【正文】 ? ? ?? ?? ?222 1 122221 1 2 2( ) ( ) ( )16 ( ) ( )161 + ( ) ( ) ( ) ( )16sFS K s ssssTP f S a f f T S a f f TT S a f f T S a f f Tf f f f f f f f????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? （ ） 由上式可得，相位不連續(xù)的二進制移頻鍵控信號的功率譜由離散譜和連續(xù)譜組成。其中，離散譜位于兩個載頻 1f 和 2f 處，連續(xù)譜由兩個中心位于 1f 和 2f 雙邊譜疊加形成。若以二進制移頻鍵控信號的功率譜第一個零點之間的頻率計算二進制移頻鍵控信號的帶寬，則二進制頻移鍵控信號的帶寬 2FSKB 為 2 2 1 2F S K sB f f f? ? ? （ ） 其中 1/ssfT? (3) 2PSK 信號的功率譜密度 由式（ ）可知， 2PSK 信號可以表示為雙極性不歸零 的 二進制基帶信號與正弦載波相乘，則 2PSK 信號的功率譜 密度 為 ? ?2 1( ) ( ) ( )4P S K s c s cP f P f f P f f? ? ? ? （ ） 注意 ,此時的 ()sPf為雙極性不歸零的二進制基帶信號 ,此時 22( ) 4 ( 1 ) ( ) ( 2 1 ) ( ) ( )s s s s smP f f P P G f f P G m f f m f??? ? ?? ? ? ? ?? （ ） 等概率（ 即 P=1/2）時，上式變?yōu)? 2( ) ( )ssP f f G f? （ ） 將上式代入（ ）可得，當 P=1/2 時， 2PSK 的功率譜密度為 ? ?? ?2222 21( ) ( ) ( )4 = ( ) [ ( ) ]4P S K s c csc s c sP f f G f f G f fT Sa f f T Sa f f T????? ? ? ???? ? ? （ ） 由上式可以看出，當二進制基帶信號的 1 符號和 0 符號出現(xiàn)概率相等時，則不存在離 15 散譜，二進制相移鍵控信號的功率譜密度帶寬也是基帶帶寬的二倍。 本章小結 本章主要介紹了三種基本的數(shù)字調制信號的 理論 基礎 知識，主要包括其調制原理，以及其功率譜密度，對兩者都進行了詳細的介紹，并且用 M 文件可編程的方法得到了三種數(shù)字調制信號調制過程 的仿真波形。另外對功率譜密度主要從數(shù)學表達式以及推理過程方面進行了具體介紹，并且給出了三種數(shù)字調制信號的帶寬。 16 4 數(shù)字調制信 號調制樣式的識別 調制樣式識別模塊的建立 以上我們介紹了三種基本的數(shù)字 信號 調制過程的 基本方法，原理框圖 等理論知識及他們各自的 功率 譜特征，這些東西是我們進行數(shù)字 調制 信號調制樣式識別的 理論和實踐 基礎。接下來我們 假設 在調制信號模型已建立的基礎上，建立數(shù)字調制信號的識別模塊。 數(shù)字調制信號的識別是對空間中 接受到的數(shù)字信號進行調制樣式的判斷，本論文我們只針對三種基本的數(shù)字調制信號即 2ASK、 2FSK 以及 2PSK 進行調制樣式的識別。從前面的緒論里我們知道數(shù)字調制信號的識別模塊由 三部分組成，即信號的預處理， 特征參數(shù)的提取，以及判決識別部分。根據(jù)以上知識，我們可以建立包括調制信號的產生在內的數(shù)字調制信號調制樣式的識別模型，如圖 41 所示 。 圖 41 數(shù)字調制信號調制樣式的識別模型 由圖 41，我們可以知道識別模型主要 由三個模塊組成的，接下來我們依次 對 各個模塊的作用以及識別的流程做具體的解釋和論述。對 于數(shù)字調制信號 的識別 ， 第一個模塊即信號預處理 是進行調制樣式識別的基礎，它 的主要功能是信號分離（調制識別的過程中只研究一個信號幀）和信號分段。信號分離是指從所 接收的很寬范圍的眾多信號中分離出待識別的適當長的 信號幀，這里需要運用信號的載頻提取、頻譜估計和濾波技術。 通過信號的載頻提取和頻譜估計技術可以 提取合適的信號幀以及選擇 適合 的信號幀長度，而通過濾波技術，根據(jù)所提取的信號幀 ，選擇合適的濾波器，就可以去除所提取信號幀中的噪聲。這些技術 是調制識別的基本前提， 但不是調制識別的重點。信號分段將長度為 L 的待 識別信號幀分成 N 段，信號長度的選定應滿足兩項主要要求： 1)避免衰落、多徑時延等信道因素對調制信號的影響 ； 2)確保信號屬性的完整性并能很快的提取選用的特征量。 