第4章信号处理

1、西安电子科技大学西安电子科技大学信息对抗技术系信息对抗技术系冯小平冯小平西安电子科技大学电子工程学院2第第4章章 通信侦察系统的信号处理通信侦察系统的信号处理4.1概述概述4.2通信信号参数的测量分析通信信号参数的测量分析4.3通信信号调制类型识别通信信号调制类型识别4.4通信信号解调通信信号解调西安电子科技大学电子工程学院3第第4章章 通信侦察系统的信号处理通信侦察系统的信号处理作业作业习题习题 42习题习题 43习题习题 45习题习题 46习题习题 48习题习题 414西安电子科技大学电子工程学院44.1 概述概述 通信侦察系统信号处理的任务是，从一个多种信号构成的复杂和多变的信号环境中：

2、n 分选和分离多个通信信号；n 测量和分析各个通信信号的基本参数；n 识别通信信号的调制类型和网台属性；n 对信号进行解调处理，监听或者获取它所传输的信息，作为通信情报。西安电子科技大学电子工程学院54.1 概述概述 信号预处理：通信信号的分选和分离、参数的测量分析是通信侦察预处理的功能。在通信侦察系统瞬时带宽内，一般存在多个通信信号。预处理的任务之一是将多个重叠在一起的通信信号分离出来，这称为通信信号的分选或者分离。 通信信号的分选和分离通常是一种盲分离，因为落在瞬时带宽内的通信信号的参数是未知的，这是通信信号分选的基本特点。通信侦察系统首先对信号进行粗的频率分析，如采用窄带接收机、信道化接

3、收机、DFT/FFT分析等方法，粗劣地分析和估计信号的中心频率和带宽，对多个信号进行分离。 西安电子科技大学电子工程学院64.1 概述概述 然后才能测量信号的各种参数，最后实现调制分类和识别等信号处理任务。这是因为大多数通信信号参数测量分析的方法都是在单个通信信号的条件下才能有效地发挥作用，也就是说，在进行参数测量分析时，分析带宽内最好只有一个通信信号，得到比较准确的信号。 参数通信信号分选和分离的任务通常是和接收机联合完成的，如窄带接收机、信道化接收机，在完成信号载波频率粗分选测量的同时，也完成了信号分离的工作任务。而对于宽带搜索接收机，它通常采用DFT/FFT分析或者其它分选方法实现信号分

4、离的工作任务。 西安电子科技大学电子工程学院74.2 通信信号参数的测量分析通信信号参数的测量分析4.2.1 通信信号的载频测量分析通信信号的载频测量分析4.2.2 信号的带宽测量分析信号的带宽测量分析4.2.3 信号的电平测量分析信号的电平测量分析4.2.4 AM信号的调幅度测量分析信号的调幅度测量分析4.2.5 FM信号的最大偏测量分析信号的最大偏测量分析4.2.6 通信信号的瞬时参数分析通信信号的瞬时参数分析4.2.7 MFSK信号频移间隔测量分析信号频移间隔测量分析4.2.8 码元速率测量分析码元速率测量分析西安电子科技大学电子工程学院84.2.1 通信信号的载频测量分析通信信号的载频

5、测量分析1）一阶相位差分测频法）一阶相位差分测频法模拟信号的瞬时频率与瞬时相位的关系为： (4.2-1)则在数字域瞬时频率与瞬时相位的关系为： (4.2-2)式中T为采样时间间隔，角频率 ，表明在数字域频率和相位的关系是简单的一阶差分关系。 这样我们利用瞬时相位进行一阶差分，可以得到瞬时频率值。 dttdtf)()(Tnnnf2) 1()()() 1()()(nnn西安电子科技大学电子工程学院94.2.1 通信信号的载频测量分析通信信号的载频测量分析1）一阶相位差分测频法）一阶相位差分测频法 正弦信号的瞬时相位在 之间，会造成相位差的不连续性，引起相位模糊，可用下面的方法解模糊。 (4.2-3

6、) (4.2-4)可得信号的瞬时频率为： (4.2-5)由于一阶相位差法测频对噪声较敏感，需要取多点平均 (4.2-6)其中N为输出的采样点数。 一阶相位差法法的特点是运算量小、速度快、简单，特别适合于实时处理系统。但它对噪声比较敏感，只适合信噪比较高场合。,)(2) 1(2) 1()(nCnCnCnC其他若若) 1()() 1()(nnnn)()(nnCn ）（Tnnf2)()(11)(11NnnfNf西安电子科技大学电子工程学院104.2.1 通信信号的载频测量分析通信信号的载频测量分析2）FFT法测频法测频 信号的频率可以利用FFT粗测，也可以精测。设FFT长度为N，采样频率为，则FFT

7、的频率分辨率为： (4.2-7) 采用FFT测频时，测频误差与信号频率有关，其最大测频误差为FFT的分辨率，最小测频误差为0。如果测频误差在内均匀分别，则测频精度（均方误差）为： (4.2-8)Nffs3212/122/2/fdxxffff西安电子科技大学电子工程学院114.2.1 通信信号的载频测量分析通信信号的载频测量分析2）FFT法测频法测频利用FFT测频时，为了得到高的测频精度，需要增加FFT的长度来保证。因此，精确的测频会加长处理时间。对信号的采样序列为进行FFT，得到它的频谱序列： (4.2-9)然后进行估计其中心频率： (4.2-10) 频域估计方法适合于对称谱的情况。如AM/D

