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1、第二届全国无线电 监测技术培训会议国家无线电监测中心国家无线电监测中心2010.10.22 2010.10.22介绍内容信号识别概念及意义信号识别概念及意义信号调制识别基本原理信号调制识别基本原理调制参数提取调制参数提取 调制类型识别调制类型识别信号识别设备信号识别设备典型信号调制识别举例典型信号调制识别举例介绍内容信号识别概念及意义信号识别概念及意义信号调制识别基本原理信号调制识别基本原理调制参数提取调制参数提取 调制类型识别调制类型识别信号识别设备信号识别设备典型信号调制识别举例典型信号调制识别举例信号识别背景知识信号识别基本概念信号参数 提取信号调调制 类类型识别识别信号通信 体制识别识
2、别信号解调调信号解码码信号识别框架利用信号时频时频域及 变换变换域的特征和 统计统计量采用盲处处理或 正常接收的处处 理手段利用已知信息 比对对对对于非加密信 号，根据通信 协议进协议进 行解码码通过提取信号在时频域、调制域、编码域等多层次信息，达到识别 信号通信标准乃至使用者身份的目的。信号参数估计与调制识别-是指采用自动或手动的方式辨识信号所采用的调制参数和调制方式，是信号识别的重要处理环节。信号识别意义日常无线电监测信号识别的意义干扰查找有效提升各类监测工作的自动化水平和工作效率，拓展监测 工作的深度。 有效拓展自动化频谱监测的内容(频谱域调制域编码域)，是构建信号分选系统、宽带接收处理
3、系统的必须环节。 进一步深入挖掘干扰信号特征，为干扰查找提供有效依据。介绍内容信号识别概念及意义信号识别概念及意义信号调制识别基本原理信号调制识别基本原理调制参数提取调制参数提取 调制类型识别调制类型识别信号识别设备信号识别设备典型信号调制识别举例典型信号调制识别举例调制参数和调制识别 调制参数提取 波特率 调制进制 调制方式识别 模拟和数字 线性调制(PSK等)和非线性调制波特率估计 三种典型算法循环谱方法性能较好适用范围广计算量较大瞬时幅度谱法性能较好适用范围窄计算量较小小波变换谱法性能较好适用范围较广计算量适中调制参数提取-波特率信号的谱相关的f=f0的截面谱在波特率处出现离散谱线。典型
4、方法1-循环谱环谱信号适用范围广：所有线性与非线性数字调制信号 环境使用范围广：多径衰落及低信噪比 计算量较大： 需要进行二维运算BPSKBPSK俯俯视图视图视图视图BPSKBPSK三三维图维图维图维图调制参数提取-波特率QPSKQPSK4FSK4FSKAMAM调制参数提取-波特率瞬时幅度谱在波特率的整数倍处呈现衰减的离散谱线。QPSKQPSK信号，瞬信号，瞬时时时时幅度幅度谱谱谱谱典型方法2-瞬时时幅度谱谱信号适用范围围广：所有的线线性调调 制信号(PSK/QAM等)，且呈现现相 同的特征。计计算量小：简单简单 的傅立叶变换变换 。接收环环境适用范围围广： 多径和衰落和较较低信噪比。调制参数
5、提取-波特率典型方法3-小波变换谱变换谱瞬时幅度谱在波特率的整数倍处呈现衰减的 离散谱线。信号适用范围围广：所有数字调调制信号。4FSK4FSK信号，小波信号，小波变换谱变换谱变换谱变换谱计计算量较较小：简单简单 的滤滤波与傅立叶变变 换换QPSKQPSK信号，小波信号，小波变换谱变换谱变换谱变换谱接收环环境适用范围较围较 广：衰落和低信噪比调制进制估计三种典型算法M律方法性能较好适用范围较广计算量小瞬时频率法性能较好适用范围较窄计算量小瞬时相位法性能较好适用范围较广计算量小调制参数提取-M次方谱典型方法1-M次方谱谱接收环环境适用范围围广： 多径和衰落条件下计计算量较较小：简单简单 的数字处
