【文章內容簡介】 ? ?c o s( ) sin ( )ccS n I n n Q n n???? （ 34） 上式中， ? ? ? ? ? ?c osI n a n n?? ? ? ? ?si nQ a n n?? （ 35） 分別稱為信號的同相分量和正 交分量。由于載頻 c? 不含信息，所以用同相、正交分量即可完全描述給定信號的特性，而對信號進行接收解調的目的實際上就是提取這兩個正交分量。 圖 數(shù)字正交解調通用模型 已調信號 ??Sn經(jīng)過正交混頻和抽取濾波后得到正交基帶信號 ??In和 ??Qn，再經(jīng)過卡爾迪變換求出信 號的瞬時包絡 ??an、瞬時相位 ??n? 和瞬時頻率 ??fn等特征參數(shù)，連同正交基帶分量 ??In和 ??Qn一起送到后續(xù)的解調分析模塊完成信號的識別、解調等處理?？柕献儞Q如下列式所示： I(n) NCO LPF LPF 解 調 算 法 Q(n) S(n) ? ?cos ? ? ?sin ?? 解調輸出 10 ? ? ? ? ? ?22a n I n Q n?? （ 36） ? ? ? ?? ?Qnn arctg In? ? （ 37） ? ? ? ? ? ?? ?? ?? ?? ?111f n n nQ n Q na rc tg a rc tgI n I n??? ? ????? （ 38） 在利用相位差分計算瞬時頻率，即 ? ? ? ? ? ?1f n n n??? ? ?時，由于計算 ??n? 要進行除法和反正切運算，這對于非專用數(shù)字處理器來說比較復雜，在用軟件實現(xiàn)時也可以用下面的方法來計算瞬時頻率 ??fn： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?39。39。22I n Q n I n Q nfn I n Q n?? ? （ 39） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?2211I n Q n Q n I n I n Q nI n Q n? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? （ 310） ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?2211I n Q n I n Q nI n Q n? ? ?? ? （ 311） 軟件無線電接收機的數(shù)學模型，主要完成了一般調制樣式識別過程中的信號預處理（主要是數(shù)字下變頻）和瞬時特征提取。 軟件無線電中的載波同步 在電臺相互通信時，要正確地接收對方的信息，接收方必須從接收信號中恢復出載波信號，使雙方載波頻率、相位一致，這就是載波同 步。載波同步的方法分為兩類，一類是在發(fā)送有用信號的同時，在適當?shù)念l率上發(fā)送導頻信號，導頻信號的功率較小，這種方法很少采用。另一類方法是從接收到的信號中直接提取，這種載波同步可以用平方 變換法、同相正交鎖相環(huán)法或用 DSP 通過軟件方法來實現(xiàn)。 平方變換法就是對輸入信號進行平方后，獲取所需的載波，原理框圖如圖 所示。 圖 平方法載波同步 平方率部件 2 cf 窄 帶 濾 波 器 二分頻器 輸出 輸入 第三章 自動調制 識別基礎 11 以 2PSK 信號為例，來討論用正交鎖相環(huán)獲取載波頻率，這個鎖相環(huán)又叫科斯塔斯鎖相環(huán)（ Costas），其原理如圖 所示。環(huán)路中的壓控震蕩器分別和兩個互相正交的環(huán)路構成鎖相環(huán)。壓控震蕩器分別向兩個環(huán)路提供互相正交的載波，這兩個載波與輸入信 號在各自的環(huán)路中進行鑒相，經(jīng)過低通濾波后，兩個基帶信號相乘，相乘后就消除了誤差信號中的數(shù)字信息，誤差信號控制 VCO 穩(wěn)定在輸入載波頻率上。2PSK 信號的表達式為： ? ? ? ? ? ?c os cS t m t t???? （ 312） 式中， 0??? 或 。這樣，輸入 VCO 的兩路正交信號分別為 ? ? ? ? c o sIcS t m t t??????????? （ 313） ? ? ? ? s inQcS t m t t??????????? （ 314） 經(jīng)過鑒相器、低通濾波器后，同相、正交兩個環(huán)路的誤差信號分別為： ? ? ? ? c o s2IdI Ke t m t ??????????? （ 315） ? ? ? ? s i n2QdQ Ke t m t ??????????? （ 316） 式中 IdK 為鑒相因子。