8、SB、FM、FSK、ASK、PSK等大多数通信信号。 )()(nxFFTkX2/122/120)()(ssNkNkkXkXkf西安电子科技大学电子工程学院124.2.1 通信信号的载频测量分析通信信号的载频测量分析3）互相关法测频）互相关法测频设接收的信号为 (4.2-11)其中，s(t)为通信信号，n(t)为窄带平稳随机噪声，s(t)与n(t)在任意时刻不相关。接收信号的相关函数为 (4.2-12)由于n(t)是为窄带平稳随机噪声，其相关函数具有以下性质 (4.2-13)其中fn是窄带噪声的带宽，0是窄带噪声的相关时间。因此，接收信号的相关函数可以表示为 (4.2-14)()()(tntst

9、x)()()()()(nsxRRtxtxERnnfR/10, 0)(000)()(sxRR西安电子科技大学电子工程学院134.2.1 通信信号的载频测量分析通信信号的载频测量分析3）互相关法测频）互相关法测频利用信号的相关函数的上述性质，从接收信号x(t)截取两段不相重叠的信号 (4.2-15) 其中T1是x1(t)和x2(t) 的持续时间，T0是信号的延迟时间，并且T0 。求互相关函数 对互相关函数做傅立叶变换，得到互功率谱Sx1x2(f)，而按照前面的分析 利用互相关估计得到的功率谱，进行频率估计，可以有效的抑制窄带噪声，比直接用瞬时频率估计频率，受噪声的影响小，可以在低信噪比下估计频率。

10、010100211,),()(0),()(TTTTtTTtxtxTttxtx)()()(2121txtxERxx)()(21sxxSS西安电子科技大学电子工程学院144.2.1 通信信号的载频测量分析通信信号的载频测量分析4）平方法测频）平方法测频 相位调制类的MPSK信号，当信息码元信息等概分布时，其发送信号中不包含载波频率分量。因此。对于这类信号，进行载波频率估计前，需要进行平方（高次方）变换，恢复信号中的载波分量。 下面以BPSK信号为例说明恢复载波的过程。设BPSK信号表示为 (4.2-16)其中an是二进制信息码，且满足，g(t)是矩形脉冲。对信号求平方，可得 (4.2-17)cos

11、()()cos()(0000ttstnTtgatxbnnP11P, 1，以概率以概率na1)22cos(211)22cos(21)()(000022tttstx西安电子科技大学电子工程学院154.2.1 通信信号的载频测量分析通信信号的载频测量分析4）平方法测频）平方法测频对信号求平方，可得 (4.2-17)对上式进行滤波，去除直流得 (4.2-18)可见，平方后得到了一个频率为2f0的单频信号，频率为BPSK信号的载频的2倍。 类似的，对于MPSK信号，可以对信号进行M次方，获得频率为的单频信号。 对上述单频信号进行FFT，可以实现载波频率估计。1)22cos(211)22cos(21)()

12、(000022tttstx)22cos(21)(001ttx西安电子科技大学电子工程学院164.2.2 通信信号的带宽测量通信信号的带宽测量 意义 信号带宽是信号的重要参数之一。它的测量分析对于实现匹配和准匹配接收、调制类型识别、解调都是十分重要的。 信号带宽可以利用频谱分析仪通过人工观察和测量，也可以通过FFT等信号处理方法自动测量分析。这里介绍基于FFT的自动测量分析方法。 信号带宽通常定义为3dB带宽，即中心频率的信号功率作为参考点，当信号功率下降3dB时的带宽为信号带宽。西安电子科技大学电子工程学院174.2.2 通信信号的带宽测量通信信号的带宽测量FFT法测量带宽法测量带宽对信号的采

13、样序列为进行FFT，得到它的频谱序列X(k)，然后计算中心频率f0（kk0）对应的功率， (4.2-19)计算3dB功率作为搜索门限，对功率谱进行搜索 (4.2-20) 计算其频差，得到信号带宽B (4.2-21)带宽估计也可以采用下面的方法 (4.2-22)020)()(kkkXkPVTVTPKXkkPKXkkkXkkXk2020)(2min)(2max)(min)(maxNfkkfkkBs)()(minmaxminmax2/122/120)()(ssNkNkkXkXfkB西安电子科技大学电子工程学院184.2.3 通信信号的电平测量通信信号的电平测量 计算信号带宽内的功率，作为信号相对功率

14、。相对功率的表示以线性刻度或者对数刻度两种方式表示。信号的相对功率为： (4.2-23)以对数（dB）方式表示，则 (4.2-24) 信号的接收功率与天线增益GA、接收机灵敏度Prmin、系统增益Gs、系统处理的变换因子GPR等因素有关。 如果需要将信号相对功率转换为接收机输入功率，则实际功率与相对功率的关系为： 2minmax)(1maxminkXkkPkkk)()(log1010dBwPPdB)(mindBwPGGGPPrPRSAdBs西安电子科技大学电子工程学院194.2.3 通信信号的电平测量通信信号的电平测量信号电平有几种表示方式，通常有dBV，dBmV 、dBw、dBm等。如果接收

15、机输入阻抗为50，则它们之间的转换关系为： 值得注意的是，信号电平的测量分析的精度与FFT的分辨率有关。当FFT分辨率较低时，电平的测量值可能不准确。例如，当接收机处于搜索状态时，为了保证频率搜索速度的要求，FFT的分辨率较低，如几kHz几十kHz，窄带的通信信号可能只有几个谱线，此时对信号电平、中心频率、带宽的分析测量都是粗测。只有在高分辨率情况下，测量结果才是可靠的。为了提高测量精度，还可以采用多次测量计算平均的方法。 47)(log10107)(log20)(log10137)(log2017)(log20)/(log1030)(log10)(log1010101010102101010

