短波通信中的数字调制信号识别_李雪耀
第29卷第8期 哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报 V ol .29№.82008年8月 Journal of H arbin Engineering University A ug .2008
短波通信中的数字调制信号识别
李雪耀,韩 冰,张汝波
(哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨 150001)
摘 要:针对目前没有有效的方法对短波通信中的调制信号进行识别的问题,提出一种基于小波包变换、高阶累积量和支持向量机的数字调制信号识别新方法.该方法提取信号经小波包变换后各频段的能量值和累积量作为特征向量,利用以支持向量机为基础的多级分类器对其进行调制识别.此分级调制识别方法与其他非分级调制识别方法相比具有较高的识别率.实验表明,针对F SK 、PSK 等10种调制信号在低信噪比下具有较高的识别能力,该算法在短波通信中的调制信号识别领域有较好的应用.
关键词:调制信号识别;小波包累积量;支持向量机;分级识别
中图分类号:T N911.7 文献标识码:A 文章编号:1006-7043(2008)08-0836-06
Recognition of digital modulation signals in shortwave communications
LI Xue -yao ,HAN Bing ,ZHANG Ru -bo
(Colleg e of Compute r Science and Technology ,Har bin Engineering U nive rsity ,H arbin 150001,China )
A bstract :There has been no effective w ay to recog nize mo dulatio n sig nals in sho rtw ave com munications un -til now .The authors developed a metho d for digital modulation reco gnition based o n w avelet packet trans -fo rm ,hig h orde r cumulants and support vecto r m achine .In the method ,the energy v alues and cumulants obtained fro m w avelet packet transform are extracted as the eigenvectors ,then hierarchical classifiers based o n suppo rt vector m achines are used as the classifiers to mo dulate and recog nize the signals .This hi -erarchical metho d has a higher recognitio n rate than o ther no n -hierarchical o nes .Classifica tion re sults fo r 10modulation types including FSK ,PSK etc .show ed that the method has hig her recognitio n perfo rmance in low SN R enviro nments and it has w ide application in reco gnitio n of mo dulated signals in shortw ave com -m unications .
Keywords :m odulatio n sig nal recognitio n ;w avelet packet cum ulants ;suppo rt vecto r machines ;hierarchical recog nition
收稿日期:2007-08-24.基金项目:国家自然科学基金资助项目(60475016).作者简介:李雪耀(1944-),男,教授,E -mail :lixu eyao @h rbeu .edu .
cn .
短波通信始终在通信领域中占有不可或缺的一席之地.短波信道中的数字调制信号是近年来通信信号领域的生力军.因此,识别调制信号有重要的现
实意义.[1]目前比较流行的各特征提取方法和识别
技术有很多,如根据信号的瞬时幅度、瞬时相位和瞬时频率提取6个特征参数来进行分类[2]
,但该方法受信噪比影响较大;Ke ttere r 提出了时频分析的方法[3],但此方法计算量较大,分类效果不明显;H sue 采用过零检测的信号识别方法
[4],但一般要
求数据采样率比较高,对相位调制信号的识别比较困难;最近广泛采用神经网络对模拟和数字调制方
式分别进行识别[5],但是由于样本的有限性,神经网络算法容易出现过学习和欠学习以及局部极值问题.现有算法一般仅对高信噪比下的数字调制信号进行识别,但短波信道信噪比较低.基于AR 模型的识别方法[6]虽然对-1dB 的调制信号分类识别进行的研究,但识别结果只达到了80%.同时目前的算法大多只对2FSK 、4FSK 、2PSK 、4PSK 等常见的调制信号进行了识别,但短波中的调制信号种类很多,故必须提出一种有效的方法对短波信道中的数字调制信号进行调制识别.
