引言
　　调制方式是通信信号的一个重要特征参数调制方式识别是非协作通信理论的一个分支在信号监视电 子 对 抗威 胁 分 析干 扰 识 别频 谱 管 理 等军事和民用方面都有着非常重要的应用是软件无线电和认知无线电的重要组成部分也是近年来的研究热点之一
　　目前调制方式的自动识别算法大致可分为判决理论和统计模式识别两种 这 些 算 法 所 用到的特征参数一般都基于接收信号的瞬时幅度 瞬时相位或瞬时频率的二阶或更高阶的统计矩 参数提取过程复杂 运 算 量 大 不利于信号的实时在线分析在接收数据量较大时尤为如此
　　为此本文提出一种新的信号特征参数提取方法 在 实 现 载 波 恢 复 将 信 号 下 变 频 到 基 带 后 将得到的复基带信号矢量围绕坐标原点逆时针旋转度从 而 有 效 地 克 服 了 双 边 带信 号 处 理 过 程 中 相 位 不 连 续 带 来 的 影响增强了信号相位提取的准确性和可靠性 在此基础上提出五个特征参数 这些参数都基于接收信号的一阶统计矩 因而运算量小鲁棒性强 同时给出自动 识 别 调 幅单上边带 单下边带 残 留 边 带调 频等六种常见模拟通信信号调制方式的算法 计算机仿真结果表明 本文提出的特征参数提取方法调制方式自动识别算法是有效的
　　信号模型
　　对于本文研究的六种模拟通信信号在实现载波同步将信号 下 变 频 变 换 到 零 中 频 后它 们 的 复基带信号的时域表达式 都可统一写成如下形式其中 表示时间 和 分别是复基带信号的同相分量和正 交 分 量 是窄带复高斯白噪声 和 在本文中分 别 称 为 瞬 时 频 率 和 瞬时相位在不致引起混淆时亦分别称为频率和相位 是接收信 号 的 瞬 时 幅 度 或 包 络 如 果 不考虑式 中噪声项 的影响则有显见对于 信号 近似为常数对于信号 对于 和 信号
　　特征参数提取
　　图 是本文提出的接收信号处理流程 接 收信号首先经 过 载 波 同 步 下 变 频 变 换变为 零中频复基带信号 然后与复信号 相乘得到 实 现 复 基 带 信 号 矢 量 围 绕 矢 量 坐 标 原点 逆时针旋转 即 度 在此基础上计算信号的瞬 时 幅 度 瞬 时 相 位 和 瞬 时 频 率然后定义并计算特征参数图 接收信号处理流程将 复 基 带 信 号 矢 量 围 绕 坐 标 原 点 逆 时 针 旋 转缘于以下 事 实 信 号 的 瞬 时 相 位 中包含 和 两个值而相位在坐标系中横轴的负半轴处是不连续的 由于噪声的影响 得 出 的 瞬 时 相位可能是 也可 能 是 如 图 所 示 在 图中除正确的 以外还出现了不应有的 即一共出现了三个相位值 这样得到的结果显然是不正确的图 相位不连续导致相位提取结果不正确将复基 带 信 号 矢 量 逆 时 针 旋 转 后的 瞬时相位从 变为 而相位在处是连 续 的 由 此 得 到 的 如 图 所 示从图 中可以看出此时所得结果中只有两个相位值 这是正确的经过这样 处 理 后 虽 然 克 服 了 信 号 处 理计算机工程与科学图 将复基带信号矢量旋转 后 得 到 的 的 相 位中相位不连续带来的影响 但同时又带来两个新的问题一是 的 相 位 从 变 成 了 二是 这样处理对 和 信号的相位提取均有影响对于第一个问题 将特征参数重新定义即可解决 事实上如果在相位的离差上定义特征参数则 两 个 随 机 变 量 和的离差相同亦即将信号矢量旋转不会影响特征参数的值 对于第二个问题 只需在特征参数的定义中不使用相位及其离差即可解决考虑到这两个因素后 下面提出五个特征参数特征参数按照图 的信号 处 理 流 程 以 为 采 样 速 率对信号采样得到样本序列 和其中 是样本总数定义 的平均值 及归一化幅度 如下在下面的特征参数中 有些参数是在瞬时相位的 基 础 上 得 到 的 因 为 的 计 算 对 噪 声 很敏感所以需要引入一个用来描述接收信号强弱的的 门 限 即 当 时表 示 样 本位于接收信号中的非弱部分否 则 表 示位于接收信号中的较弱部分 即位于噪声较强的部分 以下将 中满足 的信号样本所组成的全体 称 为 信 号 的 非 弱 信 号 段 并 用 表示其中的样本数 所有基于 的特征参数均在非弱信号段上定义第一个特征 参 数 定 义 为 归 一 化 零 中心瞬时幅度 的均方根即特 征 参 数 反 映 了 信 号 包 络 的 变 化 情况 越大说明信号包络变化幅度越大反之则 越 小 利 用 可 将 信 号和信号 分开其中 是 的门限第二个特征参数 定义 为 非 弱 信 号 段上零中心相位 的一阶绝对原点矩特征参数 描述了信号瞬时相位 的变化情况 越大说明 变化越剧烈反之越平缓 利用 可区分 信号和 信号其中 是 的门限第三个特 征 参 数 定 义 为 非 弱 信 号段上零中心相位 的绝对值的一阶绝对中心矩其中 的定 