6、处理与傅立叶变换变换可同时时估计计出载载波频频率。信号适用范围围广： MPSK/MQAM标标准线线性调调制信号呈现现出三谱线谱线 特征(特征1) Pi/2DQPSK等偏移调调制呈现现出双谱线谱线 特征(特征2)调制参数提取-M次方谱MPSK信号的M次方谱谱的最高离散谱线对应谱线对应 M倍载载波频频偏。方形MQAM信号的4次方谱谱的最高离散谱线对应谱线对应 4倍载载波频频偏; 圆圆形MQAM信号的单单圈状态态数为为M，则则M次方谱谱的最高离散谱谱 线对应线对应 M倍载载波频频偏。8PSK, PSD of s8PSK, PSD of s8 816QAM, PSD of s16QAM, PSD of
7、 s4 4特征特征1 1VSVS调制参数估计-M次方谱/2DBPSK信号的平方谱谱呈现现两个幅度相近的离散谱线谱线 。分别对别对 应应-Vs/2+2fc与Vs/2+2fc； /4DQPSK信号的4次方谱谱呈现现两个幅度相近的离散谱线谱线 。分别别 对应对应 -Vs/2+4fc与Vs/2+4fc；OQPSK信号的平方谱谱呈现现两个幅度相近的离散谱线谱线 。分别对应别对应 -Vs+2fc与Vs+2fc；特征特征2 2OQPSK,PSD of sOQPSK,PSD of s2 22VS VSPi/2DBPSK, PSD of sPi/2DBPSK, PSD of s2 2Pi/4DQPSK PSD
8、of sPi/4DQPSK PSD of s4 4VS调制参数提取-调制进制典型方法2-瞬时时相位适用范围围广：线线性与非线线性调调制数字信号计计算量较较小：简单简单 的数字处处理信道适用范围较围较 广：衰落信道和较较低信噪比调制参数提取-瞬时相位MFSK信号的相位轨轨 迹图为线图为线 性特征，分 叉数为为M。 MPSK信号的相位轨轨 迹图为图为 非线线性特征 ，分叉数为为M+1 相位轨轨迹图图，8FSK相位轨轨迹图图，QPSKMPSK信号在码码元间间 隔产产生相位变变化, 在码码元内相位不变变 。MFSK信号在码码元内 相位线线性变变化，码码 元间间隔变换变换 方向。瞬时时相位QPSK瞬时时
9、相位4FSK调制参数提取-调制进制典型方法3-瞬时频时频 率信号适用范围围广：所有MFSK数字调调制信号计计算量较较小：简单简单 的数字处处理信道适用范围较围较 广：衰落信道和较较低信噪比调制参数提取-瞬时频率对对MFSK信号的瞬时频时频 率进进行直方图统计图统计 ， 则应则应 有M个状态态。4FSK瞬时频时频 率统计图统计图QPSK瞬时频时频 率统计图统计图由于成型滤滤波的影响 ，MPSK信号瞬时频时频 率连续变连续变 化，无明显显 规规律。MFSK信号在码码元间间隔 频频率跳变变，码码元内频频 率不变变，呈现阶现阶 梯分布 。MPSK信号频频率统计图统计图 没有明显显特征。瞬时频时频 率
10、4FSK瞬时频时频 率 QPSK调制参数特性总结谱谱相关 存在性瞬时时幅 度谱谱存 在性M次方谱谱存在性 (有两种特征)小波变变 换谱换谱存 在性瞬时频时频率 分布图图相位轨轨迹图图特征MFSK是否否是M个瞬时频时频 率线线性，M分叉MPSK是是M调调制进进制1较较弱无明显显分布非线线性,M+1分 叉 MQAM (方形)是是M41较较弱无明显显分布非线线性,M分叉 （较杂较杂乱）MQAM (圆圆形)是是MM0，M0为为 相位状态态数1较较弱无明显显分布非线线性,M分叉 （较杂较杂乱）Pi/2DBPSK是是M=22弱无明显显分布非线线性,2分叉Pi/4DQPSK是是M=42弱无明显显分布非线线性
11、,4分叉OQPSK弱否M=22弱无明显显分布非线线性,较杂较杂乱MSK (GMSK)弱否M=22弱2个瞬时频时频率线线性，两分叉调制识别调制识别相关概念由识别统计量和识别架构两部分内容构成识别统计量-是决定识别性能的关键因素，综合考虑计算复杂度、适用信 号、传播环境、算法功能、算法性能等多种影响因素设计。-各个识别统计量可通过广义时域、广义频域等特征定义。广义时义时 域特征广义频义频 域特征瞬时时幅度 瞬时时相位 相关特征高阶统计特征功率谱谱 瞬时时幅度谱谱 小波变换谱变换谱 M律谱谱 循环谱环谱识别 统计量识别结构处理流程简单，计算复杂度小 。不需要大量的训练序列性能相对一般决策树结构基于硬