小波包变换可在满足海森堡不确定性[7]原理的前提下,自由选择不同时间点、频率点上的时频分辨率,从而可更简约地提取调制信号的特征.高斯白噪声大于二阶的累积量为零,有很好的抑制噪声作用.支持向量机方法是根据有限的样本在模型的复杂性和学习能力之间寻求最佳折衷,有较好的推广能力.以上述思想为基础,针对2FSK 、3FSK 、4FSK 、八频量化、8PSK 、PSK 相位十二路、16PSK 、18PSK 、39路相位多路、LINK11等10种短波调制信号的识别问题,提出了一种基于SVM (支持向量机)的分级调制识别方法.该方法以小波包变换后各频段的能量值和累积量作为特征,以两级支持向量机作为分类器对信号进行了有效地识别而且对噪声具有不敏感性,在信噪比0dB 时仍能取得较高的识别率.
1 数字调制信号特征提取
1.1 小波包分析
短时傅里叶变换对信号的频带划分是线性等间隔的.多分辨分析可以对信号进行有效的时频分解,但是由于其尺度是按二进制变化的,所以在高频频段其频率分辨率较差,而在低频段其时间分辨率较差,即对信号的频带进行指数等间隔划分.小波包分析能够为信号提供一种更加精细的分析方法,它将频带进行多层划分,对多分辨分析没有细分的高频部分进一步分解,并能够根据被分析信号的特征,自适应地选择相应频带,使之与信号频谱相匹配.因此小波包具有更广泛的应用价值.
在多分辨分析中,L 2(R )= j ∈z W j ,表明多分辨分析是按照不同的尺度因子j 把H ilbert 空间L 2(R )分解为所有子空间W j (j ∈Z )的正交和.其中W j 为小波函数Χ(t )的闭包(小波子空间).现在,希望进一步对小波子空间W j 按照二进制进行频率的细分,以达到提高频率分辨率的目的.一种自然的做法是将尺度因子空间V j 和小波空间W j 用一个新
的子空间U n
j 统一起来表征,若令
U 0
j =V j ,
U 1j =W j ,
j ∈Z .(1)
则H ilbert 空间的正交分解V j +1=V j W j 即可用U n j 的分解统一为
U 0j +1=U 0j U 1
j , j ∈Z .(2)
定义子空间U n j 是函数u n (t )的闭包空间,而U 2n j 是函数u 2n (t )的闭包空间,并令u n (t )满足下面的双尺度方程:
)=2
∑k ∈Z
h (
k )u n
(2t -k ),t )=2∑k ∈Z
g (k )u n (2t -k ).
(3)
式中:g (k )=(-1)k
h (1-k ),即两系数也具有正交关系.当n =0时,式(3)直接给出:
u 0(t )=2∑k ∈Z
h (k )u 0(2t -k ),
u 1(t )=2∑k ∈Z
g (k )u 0(2t -k ).
(4)
由式(3)构造的序列{u n (t )}称为由基函数u 0(t )=ψ(t )(ψ(t )为尺度函数)确定的正交小波包.当n =0时,即为式(4)的情况,又称{u (t )}为关于序列{h (k )}的正交小波包.
小波包分解是将频带进行多层次划分,对多分辨率分析没有细分的高频部分进一步分解,并能够根据被分析信号的特征,合适地选择相应频带,使之与信号频谱相匹配,找到最适合于待分析信号的时频相平面.1.2 高阶累积量
由于高斯噪声对大于2阶的累积量恒为零,把接收到的含有高斯噪声的非高斯信号变换到累积量域处理,就可以减少噪声的影响.
对于高斯信号,其统计特性可由其均值(一阶矩)和方差(二阶矩)来描述,但对于非高斯信号,就需要用更高阶的统计量才能完整描述其统计特性[8].设x (n )为离散时间实值平稳随机过程,其二、三、四阶矩分别定义为
m 2x (i )=E [x (n )x (n +i )],(5)m 3x (i ,j )=E [x (n )x (n +i )x (n +j )],
(6)m 4x (i ,j ,k )=E [(x (n )x (n +i )x (n +j )x (n +k )].
