软件无线电中的信号调制样式的自动识别技术研究

1、 本文由罗云飞2008贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 华南理工大学 硕士学位论文 软件无线电中的信号调制样式的自动识别技术研究 姓名：黄碧卿 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：尹俊勋 20040501 摘要 摘要 软件无线电是未来通信发展的方向，而通信信号的调制样式自动识别技术是 构成基于软件无线电的通用接收机的重要技术基础。通信信号的调制样式自动识 别技术能够自动地识别所接收的通信信号的调制样式，以便后续的对应的通信信 号的解调处理，因此，它在多体制通信互联和软件无线电方面也有十分重要的应 用，是一个新兴的研究领域

2、。 本文主要研究了软件无线电中的信号调制样式的自动识别技术，在研究了软 件无线电接收机的数学模型及调制样式自动识别在软件无线电接收机所处的位置 及作用，针对软件无线电中的模拟调制信号、数字调制信号的特征，总结了基于 决策理论调制样式的自动识别的方法，和基于谱相关的调制样式自动识别方法， 和基于人工神经网络的信号调制样式的自动识别方法。 最后，结合前人基于决策理论的特征参数，提出一种基于谱分析的通信信号 调制样式的自动识别方法，通过对调制信号的信号频谱和信号平方谱，信号四次 方谱中提取信号的特征参数，在低信噪比（）下对信号集、 、进行自动识别。并在 调制信号中存在均值为的高斯白噪声的情况下，在微

3、机上进行仿真验证，其总 体识别率达到以上，证明了该识别算法性能是可行的。 关键词：调制样式自动识别 软件无线电谱分析 华南理工大学工学硕士学位论文 ， ， ： ； ； ； 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：毒铲雾谚 日期：。年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的

4、规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名：毒缸囊卿 导师签名：尹更矽 日期：。年月日 日期： 年 月 日 第一章绪论 第一章绪论 软件无线电是最近几年在无线通信领域提出的一种实现无线电通信的体系结 构，作为当前通信与电子领域中的一种新兴技术，软件无线电（ ） 是将标准化、模块化的硬件单元，通过高速总线或高速网

5、络连接形成一个通用的 数字式硬件平台，再通过软件加载的方式来实现各种类型无线通讯系统的开放式 体系结构，其基本思想是把、变换器放置在收发机的天线之后，用软件实 现无线电系统的所有功能。当代的无线通信系统很多，例如，卫星通信系统、蜂 窝移动通信系统、无线寻呼系统、短波通信系统、微波通信系统等等。而这些无 线通信系统的调制样式也很多，有、 等等。其多址方式有：时分多址（）、频分多址（）和码分多址（）等。 以往，对于一个通信信号进行接收解调的前提条件是首先要确知该信号的调制样 式和信号参数如信号带宽，波特率等。由于调制样式单一，通信双方一旦开机， 就在这一预先已知的调制样式下守候接收，显然就无需进行

6、调制样式的自动识别， 而软件无线电台却不一样，出于它所特有的多频段、多功能、多体制特性，使得 通信双方就无法在某一特定的调制样式上进行守候接收，除非事先约定。所以在 对信号进行接收解调前就首先必须识别该信号的调制样式及其信号参数，才能解 调出调制信息，并根据其信息内容将其转换为其他频率、其他调制样式的转发信 道上。所以调制样式的自动识别技术是软件无线电必须具备的功能之一，也是软 件无线电研究的关键技术之一。调制样式的自动识别技术能够在多信号环境和有 噪声干扰的条件下确定出接收信号的调制样式，它是构成基于软件无线电的通用 接收机和智能调制解调器的重要技术基础，尤其在近二十年来，计算机技术、高 速

7、数字信号处理技术以及高速专用器件的快速发展使得通信信号调制样式的自动 识别技术的工程实现有了保证。本文主要介绍了信号调制样式自动识别技术发展 过程，接着叙述了基于决策理论的调制样式自动识别方法、基于谱相关的调制样 式自动识别方法和基于人工神经网络的调制样式自动识别方法，最后提出了基于 谱分析的调制样式自动识别方法。 软件无线电的概述和发展状况 年月，公司的 首次提出了软件无线电（ ）”的概念。其中心思想是：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬 华南理工大学工学硕士学位论文 件平台，将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信 协议等用软件来完成，并使宽带和转换器尽可能靠