义 见 式 在理想无噪声情况下对于 信 号按 照 图 中 处 理 流 程 得 到 的 瞬 时相 位 将含有两个相位值 和 它们的绝对 值 都 是 即 等 于 常 数 故 其为 零 另 一 方 面 和信号的瞬时相位 包含 区间内的所 有值故 其 大 于 零亦 即 不 为零因此可利用 区分二者其中 是 的门限第四个特征参数 定 义 为 复 基 带 信 号 中 正交分量与同相分量各自模的均方根之比张 志 民 等模拟通信信号调制方式自动识别算法对于 和 信号复基带 信 号 中 同 相分量和正 交 分 量 模 的 均 方 根 相 等 故 其 等 于而对 信号按图 中流程处理后正交分量模的均方根要大于同相分量模的均方根 故 其大 于 因此利用 可将 与 区分开其中 是 的门限第五个特征参数 用 于 衡 量 信 号 频 谱 幅度关于其中心的对称性 定义为其中是 的 离 散 傅 里 叶 变 换 在 理 想 无 噪 声情况下对于 信号 所 以而对于 信号 由此即可区分二者其中 是 的门限调制方式自动识别算法上节提出了 五 个 特 征 参 数基 于 判 决 理 论 本文提出一种模拟调制方式自动识别算法实现流程如图 所示图 模拟调制方式自动识别算法实现流程在图 中 的 每 个 判 决 节 点 上都 根 据 特 征 参数与对应门限的大小比较结果 将原来的信号集一分为二计算机仿真确定特征参数门限为了对本文提出的模拟调制方式自动识别算法的性能进行评估引入平均识别率的概念 并据此确定五个特征参数的门限 平均识别率 定义为其中 是候选调 制 类 型 的 总 数 本 文 研 究 的 调 制类型共有六种因 此 的 值 等 于 表 示当信号的真实调制类型是 时识 别 算 法 识 别 出 的调制类型为 的概率这里 分别对应 于 和 确定特征参数门限 就是要在一定的信噪比条件下使平均正确 识 别 率 达 到 最 大 主 要 仿 真 环 境 为基带信号波形采用随 机 信 号 生 成带 宽 为载波频率为 采 样 频 率 为 样 本 总数为 信 噪 比 变 化 范 围 为且以 为步长改变 取 限 于 篇 幅这 里只给 出 第 一 个 特 征 参 数 的 实 验 结 果 如 图所示 根 据 实 验 结 果 确 定 的 各 特 征 参 数 的 门 限及适用的信噪比条件如表 所示图 特 征 参 数 与信噪比的关系表 特征参数门限及信噪比条件特 征 参 数 门 限 名 称 门 限 值 信 噪 比 条 件计算机工程与科学性能分析在已确定五个特征参数门限的基础上对本文提出的模拟通信信号调制方式自动识别算法的性能进行评估并与其它算法的性能进行比较 仿真中对每一种模拟调制类型 在每一信噪比下都独立进行 次 仿真实验取 实 验 结 果 的平均值作为该信噪比下的平均识别率表 给 出 信 噪 比 为 时 六 种 模 拟 信 号 调制方式的平均识别率 以百分比表示 可 见 除识别率较低 外其它信号的平均识别率都是 表 中 括 号 中 的 数 据 表 示 信 噪 比 为时的 实 验 结 果 可 以 看 到 信 噪 比 为 时调制类型的平均识别率已上升到 其 它信号的平均识别率仍 是 显 见随 着 信 噪 比的增大识别算法的平均识别率也增大文献 中 提 出 一 种 自 动 识 别通信信号调制方式的算法作者声称在信噪比为 时平 均 识 别 率与之相比本文提出的调制识别算法在最低信噪比方面有明显改进 而且提出的特征参数都基于接收信号的一阶统计矩 因而运算量少鲁棒性强可用于实时处理表 信 噪 比 为 时识别算法的平均识别率待识别信号调制类型 平均识别率识 别 为识 别 为
　　结束语
　　通 信 信 号 调 制 方 式 的 自 动 识 别 是 信 号 检 测 和解调的中间环节 是构成基于软件无线电的通用接收机和基于认知无线电的智能接收机的基础是实现非协作通信的 关 键 技 术 也是其瓶颈和核心 近年来受到了越 来 越 多 的 关 注 针对常见的六种模拟通信信号本文提出一种新的信号特征参数提取方 法使瞬时相位的提取更准确可 靠 在 此 基 础上提出五个特征参数 然后以判决理论为基础提出一种调制方式自动识别算法并给出算法的实现流程 计算机仿真结果表明 在信 噪 比 时识别算法平均识别率 与其它文献中的算法相比本文提出的调制识别算法在最低信噪比方面有明显改进可望用于实际非协作通信系统中信号的检测和快速识别
    参考文献附中文参考文献杨 小 牛 从软件无线电到认知无线电走向终极无线电无线通信发展展望 中国电子科学研究院学报游 伟 周 先 敏 模拟调制信号的自动调制识别 信 号 处理褚 衍 杰 胡 年 福 巢 凯 今 等 通 带 信 号 调 制 方 式识别 方 法 西安电子科技大学学报自 然 科 学 版张 达 敏 王 旭 对基于决策论的数字信号调制识别方法的改进 计 算 机 应 用