(7)
若x (n )为零均值随机过程,则其二、三、四阶累积量分别定义为
c 2x (i )=m 2x (i )=E [x (n )x (n +i )],
(8)c 3x (i ,j )=m 3x (i ,j )=E [x (n )x (n +i )x (n +j )],
(9)
c 4x (i ,j ,k )=m 4x (i ,j ,k )-m 2x (i )m 2x (j -k )-m 2x (j )m 2x (k -i )-m 2x (k )m 2x (i -j ).(10) 由式(6)～(10)可知,零均值随机过程的二,三阶累积量分别与它的二,三阶矩相等,但更高阶的累积量与相应阶次的矩是不相等的.高阶累积量可由相应阶次及低阶次矩表达,反之亦然.
对于零均值高斯随机过程x (n ),其累积量和矩有以下结论:
c 1x =0,c 2x =σ2
,c kx ≡0(k ≥3),
m kx (i 1,i 2,…,i k -1)=
0,
k 为奇数;1×3×5×…×(k -1)σk
,
k 为偶数.
(11)
·
837·第8期 李雪耀,等:短波通信中的数字调制信号识别
式中:σ2
为方差.可见零均值高斯过程三阶以上的累
积量恒等于零,奇数阶次的高阶矩才等于零,只有偶数阶次的高阶矩不恒等于零,并且偶数阶次的高阶矩
归根到底是由其二阶矩(即方差)决定的.因此,应用中常用高阶累积量研究非高斯信号的统计特性.
高阶累积量有一个重要的性质:2个统计独立随机过程之和的累积量等于这2个过程累积量之和.由以上零均值高斯过程三阶以上累积量恒等于零的结论可知,当信号中含有加性高斯有色噪声时,在理论上高阶累积量可以完全抑制噪声的影响,从而提高信噪比.1.3 特征提取方法
在信号分析中,小波函数因为各自的特点不同,它们的适应场合也不同,所以根据被分析的信号特点,选择合适的母小波是关键.由于DB3小波是紧支撑的且正则性比较好,适合于数字调制信号特征的抽取.因此选择DB3小波作为小波母函数.特征提取按以下方法进行:
1)选用DB3小波对信号进行三层小波包分解,分别提取第3层从低频到高频8个频率成份的信号特征.各特征分别用X 3j (j =0,1,...,7)表示.2)对小波包分解系数重构,提取各频带范围的信号.以S 3j 表示X 3j 的重构信号.对第3层所有结点进行分析,则总信号S 可以表示为
S =S 30+S 31+S 32+S 33+S 34+S 35+S 36+S 37.(12) 3)求各频带信号的总能量.设S 3j (j =0,1,…,7)对应的能量为E 3j (j =0,1,...,7),则有
E 3j =
∑n
k =1
|x
3j
|2
.
(13)
式中:x 3j (j =0,1,…,7;k =1,2,…n )表示重构信号S 3j 离散点的幅值.
4)构造特征向量.特征向量V 构造如下:
V =[E 30 E 31 E 32 E 33 E 34 E 35 E 36 E 37]T .(14) 当能量较大时,E 3j (j =0,1,…,7)通常是一个较大的数值,给数据分析带来不方便.由此,可以对特征向量V 进行归一化处理,令
E =
∑7
j =0
|E 3j |
2
1/2
.(15)则归一化后的信号能量分别为
E ′3j =E 3j /E (j =0,1,…,7).
(16)
向量:V ′=[E ′30 E ′31 E ′32 E ′33 E ′34 E ′35
E ′36 E ′37]T
即为归一化后的向量.
这样,可以得到信号经小波包分解后不同频带的能量,能量的改变蕴涵着信号特征的改变,从而可以找出调制信号能量的变化规律.由于离散序列进行小波包分解后的小波系数矩阵的维数高(N 维,N /2维,…),而利用小波系数能量所构造的特征向量的维数低,这就把原始的高维小波系数空间转变成了低维的能量特征空间,从而能够高效地进行调制信号的识别分类.
表1为实际采集信号归一化后的能量值.由于利用现有的滤波器组结构实现小波包分解时,高频信号做向下采样处理后会变为低频信号,使频带划分不按频率大小顺序连续排列.而E ′34、E ′35,即为8个频带中频率高的部分.实验中表1所示其值较少,对信号的识别贡献不大,为了提高算法的运行效率,把这2个特征去掉,所以利用小波包分解所提取的特征是V ″=[E ′30 E ′31 E ′32 E ′33 E ′36 E ′37],共6个特征.