8、近天线，以研制出具 有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。可以说这种电台是可用软件控制 和再定义的电台。选用不同的软件模块就可以实现不同的功能。 软件无线电的主要特点可以归纳如下： （）具有很强的灵活性。软件无线电可以通过增加软件模块，很容易增加新的 功能。可以与其他任何电台进行通信，并可以作为其他电台的射频中继。可以通 过无线加载来改变软件模块或更新软件。为了减少开支，可以根据所需功能的强 弱，取舍选用的软件模块。 （）具有很强的开放性。软件无线电由于采用了标准化、模块化的结构，其硬 件可以随着器件和技术的发展而更新或扩展，软件也可以随需要而不断升级。软 件无线电不仅能和新体制电台通信，

9、还能与旧体制电台兼容。这样，既延长了旧 体制电台的使用寿命，也保证了软件无线电台本身有很长的生命周期。 软件无线电自年由美国公司的在美国的国家远程会 议上首次提出了软件无线电的概念（）。它是把硬件系统作为无线电 通信的基本平台，在此硬件平台上把尽可能多的无线电通信功能与个人通信及其 他通信业务通过各种不同的软件的运行来实现。它被称为继模拟到数字通信、从 固定到移动通信之后的第三次通信技术革命。目前，国内外的很多科研机构和大 学也下在进行软件无线电的研究。年，欧洲委员会与论坛 （ ，其正式名称为论坛， ）联合主办了第一届软件无线电国际研讨会， 会上指出了使一个移动终端的结构适应全球由软件定义的移

10、动通信标准。论 坛提供了全世界研究软件无线电的学者人员共同探讨软件无线电相关问题的平 台，并定期组织关于软件无线电的学术会议，讨论其最新发展状况。 软件无线电在军事上的发展状况 软件无线电最早是始于军事通信的需求。最早是美国为了解决海湾战争，多 国部队各军兵种之间进行联合作战所遇到互联互通互操作问题而提出的。由于三 军在工作频段、通信体制及信息传输格式上均不相同，导致在联合作战的时候， 各军兵种之间各自为政，互不兼容，形成不了真正意义上的“联合”作战。因此 美国国防部高级研究所提出了基于数字信号处理器、软件可编程、模块化、多频 段、多模式，并具有波形重新配置能力的电台（易通话）计划。在 年月，

11、 型样机研制成功并进行了技术演示，实现了种不同的 电台通信并同时和两种不同的电台通信；作为网桥网关，连接两个不同的、相互 第一章绪论 独立的、具有不同信号形式的无线网，使信号能透明地传输。演示了包括传输语 音和数据。年美军启动了的第二期工程，完成一个能兼容美军的 个电台，并能够同时与其中任意种电台通信。的第三期工程是真 正实现一个多频段多模式联合作战无线电系统，并于年装备部队。 软件无线电在民用上的发展状况 民用也是软件无线电的重要应用领域。特别在多频段多模式移动通用手机、 多频段多模式移动电话通用基站、无线局域网及无线用户环的通用网管等等方面。 特别在移动通信方面，无论是第二代还是第三代移动

12、通信，都有多种接口标 准，给全球通信造成一定的困难。如果采用软件无线电技术的基站和手机，通过 选择不同的软件模块，就可以工作于不同的模式。基于软件无线电的移动通信基 站，采用开放式的硬件和软件结构，可以通过空中接口模块自动加载软件实现基 站的升级，可以实现基站功能的扩展和大大节约人力物力。年，美国在 系统上进行了“智能天线”实验，并成功运用了软件无线电技术。该实验利用了 不同软件的运行来完成“智能天线”的各种功能，使得系统的频率复用率由 提高至，从而可以大大增强了现有通信系统的容量并提高系统的可靠性。未 来的通信在很大范围内应用了软件无线电的多种关键技术，未来的无缝多模式 网络要求无线电终端和