兩個誤差信號相乘后，輸出為 ： ? ? ? ? ? ? ? ?2 s in 28I d Q dd I Q KKU t e t e t m t ?? ?????? ? ????????? （ 317） 壓控震蕩器將受誤差信號的控制，鎖定在誤差電壓最小處，即0?????或 ? 處。因此科斯塔斯環(huán)的輸出為相干載波，但是存在相位模糊問題，相差可能為 0，也可能為 ? 。 對于 QPSK 信號仍然可以采用科斯塔斯環(huán)，只是 VCO 的輸出有四個，一個是同相分量， 另外幾個分量分別移相 4? ， 2? ， 34? ，然后把四個鑒相器的輸出相乘，消除誤差信號中的數(shù)字信息。 12 圖 科斯塔斯環(huán)原理框圖 決策樹 決策樹，或稱多級分類器，是模式識別中進行分類的一種有效方法，對于多類或多峰分布問題，這種方法尤為方便。利用樹分類器可以把一個復雜的多類別分類問題轉化為若干個簡單的分類問題來解決。它不是企圖用一種算法、一個決策規(guī)則去把 多個類別 一次分開，而是采用分級的形式，使分類問題逐步得到解決。圖 所示的就是一個決策樹的例子。 一般講，一個決策樹由一個根節(jié)點 1n 、一組非終止節(jié)點 in 和一些終止節(jié)點 jt 組成，可對 jt 標以各種類別標簽，有時不同的終止節(jié)點上可以出現(xiàn)相同的類別標簽。如果用 T 表 示決策樹，那么，一個決策樹 T 對應于特征空間的一種劃分，它把特征空間分成若干個區(qū)域，在每個區(qū)域中，某個類別的樣本占優(yōu)勢，因此可標以該類樣本的類別標簽。 VCO 2? 環(huán)路濾波 LPF LPF 信號 輸入 Q 支路 I 支路 第三章 自動調制 識別基礎 13 圖 決策樹示意圖 決策樹的一種簡單形式是二叉樹。所謂二叉樹，是指除葉節(jié)點外，樹的每個節(jié)點僅分為兩個分支，也就是說，每個節(jié)點 in 都有且只有兩個子節(jié)點 iln 和 irn 。二叉樹結構分類器可以把一個復雜的多類別分類問題化為多級多個兩類問題來解決，在每個節(jié)點 in ， 都把樣本集分為左右兩個子集。分成的每一部分可能仍然包含多個類別的樣本，可以把每一部分再分成兩個子集??直至分成的每一部分只包含同一類別的樣本，或某一類樣本占優(yōu)勢為止。 在設計一個決策樹時，主要應解決下面幾個問題： (1) 選擇一個合適的樹結構，即合理安排樹的節(jié)點和分支； (2) 確定在每個非終止節(jié)點上要使用的特征； (3) 在每個非終止節(jié)點上選擇合適的決策規(guī)則 。 這三個問題解決了，就完成了決策樹的設計。二叉樹的設計也不例外。 把一個多類別分類問題轉化為兩類問題的形式是多種多樣的，因此，對應的二叉樹的結構也將各不相同。目的是要找一個最優(yōu)的決策樹。 顯然，一個性能良好的決策樹結構應該有小的錯誤率和低的決策代價。但是由于很難把錯誤率的解析表達式和樹的結構聯(lián)系起來，在每個節(jié)點上所采用的決策規(guī)則也僅僅是在該節(jié)點上所采用的特征觀察值的函數(shù)，因此，即使每個節(jié)點上的性能都達到最優(yōu)，也不能說整個決策樹的性能達到最優(yōu)。所以在實際問題中，人們往往提出其它一些 14 優(yōu)化準則，例如極小化整個樹 的節(jié)點數(shù)目，或極小化從根節(jié)點到葉節(jié)點的最大路程長度，或極小化從根節(jié)點到葉節(jié)點的平均路程長度等等，然后采用動態(tài)規(guī)劃方法，力爭設計出能 最好地滿足某種準則的“最優(yōu)”決策樹。 第四章 基于決策理論的調制樣式識別 15 第四章 基于決策理論的調制樣式識別 數(shù)字調制信號的模型 如第三章所述，在現(xiàn)代通信中，通信信號的種類很多，但從理論上來說，各種通信信號都可以用正交調制的方法來實現(xiàn)。實現(xiàn)方式如下： 幅度鍵控調制 (ASK) 用數(shù)字基帶信號控制正弦波的幅度。 (1) 2ASK 信號 在這類調制中，載波的幅 度隨二進制被調制信號序列而變，化狀態(tài)。