表1 各信号归一化后的能量值
Table 1 The energy of the normalized unit signals
待识别信号E ′30E ′31E ′32E ′33E ′34E ′35E ′36E ′373FSK 0.072730.424690.197160.836230.020330.107350.073880.242504FSK 0.045720.006170.753440.094230.017450.006120.643600.08224八频量化0.715120.173740.413100.295540.029410.042770.413910.162508PSK 0.016240.005920.589660.069100.022340.009750.797140.1058312P SK 0.088530.421480.538840.565940.026720.077960.408010.1749716P SK 0.064830.620700.200450.719170.016670.106250.105740.1743639P SK 0.211680.584760.484620.504340.025940.073000.306410.15537LIN K 110.152410.079560.679680.276600.004940.051520.622410.2047418P SK 0.060090.103560.682820.181010.019650.024540.689190.103362FSK
0.10209
0.27252
0.44887
0.76660
0.03149
0.08459
0.22534
0.25916
·838·哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报 第29卷
5)高阶累积量.18PSK 、2FSK 信号的各特征值与其他信号的特征值很相似,难以进行有效的区分,必须引入新的特征.为此加入高阶累积量C 20、C 40作为特征对其进行识别.
由上述分析可知,每个特征都代表了一组小波包系数,都反映了离散信号的时域与频域信息,而且不同尺度下的小波包系数还描述了一定的频域范围上的信号特征,从能量的计算过程即特征的提取过程来看,这样结构的特征向量具有鲁棒性.而对于能量特征相似的信号又引入了高阶累积量做特征,所以此特征向量能取得较好的分类效果.
2 基于支持向量机的分类器
2.1 支持向量机
支持向量机的基本思想可以概括为:首先通过非线性变换将输入空间变换到一个高维空间,然后在新空间中求取最优线性分类超平面.设给定训练样本:
(x 1,y 1),(x 2,y 2)…(x n ,y n ),x i ∈R n
,
y i ∈{+l ,-1},i =1,2…n .
其中:x i 为输入模式集,y i 为类别索引,如x i 属于第i 类,记y i 为+l ;否则记y i 为-1.
学习的目标是要构造一个判别函数,将二类模式尽量正确分开.该问题可转化为如下的求解最优
化问题:在约束条件y i 〔(w ·x i )+b 〕≥1-ξi
和ξi ≥
0下,其中b 为分类阈值,最小化函数为
φ(w )=12‖w ‖2+c ∑n
i =1
ξi .
(17)
式中:w 为分类面权系数向量;c >0是惩罚因子;ξi 为训练样本关于分离超平面的偏差,当训练样本线性可分时,ξi =0;否则,ξi >0.求解该问题需折衷考虑最大分类间隔和最少错分样本.上述问题又可以通过二次规划,转化为如下的对偶问题:在约束条件∑n
i =1y i αi =0和0≤αi ≤C (i =1,2…n )下,最大化函数为
W (α)=∑n
i =1
αj -1
2∑n
i =1∑n
j =1
y i
y j αi α
i
K (x i
,x j ).
(18)
式中:K (x i ,x j )为核函数.以上通过非线性变换将输入空间变换到了一个高维空间,而核函数可以把高维空间中的复杂内积计算转化为低维输入空间上一个简单的函数运算.常见的核函数有径向基核函数,多项式核函数等.