13、基站具有灵活的频段、信道接入模式、数据速率和应用 功能，软件无线电可以通过灵活的应变能力提高业务质量，同时简化了硬件组成， 将更多的功能通过软件来实现，只需要加载不同的软件模块就能适应业务发展的 需求。目前已经出现了基于软件无线电开发的基站，更好地减少了基站体积 和增强了可扩展性。民用软件无线电的发展状况如图所示。 数字搏带贲 华南理工大学工学硕士学位论文 软件无线电是一门全新的技术，无论未来的军用和民用通信系统，其共同的 发展目标是不论网络覆盖，设备，频段，用途，或用户需求，都能够实现无缝的 全球漫游。软件无线电是实现这一目标的一种技术途径，它具有光明的发展前途， 是未来通信发展的方向。 。

14、调制样式自动识别技术发展状况 调制样式自动识别技术是构成基于软件无线电的通用接收机的重要技术基 础。在多种通信体制并存的通信局面下，接入方式各不相同，通信信号调制样式 的自动识别技术能够自动地识别通信信号的调制样式，以便后续的对应的通信信 号的解调处理，因此，它在多体制通信互联和软件无线电方面也有十分重要的应 用，是一个新兴的研究领域。 在近二十年来，调制样式自动识别技术研究在不断发展中，并且取得了一定 的成果。已有的调制样式识别技术主要分为判决理论方法和统计模式识别方法。 判决理论的方法是采用概率论和假设检验理论的方法，进行信号的分类。通 常要根据信号的统计特性，通过理论分析和推导，得到统计

15、检验量。可形成判决 准则，检验量通常基于耗费函数最小化原则，采用优化或近似优化的变量，变量 多为优化后的似然比（）。判决理论一般是基于噪声干扰下的调制信号的统计 特性方法分析，推导出判决准则，考虑噪声的影响，适合于低信噪比的调制样式 自动识别。采用判决理论的方法是根据对具体调制信号的统计特性分析得到，只 适合对应的调制样式的识别，所以识别的范围较窄。近年来还有基于信号高阶统 计相关矩变量的识别算法，都大大促进了调制样式自动识别的发展。 统计模式识别方法一般分为两大部分：特征提取和类型映射。特征提取部分 是从原始数据中抽取对调制识别有用的信息，可被视为一种影射关系，即从输入 的信号序列映射到选定

16、的特征空间。类型识别部分的主要功能是判断信号调制类 型的从属关系。在识别系统的构建过程中需要一定量的各种调制信号样本，通过 对各种信噪比条件下的正确识别率来评估算法的性能。统计模式识别方法通常是 基于无噪声干扰的假设进行特征提取，在高信噪比条件下，特征明显，容易提取， 识别效果好，在低信噪比条件下，特征模糊，难于提取，识别效果差，但理论分 析简单，抽取的特征适应性强，可用于多种类型调制信号的识别。统计模式识别 方法有代表性的是由和提出的基于决策理论分类器的时域 和频域综合分析方法】【，可以识别模拟和数字调制信号，在信噪比为 时，可以实现以上的正确识别率。特征参数上选取了各类调制信号的时域和 频

17、域特征，特征参数的门限值通过对信号的大量统计比较得出，门限值的选取影 响算法的识别效果。 第一章绪论 调制样式自动识别技术正方兴未艾，应用前景广阔。除了软件无线电的通用 接收机、非合作通信互联系统、民用无线电监视使用外，对所接收信号的自动认 识、分析也是软件无线电台要进一步发展并实用化需要解决的技术难题之一，这 仍然是一块有待发展的新兴的研究领域。 目前软件无线电的发展对调制样式自动识别不断提出了新的要求，在调制样 式自动识别技术研究领域，国内在这方面的研究大多局限在某种特定条件下对某 一调制类型集合的调制样式自动识别，在很多方面还需要更深入研究，并且最终 朝数字化和软件化方向发展，因而还有漫