具體可以表示為 : 2 ( ) ( ) c o sA S K n s e t a g t n T t???? (41) 可以令 ( ) ( )nsnm t a g t n T???那么 2ASK 信號可表示為 2 ( ) cosASK ce m t t?? (42) 其中， ()gt為基帶碼元波形， na 為信源給出的二進制符號 0 或 1, c?為載波角頻率，且有 2ccf??? ， T 為碼元周期。 因此，要實現(xiàn)正交調制，只要令 ? ?? ? ? ?0ItQ t m t?? (43) 就可以實現(xiàn) 2ASK 調制。 2ASK 信號由于一個信號狀態(tài)始終為 0，此時相當于處于斷開狀態(tài)，所以也稱為通斷鍵控信號 ( OOK 信號 )。若二進制序列 ? ?()mt 的功率譜密度為 ()mPf，則 2ASK 的功率譜密度表達式可以寫為 : ? ? ? ?1() 4 m c m cP f P f f P f f? ? ? ????? (44) 可知，信號的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的 2 倍。 (2) MASK 信號 16 M 進制幅度鍵控使用 M 種可能的取值對載波幅度進行鍵控，在每個碼元間隔 T 內發(fā)送一種幅度的載波信號。 M 進制數(shù)字幅度調制信號比 OOK 信號傳輸效率更高。在相同的碼元傳輸速率下， MASK 信號和OOK 的帶寬相同， OOK 的信道利用率最高為 ? ?2/bit s Hz , MASK 的信道利用率可超 ? ?2/bit s Hz 。 M 進制幅度調制信號可表示為： ? ? ? ? c o snS t a g t n T t???? (45) 式中： g(t)式持續(xù)時間為 T 的矩形脈沖， na 為幅度值，有 M 種可能的 取值 ， ? ?1,nma A A? … ， 與 2ASK 信號 類 似， 由式 (43)就可 以實 現(xiàn)MASK 調制。 相移鍵控調制 (PSK) 用數(shù)字基帶信號控制正弦波的相位。 (1) 2PSK 信號 2PSK 方式是鍵控的載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變的數(shù)字調制方式，信號形式一般表示為： ? ? ? ?2 c o s( )P S K n s e t a g t n T t???? (46) 式中： ??gt為基帶碼元波形， na 為信源取值 1 或 +1,即發(fā)送二進制符號 0 時 na 取 1，發(fā)送二進制符號 1 時 na 取 1， c? 是載波角頻率。這種調制方式的正交實現(xiàn)與 2ASK 信號十分相似。具體的實現(xiàn)見式 (43)。 (2) M 進制數(shù)字相位調制信號 在多進制相位調制中， MPSK 信號的表示式： ? ? ? ? ? ?c o sM P S K n s c nne t a g t n T t??? ? ?? (47) 式中： n? 為受信息控制的相位參數(shù)， ? ?? ?2 1 / | 1 , 2 , , 1n m M m M??? ? ? ??? ? 頻移鍵控調制 (FSK) 2FSK 信號是符號 0 對應載波角頻率 1? ，符號 1 對應載波角頻率為2? 的已調波形。它可以用一個矩形脈沖對一個載波進行調頻實現(xiàn)，其表達式為： ? ? ? ? ? ?12c o s ( ) c o s ( )nnnnf t a g t n T t a g t n T t??? ? ? ??? (48) 第四章 基于決策理論的調制樣式識別 17 式中 na 的取值為 0， 1， g(t)為矩形脈沖， na 為 na 的反碼， T 為碼元周期。因此，只要把調制數(shù)據(jù)序列形成矩形脈沖，并把 2FSK 看成兩個 ASK 信號相加就可以了，并令 1122cc? ? ?? ? ?? ??? ?? (49) 利用式 (42)、式 (43)就可以實現(xiàn)正交調制。 正交振幅調制信號 (QAM) 正交振幅調制是一種多進制混合調幅調相的調制方式， 4QAM 就是 QPSK , 8QAM 和 16QAM 的信號分布如圖 所示，這種分布圖稱為星座圖。 圖 QAM 信號的星座圖 從圖 可以看出， 8QAM 用 8 個點的星座的位置來代表八進制的 8 種數(shù)據(jù)信號， 這 8 個點的相位各不相同，而振幅只有兩種。 16QAM 用 16個點的星座的位置來代