从式(18)求得最优解:α＊
=[α＊
1 α
＊
2 … α＊n ]T
,并任意选取α＊
的一个正分量0<α＊
j 以此计算阈值: b ＊ =y j -∑n i =1y i α＊ i K (x i ,x j ). (19) 进一步得到决策函数: f (x )=sgn ∑n i =1 α ＊ i y i K (x ,x j )+b ＊ .(20) 这就是支持向量机.可见,最优分类面可在输入训练样本后自适应地生成. 多类调制方式的识别属于多分类问题,支持向量机则是针对2类分类问题提出的,故必须将二分类SVM 扩展到多类别分类问题,才可以在调制识别任务中应用.当前针对多类问题的支持向量机分类方法主要有5种:一类对余类法(OVR ),一对一法(OVO ),二叉树法(BT ),纠错输出编码法和直接 非循环图法(DAGSV M )[9] .由于DAGSVM 法对训 练结果的推广性进行了分析,而且它的测试速度也比OVR 和OVO 方案要快,实验表明,DAGSVM 算法比其他算法更适合应用于实际问题分析.故这里采用DAGSVM 算法.在训练阶段采用一对一的模式,任意抽取两类进行两两配对,转化为两类问题进行训练学习. 2.2 调制信号识别分类器设计 为了有效的对调制信号进行分类,该算法采用以支持向量机为基础的分级分类器,用C i 分别代表要识别的各类信号.分类器的结构图1所示. 图1 分级分类器结构图 Fig .1 T he structure of the hiera rchica l classifie r 3 实 验 该文的待识别信号为2FSK 、4FSK 、八频量化、8PSK 、12PSK 、16PSK 、39PSK 、LINK11、18PSK 和3FSK 等10种短波中常见的数字调制信号. 以上所使用的数字调制信号均来自于现场采 · 839·第8期 李雪耀,等:短波通信中的数字调制信号识别 集.分类器采用2.2节所述的两级SV M分类器,特征参数为1.3节中所述的小波包变换后的能量和累积量.经过交叉验证法,最终选定核函数参数δ=1,惩罚因子C=250. 为了验证支持向量机分类器在小样本时同样具备良好的性能,对10种信号分别只使用个自36个样本组成训练集进行训练,采用多帧平均,每帧长为2048点,帧移1024点.训练结束后,另各取108个样本进行识别测试.使用M atlab7.0作为工具进行实验.3.1 实验1:验证算法的有效性 为了验证该算法,利用现场采集的信号(听起来信噪比较高)数据进行实验.表2列出了调制信号识别率的混淆矩阵,可以看出在训练样本集很小的情况下,该方法仍能获得较高的识别率.各种信号的正确识别率均在94%以上,其中2FSK、4FSK、八频量化、8PSK、12PSK、16PSK、18PSK、3FSK到了100%,总的正确识别率达到了99.0741%,充分说明了该方法的有效性. 表2 识别率混淆矩阵 Table2 The average recognition rate confusion matrix%调制方式2FSK4FSK8FSK8PSK12P SK16P SK39PSK L IN K1118PSK3F SK 2FSK100 4FSK100 8FSK100 8PSK100 12PSK100 16PSK100 39PSK5.594.5 LIN K1196.43.6 18PSK100 3FSK100 3.2 实验2:不同信噪比下的识别率 为了验证真实环境下此方法的准确性,在实验时将原现场采集的信号当成纯净信号,在其基础上加入白噪声.分别不同信噪比下对所选样本进行训练和测试.表3给出了加入噪声后在不同信噪比下测试的平均正确识别率.从中可以看出加入噪声后识别率较高,在10dB下平均正确率达到99.0471%,在0dB时平均正确识别率达能够达到92%以上.故该算法对噪声不敏感,适于在低信噪比下对数字调制信号进行识别. 表3 加入噪声后在不同信噪比下的平均正确识别率 Table3 The average recognition rate in different SNR% SN R/dB平均正确识别率 1099.0471 598.3333 092.96303.3 实验3:不同核函数下的识别率 表4为分别使用RBF核函数、多项式核函数、线性核函数和Sig moids核函数下的识别结果.从表中可以看出,通过选择不同的惩罚因子,可使RBF 核、多项式核和线性核的识别率达到相同.说明支持向量机对这3种模型具有不敏感性.而Sigmoid非线性核识别率仅为38.8889%,说明此核函数不适合用于调制信号的识别. 