18、长的路要走。 本课题研究的意义及内容 软件无线电是一门全新的技术，无论未来的军用和民用通信系统，其共同的 发展目标是不论网络覆盖，设备，频段，用途，或用户需求，都能够实现无缝的 全球漫游。软件无线电是实现这一目标的一种技术途径，它具有光明的发展前途， 是未来通信发展的方向。 本论文主要对软件无线电中的调制样式的自动识别技术进行研究，其主要内 容如下： 研究了软件无线电接收机的数学模型及其实现方法，及调制样式识别在软 件无线电接收机所处的位置。 针对软件无线电中的模拟调制信号，数字调制信号的特征，总结了基于决 策理论的调制样式自动识别方法，和基于谱相关的调制样式自动识别方法，和基 于人工神经网络

19、的调制样式自动识别方法。 在前人工作的基础上，结合前人基于决策理论的调制识别方法中的特征参 数，提出一种基于谱分析的通信信号调制样式的自动识别方法，通过对调制信号 的信号频谱和信号平方谱，信号四次方谱中提取信号的特征参数，在低信噪比 （）下对信号集、 、）进行自动识别。并且在微机上用平台进 行仿真验证，证明在低信噪比（）时，其总体正确识别率达到以上， 达到了预期的效果，证明了该识别算法性能是可行的。 华南理工大学工学硕士学位论文 第二章软件无线电接收机的数学模型 软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通 过软件编程来实现无线电台的各种功能，软件无线电的重要特征是数字化

20、处理 （和变换）尽量靠近天线。软件无线电强调体系结构的开放性和全面的可 编程性，包括可编程的射频段、信道接入模式、信道调制方式以及信源编码方式。 并且通过软件的更新改变硬件的配置结构，实现新的功能。软件无线电采用标准 的、高性能的开放性总线结构，以利于硬件模块的不断升级和扩展。理想的软件 无线电台结构如图所示。 鞴单元 图理想的软件无线电台结构 但是由于目前的高速芯片、转换芯片的处理能力还没达到理想软 件无线电要求从系统的射频段数字化的处理能力，实际的软件无线电结构采用折 衷的方案来实现。将系统的、转换器只是尽可能地向端靠近，由基带 移到中频，对整个中频系统进行采样。从而将接收到的模拟信号数字

21、化，从而使 信号的产生、调制、解调、编码、解码等功能均可通过通用可编程等器件完 成。然后通过运行不同的算法，使软件无线电台可以实现不同的通信业务功能。 软件无线电是一种以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电 子技术为支撑的新的无线通信体系结构。 实现软件无线电的关键技术 实现软件无线电的关键技术主要有：宽带多频段天线与宽带射频模块、宽带 第二章软件无线电接收机的数学模型 转换、高速并行技术。 。宽带，多频段天线与宽带射频模块 软件无线电台覆盖的频段从，要求宽带射频模块和低损耗宽带天线， 就目前水平而言要研制出一种全频段天线是不可能，研究最佳多频段天线的主要 障碍是当两个频率的频谱十

22、分靠近时，不能设计出同时在两个频率上工作的多频 段天线。对于大多数系统只需覆盖不同频段的几个窗口，而不必覆盖全部频段， 故可以采用组合式多频段天线的方案。美军的项目中就采用了分段实 现的宽带天线，即把的频段分成、 三段，并且作为过渡措施，把软件无线电台中的功率射频模块设计成更换模式。 这在技术上可行，且不影响战术使用要求。 此外智能天线也是软件无线电中的一个关键技术，并且已经应用在移动通信 当中的基站。智能天线通过提高前向和反向链路所需信号的载干比，扩大信道的 容量。提高智能天线载干比的途径有三条：）利用天线截面积，用定向阵列产生 增益。这可以利用物理的定向单元完成。或综合更多单元的输出以增加

23、截面积， 再产生增益；）减少多径衰落，防止多径传播所引起的载，干比损耗；）识别并抑 制干扰信号。软件无线电台结构支持这三种方法的实现。实验分析表明，采用“智 能天线”的软件无线电台，可以提高前向和反向链路的载，干比，使频率复用达到 ，采用智能天线能使系统容量扩大两倍以上。 宽带射频前端要求器件有较宽的频率范围，主要完成低噪声放大、滤波、混 频、自动增益控伟（）以及输出功率放大等功能。宽带低噪声前置放大器可达 到几个倍频程，这无论是在器件上还是电路设计上都没有困难，几个倍频程的宽 带功放则需要很好地选择器件并使用电路优化技术。 宽带转换 软件无线电体系结构的一个重要特点是将和尽量靠近射频前端。为