16、mVVmWdBmVVRVdBVVdBmVdBmVVVdB西安电子科技大学电子工程学院204.2.4 AM信号的调幅度测量信号的调幅度测量定义调幅度是衡量AM信号的调制深度的参数。调幅信号表示为： (4.2-26)其中A是信号振幅，m(t)是调制信号，且满足 ， 。AM信号的调幅度参数的定义如下图所示：)cos()(1)(00ttmmAtxa1)(tm10am西安电子科技大学电子工程学院214.2.3 通信信号的电平测量通信信号的电平测量基本原理AM信号的调幅度可以通过时域或者频域测量得到。在时域测量时，调幅度计算方法为： (4.2-27)其中Emax和Emin分别是AM信号包络的最大值和最小值

17、。 在频域测量时，调幅度计算方法为：maxminmaxminminmaxminmax/1/1EEEEEEEEmaCaEEm2西安电子科技大学电子工程学院224.2.3 通信信号的电平测量通信信号的电平测量信号包络（瞬时幅度）的计算信号的包络可以利用包络检波器得到，在数字处理时，信号的包络对它进行平方，再通过低通滤波得到。对AM信号进行平方运算，得到 (4.2-29)经过低通滤波，滤除高频分量，然后再开方，得到信号的包络为： (4.2-30)对信号包络计算最大值和最小值，就可以得到调幅度。 值得注意的是，如果调制信号是单频正弦信号，上面得到的调幅度是准确的。如果调制信号是窄带信号，如语音信号，所

18、得到的是瞬时调幅度。通过多次测量得到一组瞬时调幅度的值，其中最大的是调幅度的值。2/)(2cos1 ()()(cos)(1)(00200222ttmmaAttmmAtxaa)(1 ()(tmmkAtaa西安电子科技大学电子工程学院234.2.5 FM信号的最大偏测量分析信号的最大偏测量分析 最大频偏是调频（FM）信号的体现调制指数的参数。FM信号表示为： (4.2-31)其中A是信号振幅，m(t)是调制信号，且满足 。FM信号的瞬时频率为 (4.2-32)调频信号的最大频偏定义为 (4.2-33)其中 和 。 最大频偏的分析测量的关键是提取瞬时频率，利用瞬时频率估计最大和最小频率，就可以得到最

19、大频偏。瞬时频率的提取有两种方法，一种是模拟鉴频法，利用模拟鉴频器得到瞬时频率；另一种是采用正交变换提取瞬时频率。 dmftAtxtc)(2cos)()()(tfmftfccffffffKminmaxminmax1)(tmfffcmaxfffcmin西安电子科技大学电子工程学院244.2.6 通信信号的瞬时参数测量通信信号的瞬时参数测量通信信号的瞬时特征提取一般利用Hilbert变换实现。实函数的Hilbert变换定义为：对于窄带信号 ，如果引入 ，将它们组成一个复信号： (4.2-35)其中 1fHf tdt ( )( )cosu ta tt sinv ta tt ( )( )cossinj

20、tz ta ttja tta t e 1( )( )uv tH u tdt西安电子科技大学电子工程学院254.2.6 通信信号的瞬时参数测量通信信号的瞬时参数测量瞬时包络： (4.2-36)瞬时相位： (4.2-37)瞬时角频率： (4.2-38) 22( )a tutvt Im( )arctanarctanRe( )z tv ttz tu t 22( )( )( )( )( )( )dtv tu tu tv ttdfutv t西安电子科技大学电子工程学院264.2.7 MFSK信号频移间隔测量信号频移间隔测量1）MFSK信号的特点信号的特点MFSK信号的有M个发送频率，如2FSK信号有两个发

21、送频率，4FSK信号有4个发送频率，发送频率之间的间隔称为频移间隔。MFSK信号是2FSK信号的直接推广，M种发送符号可表达为 (4.2-40)MFSK信号的带宽一般定义为 (4.2-42) 式中，fM 为最高频率，f1 为最低频率，fb为MFSK信号的码元速率， 称为MFSK信号的最小频率间隔或者频移间隔（简称频间）， 称为MFSK信号的调制指数。tTEtScbbicos2)(bTt 02) 1(2) 1(2|1hMfffMfffBbbsepbMMFSK|1iisepfffbsepffh/西安电子科技大学电子工程学院274.2.7 MFSK信号频移间隔测量信号频移间隔测量2）频移间隔分析测量

22、）频移间隔分析测量以2FSK信号为例，M2时的估计是它的推广。当调频指数h较大时，2FSK信号频谱上将出现明显的双峰，通过计算双峰的频率间隔，可以估计其频移间隔。对2FSK信号进行N点FFT，其频谱函数X(k)的两个谱峰之间的频率间隔，即频移间隔为 (4.2-43)其中fs是采样频率，k1和k2 分别是两个谱峰对应的FFT数字频率序号，f是FFT的频率分辨率。对于MFSK信号频移间隔为任意两个谱峰之间的频率间隔 (4.2-44)1, 2 , 1,1MifkkFiiNfkkfkkFs1212西安电子科技大学电子工程学院284.2.7 MFSK信号频移间隔测量信号频移间隔测量2）频移间隔分析测量）

