǎn)之間的距離為： )()( ifiyc ???? (225) )(i? 服從零均值分布。上式中 )(kS 為實(shí)信號 )(ks 的離散傅立葉變換。 然后，計(jì)算 )(npL 序列的均值 pm ，并以 pm2 為判決門限，對 )(npL 序列進(jìn)行判決，得到階躍位置序列 )(nl 為： ? ??? pL mipinl 2)()( ?? (230) 把階躍帶的 中心當(dāng)作符號轉(zhuǎn)折點(diǎn)，我們能得到符號位置轉(zhuǎn)換序列 )(nlc 。 該方法只有在高信噪比時，才能準(zhǔn)確地估計(jì)出碼元速率，但它是一種適用于各種數(shù)字調(diào)制信 號的碼元速率估計(jì)法。然后詳細(xì)介紹了信號的正交變換 (Hilbert)理論和快速傅里葉變換 (FFT)算法。經(jīng)過不斷的實(shí)踐研究，可以發(fā)現(xiàn)二階統(tǒng)計(jì)量對加性噪聲比較敏感，導(dǎo)致其在對信號進(jìn)行處理 的過程中存在一定的局限性，通常只能用于解決加性白噪聲環(huán)境下的信號處理問題