24、 减少模拟环节，在较高的中频，乃至对射频信号直接进行数字化。这就要求 器件具有适中的采样速率和很高的工作带宽。为适应错综复杂的电磁环境， 器件除了要有高速度、大带宽外，同时还需要大动态范围。 根据奈奎斯特抽样理论：采样速率至少是模拟信号最高频成分的两倍，即 ，才能保证原信号被无失真地还原。转换器的主要性能包括采样速 率和分辨率的比特数，这两项性能指标将直接影响到变换器输出信号信噪比 的动态范围。三者之间的关系可用下面表达式近似来表示： ，（） 、 华南理工大学工学硕士学位论文 表示转换器的位数，即分辨率的比特数，是采样频率，是输入模拟 信号的最高频率。为转换器的输出信噪比。 根据（一）公式，利

25、用计算 机模拟得到换器的信噪比和分辨率的比特数之间的关系如下图和图 所示。 图信噪比与采样频率和分辨率之间的关系曲线（假定） （ ） 、 图信噪比与信号的最高频率与采样频率之间的关系曲线（假定位） 、 （ ） 由图可以看出：当中频信号时，若要使到，即使采样 频率达到，分辨率也不能小于位； 由图可以看出，当分辨率位时，若使达到，信号带宽保 持，采样频率应达到。 如果直接采用奈奎斯特采样定理，要对整个工作频段的射频信号进行采样数 字化，则要求转换器的采样频率至少是射频信号的最高频率的两倍以上，并 且要求后续的数字信号处理量非常大，以目前的数字信号处理芯片的处理能力来 第二章软件无线电接收机的数学模

26、型 说，远远未能达到如此的处理能力。 所以，软件无线电使用的采样技术更基本的是采用带通采样技术，而且在前 置窄带滤波器的配合下，采用几个有限的采样频率就能实现对整个工作频带内的 射频信号进行直接采样数字化，然后通过软件或信号处理算法完成对各种类型调 制样式信号的解调、处理功能。 带通采样定理设一个频率带限信号工（），其频带限制在（正扫）内，如果其采 样速率括满足： 型垒±垒（） （ 式中，取能满足（扫一正）的最大正整数（，），则用扣进行等间隔采样 所得到的信号采样值（）能准确地确定原信号上（）。式（）用带通信号的中心 频率，和频带宽度也可表示为： ：三包 ， 式中。 ；掣，取能满足扣

27、曰的最大正整数。由式（）可见，当频 率宽度一定时，为了能用最低采样速率即两倍频带宽度速率对带通信号 进行采样，带通信号的中心频率必须满足： （） （） 也就是说，任何一个中心频率为。（，）带宽为的带通信号均可以 用同样的采样频率；对信号进行采样。在进行带通采样之前，需要采用抗混 叠滤波器，把抗混叠滤波器调到对应的带通信号的中心频率，。上，滤出所感兴 趣的带通信号知（），然后再以进行采样。 带通采样降低了对采样频率的要求，并且可以直接在中频和射频上实现数字 化。 决定无线接收机转换器的技术特性的参数还包括：信噪比（）、寄生自 动动态范围（）、噪声功率比（）和全功率模拟输入带宽。 高速并行技术 数

28、字信号处理器（）是接个软件无线电的灵魂和核心。软件无线电的灵活 性、开放性、兼容性等特点主要是通过以数字信号处理器为中心的通用硬件平台 和软件来实现的。包括频谱分析、信号调制样式识别、信号解调，信号的上 下变频，各种样式的数字调制、数字滤波、比特流的编码、译码、同步信号的获 华南理工大学工学硕士学位论文 取等等都依赖于数字信号处理器来完成。要完成这些功能，单个器件是难以 实现的，例如，对一个带宽为通信信号，以的采样速率进行采样， 输出的数据用一个性能良好的滤波器进行滤波，假使对每个采样值运 算次的话，其运算量在，再加上额外的开销、控制的处理负荷， 所要求的处理能力是相当高的。这就必须采用多个高