23、频移间隔分析测量当单调频指数h较小时，FSK信号频谱将是单峰。这时频移间隔估计需要先计算其瞬时频率，然后进行瞬时频率直方图统计来实现。在理想情况下，FSK信号的瞬时频率为： (4.2-45) 也就是M个符号对应M个频率，并且相邻两个频率的间隔正好是频移间隔。因此当进行瞬时频率直方图统计时，直方图会出现M个峰值。任意两个峰值之间的间隔均为频移间隔。Miftfi, 2 , 1,)(西安电子科技大学电子工程学院294.2.8 码元速率测量码元速率测量1）延迟相乘法码元速率估计延迟相乘法码元速率估计 延迟相乘法适应于双极性的PSK类调制信号，如BPSK、QPSK、DSSS-BPSK等信号。 其估计模型

24、如下图所示：西安电子科技大学电子工程学院304.2.8 码元速率测量码元速率测量1）延迟相乘法码元速率估计延迟相乘法码元速率估计 s(t)为基带信号，幅度为a，噪声为高斯白噪声。当输入信号与其自身的延迟相乘后，由此产生一个 波形的输出信号，这个输出信号只会在时间间隔等于的地方才会等于2，而在其他地方都等于零。如图所示：)()(1)(tststw西安电子科技大学电子工程学院314.2.8 码元速率测量码元速率测量1）延迟相乘法码元速率估计延迟相乘法码元速率估计 这时对w(t)或直接对s(t)s(t-)做FFT变换，就可以在频谱中码元速率的整数倍位置产生一根离散的谱线。通信信号经过延迟相乘后的输出

25、频谱如下图所示。在进行估计时，如果输出信号在频谱中出现离散谱线，且这根谱线的幅度明显高于其临域的幅度，则认为这根谱线所在的位置所对应的数值就是信号的码元速率值。 西安电子科技大学电子工程学院324.2.8 码元速率测量码元速率测量1）延迟相乘法码元速率估计延迟相乘法码元速率估计带通信号带通信号 设带通信号为： (4.2-53)其中，为基带信号，载频角频率。经过滤波和延迟相乘后，得到: (4.2-54)上述中的第一项包含了因子，它就是前面分析的基带信号的情况。因此，相乘输出在基带上和二倍载频处存在离散谱线。这样，对进行FFT分析，就可以实现码速率检测。 )cos()()(0ttstx)2cos(

26、)()(21)cos()()(21)()()(000ttststststxtxty西安电子科技大学电子工程学院334.2.8 码元速率测量码元速率测量2）小波法码元速率估计）小波法码元速率估计由于小波具有很好的突变检测能力，它可以定位MPSK信号的相位跳变位置，从而可以通过对小波变换后的系数进行处理来进行码元速率的估计。平方可积信号的小波变换定义为： (4.2-55)式中 表示母小波的伸缩与平移。在码元速率估计中，通常使用为Haar小波函数，其定义为： (4.2-56)0,)(1),(* adtabttsabaWs)(,tba0, 02/0,/102/,/1)(,aatataatba其它西安电

27、子科技大学电子工程学院344.2.8 码元速率测量码元速率测量2）小波法码元速率估计）小波法码元速率估计Haar小波具有检测码元跳变点的作用。通过对通信信号的小波分析可知，在同一码元内或者相邻码元相同时，小波变换的幅度为恒定值。如果通信信号的小波变换区间存在码元变化，则小波变换后的幅度取决于前后码元的幅度、频率和相位。对于MASK, MPSK和QAM信号，在码元交界处，小波变换的幅度有较大的变化，信号本身前后码元之间的幅度或者相位差越大，其对应的小波变化的幅度变化越剧烈。对于MFSK信号，如果是连续相位的FSK信号，它没有明显幅度或相位的突变，因此其小波变换的幅度变化不大，如果是相位离散的FS

28、K信号，则它有相位跳变，其幅度会有较大的变化。西安电子科技大学电子工程学院354.2.8 码元速率测量码元速率测量2）小波法码元速率估计）小波法码元速率估计MASK、 MFSK和QAM信号的小波变换的幅度： (4.2-57)MPSK信号小波变换后的幅度 (4.2-58)可见，经过小波变换后，输出为阶跃或者冲击函数构成的脉冲序列。)()()(sjjsiijTtBiTtuAtx)()(siiiTtAAtx西安电子科技大学电子工程学院364.2.8 码元速率测量码元速率测量2）小波法码元速率估计）小波法码元速率估计利用小波变换的性质，冲击函数的小波变换近似为冲击函数，阶跃脉冲序列的小波变换为0或者常

29、数。对经过小波变换的幅度包络再做一次小波变换，得到的输出可以近似表示为 (4.2-64) 对上式进行傅立叶变换，得到： (4.2-65)考虑正频率，则的第一个峰值所在位置即为码元速率。)(1)(2siiiTtAtyskksTkCTY22)(西安电子科技大学电子工程学院374.2.8 码元速率测量码元速率测量2）小波法码元速率估计）小波法码元速率估计小波变换法提取码宽，利用了小波在信号跳变处模最大的性质提取跳变信息。然而，当信号信噪比较低时，就会发现小波对噪声的影响“过分”敏感，也就是说该方法适合于信噪比较高的场合。另外，MPSK信号通过窄带系统后，其包络会出现凹陷，相位突变点变缓慢，也会影响小