12、判决的处理思想，采用 简单的树形分叉结构特征，在分叉处设定统计量的阈值进 行分类。主要特点识别结构处理流程相对复杂需要大量的训练序列性能相对较好神经网络-支撑矢量机结构基于软判决的处理思想，构建由输入 层、中间层和输出层构成复杂的网状 结构。输入层为各个识别统计量的值，输出 层为各个调制类型的判决结果，通过 训练序列训练各个权值，来达到所需 结果。主要特点支撑矢量机有比神经网络更优异的性能介绍内容信号识别概念及意义信号识别概念及意义信号识别基本原理信号识别基本原理调制参数提取调制参数提取 调制类型识别调制类型识别信号识别设备信号识别设备典型信号调制识别举例典型信号调制识别举例典型超短波信号举例
13、 典型信号举例： 公众通信：GSM、CDMA-IS95、WCDMA 集群通信：TETRA 数传信号超短波信号举例 GSM基本信息： 第二代公众移动通信采用的标准 调制方式GMSK；波特率270.833kbaud/s； 主要特征：频频率分布数=1功率谱谱超短波信号举例瞬时时幅度谱谱循环谱环谱 截面2次方谱谱-特征2小波变换谱变换谱超短波信号举例 CDMA-IS95基本信息： 第二代公众移动通信采用的标准，扩频方式 下行调制方式QPSK；波特率1.228Mbaud/s； 主要特征：频频率分布数=1功率谱谱超短波信号举例瞬时时幅度谱谱循环谱环谱 截面4次方谱谱小波变换谱变换谱超短波信号举例 WCDM
14、A基本信息： 3GPP提出的第三代移动通信体制。 上行采用扩频通信，调制方式为BPSK；波特率3.84Mbaud/s； 主要特征：频频率分布数=1功率谱谱超短波信号举例瞬时时幅度谱谱循环谱环谱 截面2次方谱谱小波变换谱变换谱超短波信号举例 集群通信-TETRA基本信息： 欧洲的集群通信体制，在国内广泛采用 下行调制方式为PI/4QPSK；波特率18kbaud/s； 主要特征：频频率分布数=1功率谱谱超短波信号举例瞬时时幅度谱谱循环谱环谱 截面4次方谱谱小波变换谱变换谱超短波信号举例 数传通信 基本信息： 用于低速率数据传输 调制方式2FSK；波特率不定，为十几k几十k的范围； 主要特征：频频率
15、分布数=2功率谱谱超短波信号举例瞬时时幅度谱谱循环谱环谱 截面小波变换谱变换谱调制识别框架举例 一种基于各类变换域谱构建的分类决策树方法简单，计算量小所有统计量在非理想信道下仍试用采用瞬时幅度谱、循环谱、M(M=2、4、8)率谱、小波变换谱等构造分类统计量，描述如下： 瞬时幅度谱、循环谱、M率谱、小波变换谱-对应变换域的最大谱 线突出度。 瞬时频率-频率分布峰值数N、平均间隔f针对上述举例的5种信号进行识别调制识别框架举例瞬时频率数， 功率谱线性调制及 MSK信号等MFSK信号多载波或其 它信号谱相关及瞬时 幅度谱谱线瞬时频率分布 及相位轨迹调制进制及频率 偏移估计OQPSK及其 它CPM信号
16、其它线性调 制信号(见后)平方谱谱 线Y,Y(Y,N),NYMSK(GMSK) OQPSK其它CPM 信号N1/h方谱调制指数估计(1 | 1)(=1 & =1)N,N特征2小波变换波特率 估计调制识别框架举例其它线性调 制信号(接前)M次方谱谱线M=2,特征1M=4，特征1M=8，特征1M=2，特征2M=4,特征2BPSKQPSK8PSKPi/2DBPSK或 OQPSK信号Pi/4DQPSK识别结果识别 识别 结果 信号GSM (GMSK)WCDMA (BPSK)TETRA (/4DQPSK)CDMA1x (QPSK)数传FSK (2FSK)GSM(GMSK)100%WCDMA(BPSK)90% 5%5%TETRA(/4DQPSK)5%95%CDMA1x(QPSK)5%95%数传FSK(2FSK)100% 对四种信号各采样2