29、速并行组成多处理模 块来提高的数据处理能力。下图给出了一个多重处理的结构框图。 图 多重处理结构框图 在多重处理结构中，快速处理器之间的链路加快了数据流的速度，同时 统一的地址空间和专门的控制操作简化了存储器存取和多重处理，因此内部存储 器和处理器缓和了总线的瓶颈问题。 软件无线电采样数字化的三种结构形式 软件无线电主要由三大部分组成，即用于射频信号变换、位于模数，数模转换 之前的射频处理前端、高速模数，数模转换器（、）以及位于之后、 之前的数字信号处理单元（）等三大部分。其中（）起着关键的作用，是 软件无线电的核心。不同的采样方式决定着射频处理前端的组成结构，也影响着 其后的处理方式和对处理

30、速度的不同要求；而的性能也将严重制约整个软件 无线电性能的提高。根据节所讲，对射频信号的采样数字化可以有两种方法， 第一种是基于奈奎斯特定理的低通采样；第二种是带通采样。所以可以考虑的采 样方式有三种：射频低通采样数字化结构，射频带通采样数字化结构和宽带中频 带通采样数字化结构。 第二章软件无线电接收机的数学模型 射频低通采样数字化结构如图所示。 趣融 （暂【件） 图射频低通采样数字化结构 这种结构是最接近理想的软件无线电，但它不仅对转换器的性能如转换 速率、工作带宽、动态范围等有非常高的要求，同时对后续或的处理 速度要求也特别高。例如，工作在的软件无线电接收机，其采样频 率至少需要，这样高的

31、采样率，不仅性能难以达到，后续的数字信号 处理器也难以应付。因此这种低通采样软件无线电结构一般只适用于工作带宽不 是非常宽的场合。 射频带通采样数字化结构如图所示。 （软件） 图射频带通采样数字化结构 这种结构在前端采用了带宽相对较窄的电调滤波器，然后根据所需的处 理带宽进行带通采样。根据带通抽样定理，在满足一定条件时，抽样频率为信号 处理带宽的二倍，而且在实际当中，我们感兴趣的信号大多数是带通信号，带通 信号所在的频段较高，但是带宽较窄，因而带通采样对的采样速率的要求大 大降低，但是对采样保持器的速度要求仍然比较高。 宽带中频带通采样数字化结构如图所示。 华南理工大学学硕士学位论文 一抽）

32、（软件） 图宽带中频带通采样数字化接收机结构 这种结构和中频数字化接收机的结构是类似的，采用的是超外差体制。但是 它的中频带宽为宽带结构，它可以对很宽频带内的信息进行数字信号处理，因此 在性能上会有质的飞跃，是窄带系统所无法达到的。这种软件无线电接收机结构 是三种方式中最容易实现的，对器件的性能要求最低，但是它也是一种较可行的 软件无线电的设计方案。 软件无线电接收机的数学模型 研究软件无线电接收机的模型是深入了解软件无线电概念和形成系统性理论 框架的最佳途径。我们这里介绍软件无线电接收机的数学模型。主要介绍单通道 软件无线电接收机数学模型。 单通道软件无线电接收机是指这种接收机在同一时刻只能

33、接收所选择的一个 信道的信号进行接收解调分析，不能同时接收多个信号。任何一种调制形式的信 号（）均可表示为： （竹）（）妒（）】 （） 式中（）、妒（）分别为信号的幅度调制分量和相位调制分量，纰为信号（数字） 载频或中心频率。如果用正交分量来表示，上式可以改写成 （）（）（）一（）（） （） 式中（）口（，）烈） （）（）妒（”） 分别称为信号的同相分量和正交分量。而对信号进行接收解调的目的实际上 就是提取这两个正交分量。可以通过数字混频法和基于多相滤波的正交变换法来 提取、两路正交基带分量。数字混频法的实现方法如图所示 第二章软件无线电接收机的数学模型 量 叶三 西（，。 （帕 （） 图数字