30、波法的检测性能。因此，利用小波法进行码元速率检测时，通常需要一个滤波器，使信号恢复恒定包络，才能得到较好的效果。 西安电子科技大学电子工程学院384.2.8 码元速率测量码元速率测量3）直方图法码元速率估计）直方图法码元速率估计直方图法是一种统计方法，它对基带信号进行采样和判决。以二进制为例，它对采样数据逐点进行二进制判决，得到“0”和“1”的输出序列，然后对这个序列进行连“0”和连“1”个数的直方图统计。理想情况下，直方图显示的连“0”和连“1”个数最小的周期就是码元周期，并且这种情况出现的概率最大，出现最大峰值。而在连“0”和连“1”个数为码元周期的整数倍附近出现多个次峰值。设直方图最大峰

31、值位置处的连“0”和连“1”个数为M，采样频率为，则其码元速率为 (4.2-66)MfRsb西安电子科技大学电子工程学院394.3 通信信号调制类型识别通信信号调制类型识别4.3.1 调制类型识别概述调制类型识别概述4.3.2 常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征4.3.3 基于统计矩的模拟通信信号调制识别基于统计矩的模拟通信信号调制识别4.3.4 基于统计矩的数字通信信号调制识别基于统计矩的数字通信信号调制识别4.3.5 基于统计矩的通信信号调制识别基于统计矩的通信信号调制识别4.4.6 基于统计参数的通信信号调制识别基于统计参数的通信信号调制识别4.3.7 基于高阶类量的通信信号调

32、制识别基于高阶类量的通信信号调制识别4.3.8 基于星座图的数字通信信号识别基于星座图的数字通信信号识别西安电子科技大学电子工程学院404.3.1调制类型识别概述调制类型识别概述利用信号的某些参数自动确定信号的调制方式，称作信号的调制识别或调制分类。下图给出了常规通信信号主要调制方式，在这里尚未考虑扩谱通信信号。通信信号常用调制方式图，数字调制，调角，调幅模拟调制通信信号形式13 . 4,16,8/28428422QAMPSKASKAPKPSKPSKPSKPSKFSKFSKFSKFSKASKMASKASKCWPMFMDSBSSBAM西安电子科技大学电子工程学院414.3.1调制类型识别概述调制

33、类型识别概述调制类型识别的3类分类特征：n直方图特征直方图特征直方图特征包括幅度、频率和相位的直方图，瞬时频率和相位变化的直方图，过零间隔和相位差的直方图等。n 统计矩特征统计矩特征统计矩特征是指信号瞬时幅度、瞬时相位和瞬时频率函数的各阶矩特征。n变换域特征变换域特征把信号变换到其它特征空间，利用新特征空间中的特征参数来识别调制类型。如采用循环谱相关特征进行调制类型识别。西安电子科技大学电子工程学院424.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征实信号可以表示为解析信号：实信号可以表示为解析信号： (4.3-1)其中其中 是实信号是实信号 的希尔波特变换。的希尔波特变换。信号的瞬时参

34、数是调制识别的重要特征。信号的瞬时参数是调制识别的重要特征。 )( )()(tx jtxtz)( tx)(tx西安电子科技大学电子工程学院434.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征 解析信号的瞬时幅度、瞬时相位和瞬时频率分解析信号的瞬时幅度、瞬时相位和瞬时频率分别为：别为： (4.3-2) (4.3-3) (4.3-4)()()(22tytxta0)(, 0)()(/ )( arctan20)(, 0)(2/30)(, 0)()(/ )( arctan0)(, 0)(2/0)(, 0)()(/ )( arctan0)(, 0)()(/ )( arctan)(tytxtxtyty

35、txtytxtxtytytxtytxtxtytytxtxtytdttdtf)(21)(西安电子科技大学电子工程学院444.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n1）模拟通信信号的瞬时特征模拟通信信号的瞬时特征AM信号信号AM信号表示为：信号表示为： (4.3-5) AM信号的解析信号的表达式为：信号的解析信号的表达式为： (4.3-7)其瞬时幅度和瞬时相位分别为：其瞬时幅度和瞬时相位分别为： (4.3-8)瞬时幅度是时变函数，瞬时相位不计线性分量时是常数。瞬时幅度是时变函数，瞬时相位不计线性分量时是常数。tftxmtsca2cos)(1)(tfjtxmtzca2exp)(1)(t

36、fttxmtaca2)()(1)(西安电子科技大学电子工程学院454.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n1）模拟通信信号的瞬时特征模拟通信信号的瞬时特征AM信信号号0500100015002000-202调制信号时 间 （ 微 秒 ）0500100015002000012瞬时幅度时 间 （ 微 秒 ）49005000510000.51瞬时谱频 率 （ Hz）0500100015002000-202瞬时相位时 间 （ 微 秒 ）49005000510000.51平均谱频 率 （ Hz）0500100015002000-202瞬时频率时 间 （ 微 秒 ）西安电子科技大学电子工程

37、学院464.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n1）模拟通信信号的瞬时特征模拟通信信号的瞬时特征DSB信号信号 DSB信号表示为：信号表示为： (4.3-9) DSB信号的解析信号的表达式为：信号的解析信号的表达式为： (4.3-11)其瞬时幅度和瞬时相位分别为：其瞬时幅度和瞬时相位分别为： (4.3-12)瞬时幅度是时变函数，瞬时相位不计线性分量时取值为常数瞬时幅度是时变函数，瞬时相位不计线性分量时取值为常数- - /2/2和和 /2/2。 tftxtsc2cos)()(tfjtxtzc2exp)()(0)(20)(2)()()(txtftxtfttxtacc西安电子科技大学

38、电子工程学院474.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n1）模拟通信信号的瞬时特征模拟通信信号的瞬时特征DSB信信号号0500100015002000-202调制信号时 间 （ 微 秒 ）0500100015002000012瞬时幅度时 间 （ 微 秒 ）4800490050005100520000.51瞬时谱频 率 （ Hz）0500100015002000-202瞬时相位时 间 （ 微 秒 ）4800490050005100520000.51平均谱频 率 （ Hz）0500100015002000-505瞬时频率时 间 （ 微 秒 ）西安电子科技大学电子工程学院484.3.