通過信號的預 處理這一模塊，我們可以將待識別的信號較為完整的從空間中分離出來 ，以方便后調制輸出 被調制信號 調 制 系 統(tǒng) 調制信號 信號預處理理 特征參數(shù)提取 判決 結果 17 面 較為 準確的提取特征參數(shù)和判決。 特征參數(shù)的提取是數(shù)字 調制 信號識別的重點，提取正確合適的特征參數(shù)可以方便容易的判斷出信號的 調制 樣式。 特征參數(shù)相當于是 一個信號的標識，每一種調制信號總有它不同于其他的調制信號的標識 ， 因此，找到這樣一個標識 或參數(shù) 就找到了這個信號所獨有的特點，這樣的話 就可以在很大程度上確認該 調制信號的調制樣式。 這就如現(xiàn)實生活中我們提取手紋作為一個人 區(qū)別于 另外一個人的特征，而在信號識別方面我們 通過 提取特征參數(shù)作為一個信號不同于另 一個信號的標志。 任何一個能反映信號特點的特征量都可以作為特征參數(shù)進行提取，因此， 對于不同的調制信號 可以提取同一個特征參數(shù)，然后對所提取的特征參數(shù)進行對比分析 ， 從而進行識別，而 且 對于同一個調制信號也可以 多 提取幾個特征參數(shù)，對這幾個特征參數(shù)進行 分析綜合 ，從而得到此調制信號的調制方式。 特征參數(shù)的提取是識別的重點，因此，本 論 文在 小節(jié) 對三種數(shù)字調制信號特征參數(shù)的提取 方法及過程 做了詳細說明。 判決部分是根據(jù)所提取的特征參數(shù)，設置相應的判決標準， 每一種判決準則都對應了一種或一類調制信號類型， 因此 依據(jù)這種判決標準和規(guī) 則， 就 相當于 找到 此信號所獨有的特點， 從而識別出 最后的數(shù)字調制信號的調制方式。 整個識別的流程可以大致敘述如下：首先進行信號的預 處 理將待識別的信號分離出來，然后 用一定的方法 提取分離出來的信號的特征參數(shù)，再通過判決器判斷 ，最終可以得到調制信號的調制樣式。 判決器的好壞以及設置的是否合理，同樣對整個識別過程有比較大的影響，但最終決定識別有效性和可靠性的標準還是所提取的特征參數(shù)。因此，本論文在識別模塊我們主要對特征參數(shù)的提取進行了具體研究。 特征參數(shù)的提取 特征參數(shù)的提取對于數(shù)字調制信號調制樣式的識別至關重要 ，本文我們要對三種基本的數(shù)字調制信號即 2ASK、 2FSK、 2PSK 的調制樣式進行識別 ,因此要提取特征參數(shù)作為區(qū)別三種調制信號的標準。通過對第三部分的基礎理論的研究，我們發(fā)現(xiàn)這三種數(shù)字調制信號的功率譜 密度 在表達式上 各有不同，因此，我們 可以 選用三種基本數(shù)字調制信號的功率譜作為識別的特征參數(shù)對其識別過程進行研究。 進一步 從數(shù)學表達式及推理過程中 研究這三種數(shù)字調制信號的功率譜密度的本質區(qū)別，我們可以得到以下結論：在二進制基帶信號 1 符號和 0 符號等概率出現(xiàn)即 P=1/2 的情況下，我們發(fā)現(xiàn)，二進制振幅鍵控信號的功率譜由載頻 cf 處的連續(xù)譜和離散譜組成，其明 18 顯特征是離散譜在載頻 cf 處 會有沖擊脈沖；而二進制頻移 鍵控信號的功率譜由兩個載頻分別為 1f 和 2f 處的連續(xù)譜和離散譜組成，這樣的話，其功率譜的離散譜在兩個載頻處分別都會有沖擊脈沖，也就是其功率譜密度中會有兩個沖擊脈沖；但對于二進制移相鍵控信號，在 P=1/2 的情況，其功率譜只有連續(xù)譜構 成，因此其功率譜密度中不會有沖擊脈沖。因此，最后我們把所提取的特征參數(shù)功率譜中是否有沖擊脈沖以及沖擊脈沖的個數(shù)作為識別判斷的標準。然而，通過對三種數(shù)字調制信號的功率譜密度進行仿真，可以輕而易舉的從仿真結果中得到關于沖擊脈沖的情況，再根據(jù)判決規(guī)則，從而判斷此數(shù)字調制信號的調制樣式。 另外 ，上述提取的特征參數(shù)功率譜密度屬于頻域范圍內的特征參數(shù)，在實際的特征參數(shù)提取過程中也可以在時域范圍內 提取特征參數(shù)， 在時域范圍內可以提取信號的幅度、相位、頻率等作 為特征參數(shù)進行研究。對于本文所要研究的三種基本的數(shù)字調制信號 2ASK、2FSK、 2PSK 的識別， 理論上， 我們可以提取兩個特征參數(shù)進行研究，從而識別出 這 三種數(shù)字 調制 信號。