34、混频法提取正交分量 图中的低通滤波器主要用来滤除，（）和（）频谱分量以外的不需要的信号。 低通滤波器的通带截止频率工应为（）或（）频谱分量中对应的最高频率，而滤 波器的阻带截止频率应小于信道间隔的一半。在获得正交分量之后，要通过数 字抽样和内插来改变信号的数据率，以有利于后期的信号特征提取。改变信号样 点速率的技术是数字抽样和内插。将抽样序列（）的速率降低倍的过程称为抽 样。为避免降低速率时产生混叠，对原序列进行低通滤波是必不可少的。设滤波 后的样点序列为（），（）序列中每个样点保留一个样点得到一个新的序列。 提高速率倍的过程称为内插，将原序列（）的每两个样点之间插入个零值 样点，产生样点序列

35、（），（）的频谱和插入零点之前的序列（）的频谱是相同 的，频谱重复周期都是声，为得到频谱重复周期为声的序列，需要低通滤波器 来滤除不需要的重复频谱成分而只保留基带频谱。滤波器的输出序列即是速率提 高倍后的样点序列（）。这个过程可以通过级连内插器和抽取器来实现。下图 是内插器和抽取器级联模型。 ；······，············一·······

36、·········一·····一· 图内插器和抽取器级联模型 经过速率变换处理后的信号（）、（）并不会改变原来的信号谱结构，而其 数据率（采样率）却变为原速率的倍。对后续的信号处理减轻了负担。实际当 中，广泛用于抽样内插系统的有两种高效的数字滤波器一级联积分梳状滤波器（） 和半带滤波器（， ）。滤波器无需乘法运算可以实现高速 滤波，一般用在输入采样率最高的第一级。半带滤波器只需要普通滤波 器运算量的一半，所以用在中等输入采样的第二级。经过前两级的

37、抽取滤波，采 华南理工大学工学硕士学位论文 样率已明显降低。后续的滤波器可以通过普通滤波器实现。经过抽取滤波后 得到的正交基带信号（）、（）送到瞬时特征提取单元进行瞬时幅度（），瞬时 相位“枘和瞬时频率（）的计算，这些瞬时特征是作为后续的解调分析模块完成 信号调制样式自动识别和对应解调的重要特征值。基于正交数字混频的软件无线 电接收机数学模型见图。 瞬时幅度 瞬时相位 瞬时频率 （）、，（）（玳） （） 彻）蝴船 ，（）（）烈一） （） （） 这三个值是后面的信号调制方式的自动识别当中很重要的识别特征。 酬，最而可丽 咖）。一鬻 ，坤娟吣一咖一 母（ ·· ：十十一 删鳓删

38、删 图基于正交数字混频的软件无线电接收机数学模型 基于带通采样定理，可以利用多相滤波正交化处理器来代替两个正交本振 （）和（。多相滤波正交化处理器的模型如下图所示。 。 一”。 图多相滤波器正交化处理器 这种正交化处理器通过改变采样频率来选取所需接收解调的信号（）（其载 频为），并通过多相滤波得到正交的零中频的数字基带信号）、（，），经过 两倍抽取之后，再经过两个正交延迟校正滤波器，（）和凰一）。得到的基带信 号只有采样率的一半。这种正交采样适用于射频直接带通采样，也适用于宽带 中频带通采样。但在采样前都必须设置一个抗混叠跟踪滤波器。下图是基于 第二章软件无线电接收机的数学模型 多相滤波正交处理的软件无线电接收机数学模型。 器嬲 图基于多相滤波正交处理软件无线电接收机数学模型 这种结构实现比较简单，但是对采样振荡器的要求比较高，它要求根据信号 的中心频率能精确的预置到带通采样公式工÷尝所确定的采样频率上，其 十 中是选择使满足：工（）时的最大值，式中为中心频率调谐于 的前置跟踪滤波器的带宽，为该滤波器的矩形系数。应大于信号带宽（）。 本章小结 本章简述了软件无线电实现的几大关键技术，及其采样数字化采样的三种结 构形式。最后给出了软件无线电接收机的数