39、2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n1）模拟通信信号的瞬时特征模拟通信信号的瞬时特征SSB信信号号 SSB信号表示为：信号表示为： (4.3-13) SSB信号及其希尔波特变换可以表示为：信号及其希尔波特变换可以表示为： (4.3-17)其瞬时幅度和瞬时相位分别为：其瞬时幅度和瞬时相位分别为： (4.3-18) 瞬时幅度和瞬时相位都是时变函数。瞬时幅度和瞬时相位都是时变函数。tftxtftxtscc2sin)( 2cos)()(iiciNiiiciNitffxtstffxts)(2sin)( )(2cos)(11NiiiciNiiiciNiNjjijiiNitffxtffxttff

40、xxxta111121)(2cos)(2sinarctan)()(2cos2)(西安电子科技大学电子工程学院494.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n1）模拟通信信号的瞬时特征模拟通信信号的瞬时特征SSB信信号号西安电子科技大学电子工程学院504.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n1）模拟通信信号的瞬时特征模拟通信信号的瞬时特征FM信号信号FM信号表示为：信号表示为： (4.3-19)FM信号的希尔波特变换为：信号的希尔波特变换为： (4.3-22)其瞬时幅度和瞬时相位分别为：其瞬时幅度和瞬时相位分别为： (4.3-23) FMFM信号的瞬时幅度是恒定的，瞬

41、时相位是时变函数。信号的瞬时幅度是恒定的，瞬时相位是时变函数。dxKtftstfc)(2cos)()22sin()()( tnfftJtxxcnntnffJtnffJttaxcnnxcnn)(2cos)()(2sin)(arctan)(1)(西安电子科技大学电子工程学院514.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n1）模拟通信信号的瞬时特征模拟通信信号的瞬时特征FM信号信号西安电子科技大学电子工程学院524.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n2）模拟通信信号的瞬时特征模拟通信信号的瞬时特征2ASK信信号号2ASK信号表示为：信号表示为： (4.3-24) 瞬时幅

42、度和瞬时相位分别为：瞬时幅度和瞬时相位分别为： (4.3-26)瞬时幅度是时变函数，瞬时相位是常数瞬时幅度是时变函数，瞬时相位是常数0 0。0)()()(ttmtatftmtsc2cos)()(西安电子科技大学电子工程学院534.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n2）数字通信信号的瞬时特征数字通信信号的瞬时特征2ASK信信号号 0500100015002000-202调制信号时 间 （ 微 秒 ）0500100015002000-0.500.511.5瞬时幅度时 间 （ 微 秒 ）49005000510000.51瞬时谱频 率 （ Hz）0500100015002000-20

43、2瞬时相位时 间 （ 微 秒 ）49005000510000.51平均谱频 率 （ Hz）0500100015002000-202瞬时频率时 间 （ 微 秒 ）西安电子科技大学电子工程学院544.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n2）模拟通信信号的瞬时特征模拟通信信号的瞬时特征2PSK信信号号2PSK信号表示为：信号表示为： (4.3-27) 瞬时幅度和瞬时相位分别为：瞬时幅度和瞬时相位分别为： (4.3-31)瞬时幅度是恒定的，瞬时相位是有两个取值。瞬时幅度是恒定的，瞬时相位是有两个取值。实际系统中其瞬时幅度在码元转换时刻存在凹陷，这是由实际系统中其瞬时幅度在码元转换时刻存

44、在凹陷，这是由于实际系统频带有限引起的。于实际系统频带有限引起的。1)(2/1)(2/)(1)()(tmtmttmta)(2cos)(tmDtftspc西安电子科技大学电子工程学院554.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n2）数字通信信号的瞬时特征数字通信信号的瞬时特征2PSK信信号号 西安电子科技大学电子工程学院564.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n2）模拟通信信号的瞬时特征模拟通信信号的瞬时特征2FSK信信号号2FSK信号表示为：信号表示为： (4.3-32) 瞬时幅度和瞬时相位分别为：瞬时幅度和瞬时相位分别为： (4.3-34)瞬时幅度是恒定的，瞬

45、时相位是时变的，其瞬时瞬时幅度是恒定的，瞬时相位是时变的，其瞬时频率就是基带信号。频率就是基带信号。dmDttmtatf)()(1)()(dmDtftstfc)(2cos)(西安电子科技大学电子工程学院574.3.2常用通信信号的瞬时特征常用通信信号的瞬时特征n2）数字通信信号的瞬时特征数字通信信号的瞬时特征2FSK信信号号 西安电子科技大学电子工程学院584.3.3基于统计矩的模拟通信信号调制识别基于统计矩的模拟通信信号调制识别1）特征参数）特征参数对常见的模拟通信信号，如AM、DSB、LSB、USB、VSB、FM六种模拟调制通信信号，选取三个基于通信信号瞬时参数的调制参数作为特征参数。这三