首先提取幅度 即包絡為特征參數(shù)，理論研究上我們知道 只有 2ASK 信號的包絡變化明顯 ，而 2FSK 和 2PSK 信號的包絡變化幅度不大 ，這樣就可以將 2ASK 信號識別出來；然后再選取 瞬時 頻率作為提取的特征參數(shù)來識別 2FSK 和 2PSK 信號，從理論研究及公式上，我們知道 2FSK 信號的 瞬時 頻率 和 2PSK 信號的 瞬時頻率 是 不一樣的 ，因此從瞬時頻率 可以區(qū)別出 2FSK 信號和 2PSK 信號。 在 現(xiàn)實中提取這些時域特征參數(shù)的 方法主要通過 Hilbert 變化法，同 向正交分量法和過零檢測法來實現(xiàn)，其提取 過程計算 較為 繁瑣，而且由于該過程要提取兩個特征參數(shù)進行研究， 所以， 本論文 我們采用在頻率域內提取功率譜密度 為 特征參數(shù) 的方法作 為本 文 識別 研究的重點。 在論文中， 我們先是利用 Simulink建模的方法，來具體分析這三種數(shù)字調制信號功率譜密度的差別，從而 更加直觀的 說明將功率譜密度作為所提取特征參數(shù)的理論依據(jù)。然后，我們簡單介紹了 FFT 方法，并說明了利用 FFT 來提取功率譜密度的可行性，而且通過 M 文件編程，獲得 FFT 方法提取功率譜密度的仿真。因此，現(xiàn)實中我們可以通過 利用 FFT 提取功率譜密度作為特征參數(shù)來區(qū)分這三種數(shù)字調制信號。 基于 Simulink 的功率譜密度的仿真 通過對以上三種基本數(shù)字調制信號的理論研究， 可以利用 Simulink分別對三種數(shù)字調制系統(tǒng)建立功率譜密度的仿真模型，首先建立 2FSK的仿真模型，如下圖 42所示?；赟imulink建立仿真模型方便、直觀，在仿真運行的過程中可以實時地觀察信號的變化。 19 圖 42 2FSK調制系統(tǒng) 功率譜 框圖 圖 42是二進制移頻鍵控 調制 系統(tǒng)的功率譜框圖 ，框圖中 Random Integer Generator（ 隨機 序列發(fā)生器 ） 產生的是二進制隨 機 序列 ，即產生符號 0和符號 1的隨機序列， 采樣時間為。然后將此序列發(fā)生器產生的二進制隨機序列送入 2FSK基帶調制器，進行調制 過程 ，最后將調制完成的信號通過頻譜示波器，提取 2FSK信號的功率譜密度，從而在頻譜示波器中得到 2FSK信號的功率譜圖。 表 41 是 Random Integer Generator（隨機序列發(fā)生器）的參數(shù)設置。表 42 是 MFSK Modulator Baseband（基帶 MFSK 調制器）的參數(shù)設置。表 43 是 Spectrum scope（頻譜示波器 ）的參 數(shù)設置。通過對 以上這三個 模塊 的 參數(shù) 進行具體 設置，并進行運行仿真，就可以得到 2FSK 信號的功率譜 密度的仿真 圖，如圖 43 所示 。 表 41 Random Integer Generator（隨機序列發(fā)生器）的參數(shù)設置 參數(shù)名稱 參數(shù)值 Mary(元數(shù) ) 2 Intial seed(初始 化 種子 ) 37 Sample time(采樣時間 ) 表 42 MFSK Modulator Baseband（基帶 MFSK 調制器）的參數(shù)設置 參數(shù)名稱 參數(shù)值 Mary（元數(shù)） 2 Input type（輸入類型） Bit（位） Symbol set ordering(模型設置命令 ) Binary（二進制） Frequency separation（ 頻率間隔 ） 20Hz Phase continuity（相位連續(xù)性） Continuous（連續(xù)） Samples per symbol（每符號采樣數(shù)） 10 20 表 43 Spectrum scope（頻譜示波器）的參數(shù)設置 參數(shù)名稱 參數(shù)設置 Buffer size（緩沖量） 2048 Buffer overlap（重疊緩沖量） 1024 FFT length（快速傅里葉變換長度） 2048 Number of spectral averages（平均頻譜數(shù)） 250 Frequency range（頻率范圍） [Fs/2…Fs/2] Minimum Ylimit（最小 Y 值） 40 Maximum Ylimit（最大 Y 值） 20 Window type（窗口類型） Hann（漢明） Window sampling（窗口采樣法） Periodic（定期的） Frequency units（頻譜單位） Hz（赫茲） 圖 43