46、个特征参数是：n零中心归一化瞬时幅度的之谱密度的最大值，简称幅度谱峰值；n零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量的标准偏差，简称绝对相位标准差；n零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量的标准偏差，简称直接相位标准差；n谱对称性。西安电子科技大学电子工程学院594.3.3基于统计矩的模拟通信信号调制识别基于统计矩的模拟通信信号调制识别1）特征参数）特征参数1幅度谱峰值幅度谱峰值定义为 (4.3-35)式中，Ns为取样点数，acn(i) 为零中心归一化瞬时幅度，由下式计算： (4.3-36)式中，ma 为瞬时幅度a(i)的平均值，用平均值来对瞬时幅度进行归一化的目的是为了消除信道增益的影响。 2maxma

47、x/cnsFFT aiN( )( ) 1cnnaia i( )( )naa ia im 11sNaisma iN西安电子科技大学电子工程学院604.3.3基于统计矩的模拟通信信号调制识别基于统计矩的模拟通信信号调制识别1）特征参数）特征参数1幅度谱峰值的性能幅度谱峰值的性能 它是反映信号的瞬时幅度变化的参数，它可以它是反映信号的瞬时幅度变化的参数，它可以用来区分是恒包络信号和非恒包络信号。用来区分是恒包络信号和非恒包络信号。 应用：应用： 区分区分FM和和DSB、AMn FM信号的瞬时幅度不变，属于恒包络类型，幅度谱峰值信号的瞬时幅度不变，属于恒包络类型，幅度谱峰值为零为零n DSB、AM信号

48、由于其瞬时幅度不为恒定值，幅度谱峰信号由于其瞬时幅度不为恒定值，幅度谱峰值不为零值不为零 西安电子科技大学电子工程学院614.3.3基于统计矩的模拟通信信号调制识别基于统计矩的模拟通信信号调制识别1）特征参数）特征参数2绝对相位标准差绝对相位标准差定义为 (4.3-37)式中at 是判断弱信号段的一个幅度判决门限电平，c是在全部取样数据Ns中属于非弱信号值的个数， 是经零中心化处理后瞬时相位的非线形分量。在载波完全同步时，有： (4.3-38)式中，(i)是瞬时相位。( )NLi0( )( )NLii 011sNisiN2)(2)()(1)(1icicNLaiaNLaiaaptntn西安电子科

49、技大学电子工程学院624.3.3基于统计矩的模拟通信信号调制识别基于统计矩的模拟通信信号调制识别2）特征参数）特征参数2绝对相位标准差的性能绝对相位标准差的性能它是反映信号的绝对相位变化的参数。它是反映信号的绝对相位变化的参数。应用：区分应用：区分FMAM和和DSBnDSB信号在去除载波频率引起的线性相位分量后，直接信号在去除载波频率引起的线性相位分量后，直接相位取值是相位取值是0和和 ，所以在中心校正后其绝对值是常数，所以在中心校正后其绝对值是常数 /2，所以不包含绝对相位信息，它的相位绝对标准差小。，所以不包含绝对相位信息，它的相位绝对标准差小。nFMAM复合调制信号则包含绝对相位信息，它

50、的相位复合调制信号则包含绝对相位信息，它的相位绝对标准差大。绝对标准差大。西安电子科技大学电子工程学院634.3.3基于统计矩的模拟通信信号调制识别基于统计矩的模拟通信信号调制识别1）特征参数）特征参数3直接相位标准差直接相位标准差定义为定义为 (4.3-39)式中各符号的意义与绝对相位标准差相同。它与绝对相位标式中各符号的意义与绝对相位标准差相同。它与绝对相位标准差的差别是计算不取绝对值。准差的差别是计算不取绝对值。这个参数主要用来区分信号是这个参数主要用来区分信号是AM信号还是信号还是DSB或或VSB信号信号2)(2)()(1)(1icicNLaiaNLaiadptntn西安电子科技大学电

51、子工程学院644.3.3基于统计矩的模拟通信信号调制识别基于统计矩的模拟通信信号调制识别2）特征参数）特征参数3直接相位标准差的性能直接相位标准差的性能它是反映信号的直接相位变化的参数。它是反映信号的直接相位变化的参数。应用：区分（应用：区分（DSB、LSB、USB、FM、FMAM）和（）和（AM和和VSB）。）。nAM和和VSB不包含直接相位信息，它们的相位标准差小。不包含直接相位信息，它们的相位标准差小。nDSB、LSB、USB、FM、FMAM信号则包含直接相信号则包含直接相位信息，它们的相位标准差大。位信息，它们的相位标准差大。西安电子科技大学电子工程学院654.3.3基于统计矩的模拟通

52、信信号调制识别基于统计矩的模拟通信信号调制识别1）特征参数）特征参数4谱对称性谱对称性定义为 (4.3-40)式中，PL是信号功率谱的下边带，PU是信号功率谱的上边带。 (4.3-41) (4.3-42)式中，S(i)为信号的傅立叶变换， 。LULUPPPPP211cnfUcniPS if 21cnfLiPS icscnsfNff0dp0dp西安电子科技大学电子工程学院664.3.3基于统计矩的模拟通信信号调制识别基于统计矩的模拟通信信号调制识别2）特征参数）特征参数4谱对称性的性能谱对称性的性能它是反映信号谱关于载波频率的分布的参数。它是反映信号谱关于载波频率的分布的参数。应用：区分应用：区

53、分VSB和和AM，或者，或者SSB与与DSB、FMnAM、DSB、FM、FMAM信号的谱关于载波频率是信号的谱关于载波频率是对称的；对称的；nSSB是不对称的，是不对称的，VSB处于两者之间。处于两者之间。n当信噪比无限大时当信噪比无限大时nSSB信号的，其中信号的，其中USB的的P1，LSB的的P1。nAM、DSB、FM、FMAM信号的信号的P0nVSB信号的信号的 。10 P10 P西安电子科技大学电子工程学院674.3.3基于统计矩的模拟通信信号调制识别基于统计矩的模拟通信信号调制识别2）识别性能）识别性能 05101520253005101520253035404550dBgamma-

54、maxAMDSBUSBLSBVSBFM05101520253000.020.040.060.080.10.120.140.160.18dBsigma-dpAMDSBVSB051015202530-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10dBPFMUSBLSBmaxdpP西安电子科技大学电子工程学院684.3.3基于统计矩的模拟通信信号调制识别基于统计矩的模拟通信信号调制识别3）识别分类器）识别分类器西安电子科技大学电子工程学院694.3.4基于统计矩的数字通信信号调制识别基于统计矩的数字通信信号调制识别1）特征参数）特征参数 对2ASK、2FSK、2PSK、

55、4ASK、4FSK、4PSK、8PSK和16QAM等八种数字调制信号，利用基于瞬时信息的5个特征参数：n幅度均值A；n频率峰值f42；n频率平方均值f2；n零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量绝对值的标准偏差，简称绝对相位标准差 ap ；n零中心归一化瞬时相位绝对值的标准偏差，简称修正的绝对相位标准差 ap2 。西安电子科技大学电子工程学院704.3.4基于统计矩的数字通信信号调制识别基于统计矩的数字通信信号调制识别1）特征参数）特征参数1幅度均值幅度均值是基于瞬时幅度的统计参数，由下面的式子定义：是基于瞬时幅度的统计参数，由下面的式子定义： (4.3-45)式中，Ns为取样点数，a(i)为瞬时

56、幅度。该参数可以区分恒包络和非恒包络信号 111sNisAa iN西安电子科技大学电子工程学院714.3.4基于统计矩的数字通信信号调制识别基于统计矩的数字通信信号调制识别1）特征参数）特征参数1幅度均值的性能幅度均值的性能用来区分恒包络和非恒包络信号。用来区分恒包络和非恒包络信号。应用：区分（应用：区分（MASKMASK、16QAM16QAM）信号和（）信号和（MFSKMFSK、MPSKMPSK）信号。信号。nMASK和和16QAM信号的包络是非恒定的，其瞬时幅度信号的包络是非恒定的，其瞬时幅度不为常数，瞬时幅度均值也就不为零；不为常数，瞬时幅度均值也就不为零；nMFSK信号，其包络为常数，

57、所以瞬时幅度减信号，其包络为常数，所以瞬时幅度减1的绝对的绝对值为零，其均值也就为零；值为零，其均值也就为零；nMPSK信号，虽然受信道带宽的限制，在相位变化时信号，虽然受信道带宽的限制，在相位变化时刻会产生幅度突变，但其幅度均值刻会产生幅度突变，但其幅度均值A接近零。接近零。西安电子科技大学电子工程学院724.3.4基于统计矩的数字通信信号调制识别基于统计矩的数字通信信号调制识别1）特征参数）特征参数2频率峰值频率峰值是基于瞬时频率的统计参数，由 定义： (4.3-46)式中，f(i)是信号的瞬时频率，符号E是统计平均。该参数可以区分频率调制和相位调制22442)()(ifEifEf西安电子

58、科技大学电子工程学院734.3.4基于统计矩的数字通信信号调制识别基于统计矩的数字通信信号调制识别1）特征参数）特征参数2频率峰值的性能频率峰值的性能区分频率调制和相位调制信号区分频率调制和相位调制信号应用：区分应用：区分 (2FSK、4FSK)和和(2PSK、4PSK、8PSK)nFSK信号的频率峰值小；信号的频率峰值小；nPSK信号的频率峰值大。信号的频率峰值大。 西安电子科技大学电子工程学院744.3.4基于统计矩的数字通信信号调制识别基于统计矩的数字通信信号调制识别1）特征参数）特征参数3频率平方均值频率平方均值定义为： (4.3-47)式中，fn(i）是对瞬时频率f(i)的修正。该参

59、数可用于频率调制的细划分)(1212ifNnNisfs40/)()(dsnfFifif西安电子科技大学电子工程学院754.3.4基于统计矩的数字通信信号调制识别基于统计矩的数字通信信号调制识别1）特征参数）特征参数3频率平方均值的性能频率平方均值的性能反映瞬时频率变换范围，细划分反映瞬时频率变换范围，细划分FSKFSK信号信号应用：区分应用：区分2FSK2FSK信号和信号和4FSK4FSK信号信号n2FSK信号，它的瞬时频率只有信号，它的瞬时频率只有2个值，；个值，；n4FSK信号，其瞬时频率有信号，其瞬时频率有4个值；个值；n2FSK信号的频率平方均值小于信号的频率平方均值小于4FSK信号的

60、频率平方均值。信号的频率平方均值。西安电子科技大学电子工程学院764.3.4基于统计矩的数字通信信号调制识别基于统计矩的数字通信信号调制识别1）特征参数）特征参数4绝对相位标准差绝对相位标准差 定义为： (4.3-48)它是一个与模拟调制信号相同的特征参数。 该参数可用于相位调制的细划分2)(2)()(1)(1icicNLaiaNLaiaaptntn西安电子科技大学电子工程学院774.3.4基于统计矩的数字通信信号调制识别基于统计矩的数字通信信号调制识别1）特征参数）特征参数4绝对相位标准差绝对相位标准差 的性能的性能它是反映信号的绝对相位变化的参数。它是反映信号的绝对相位变化的参数。应用：区