表4 不同核函数的平均正确识别率 Table4 The average recognition rate in different kernel functio n %核函数惩罚因子平均正确识别率 RBF核25099.0741 多项式核25099.0741 线性核30099.0741 Sigmoid核300038.8889 · 840 ·哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报 第29卷 3.4 实验4:两级分类器与单级分类器性能比较 为了证明两级分类器的优越性,对两级分类器与单级分类器进行了比较.在单级分类器中以小波包的6个特征和累积量的2个特征共8个特征作为特征向量.表5给出了两级分类识别器与单级SVM 分类器对上述10种调制信号进行识别的平均正确识别率.可看出,采用分级分类方案的正识率明显高于单级SV M方案的正识率. 表5 不同分类器的平均正确识别率 Table5 The average reco gnition rate in dif ferent classif ier %不同分类器平均正确识别率 两级分类器99.0741 单级分类器93.5185 4 结束语 提出了一种基于分级分类方案的数字调制信号的识别算法.基于实际采录的数据实验表明,使用小波包分解系数能量和累积量作为特征,用分级SVM 做为分类器对调制信号进行识别,在不同的信噪比下,正识率高而且稳定,尤其在短波信道等信噪比较低的环境下具有较好的应用,同时由于分级的进行特征提取,需要相对较少的特征向量,故该算法相比其他非分级算法有较快的训练速度和分类速度.但由于现场采集的信号数量及种类有限,这里只对短波中常见的10种数字调制信号进行了识别,故该方法尚需经受大数据量和更多种类调制信号识别的测试,今后将在提取更加有效的鲁棒特征和提高低信噪比下性能等方面做进一步的研究. 参考文献: [1]徐淑正,张 晖,杨华中,等.信息时代的短波通信[J].电 子技术应用,2005,31(3):1-3. 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[责任编辑:陈 峰] · 841 · 第8期 李雪耀,等:短波通信中的数字调制信号识别 调制信号的小波分析 一、小波函数简介 1.Haar小波 最简单的小波函数，Haar小波是离散的，与阶跃信号相似，同Daubechies db1 小波是一样的。 2. Daubechies小波 Daubechies小波是紧支正则小波，便于进行离散小波分析。这类小波没有显式的表达式，除了db1（Haar）。然而它的传递函数的模的平方是有简单的表达式的。 3. Biorthogonal小波 此类小波具有线性相位，用于信号和图像重建。 4. Coiflet小波 这个小波族是I.Daubechies应R.Coifman的要求所创建的，coif N较dbN有更好的对称性。 5.Symlets 小波 此小波由Daubechies 提出，作为对db 小波族的修正，是一种近似对称小波，它和db 小波族的性质是近似的。 6.Morlet 小波 其尺度函数不存在，小波函数为x e x x 5cos )(22-=ψ， Morlet 小波不满足容许性条件。 7.Mexican Hat 小波 小波函数为2241 2 )1)(32 ()(x e x x ---=πψ，它是Gaussian 概率密度函数的二阶 导数，由于它不存在尺度函数，因此不具有正交性。 8.Meyer小波 Meyer小波的尺度函数和小波函数都在频域中定义，都具有显式的表达式。 二、连续小波变换 从数学上来说，傅里叶变换就是将信号) f乘以一个复指数后在所有的时间 (t 域上求和。变换的结果就是傅里叶系数。 相似的，连续小波变换（CWT）定义为，将信号乘以由尺度和位移确定的小波函数后，再在整个时间轴上相加。CWT的变换结果是很多小波系数C,C是尺度和位移的函数。 大尺度对应于时间上伸展大的小波，小波伸展地越大，所比较的信号段就越长，所以小波系数所量度的信号特征也就越粗糙。 在计算机中，任何实数域的信号处理都是对离散信号的操作，那么，CWT 的连续性及它与DWT的区别表现在尺度的选取和对位移的操作。与离散小波变换不同的是，只要在计算机的计算能力之内，CWT可以在每一个尺度上计算；在位移上连续是指小波可以在待分析函数的整个域上进行平滑的移动。 三、离散小波变换 对于大多数信号来说，低频部分往往是最重要的，给出了信号的特征。而高频部分则与噪音及扰动联系在一起。将信号的高频部分去掉，信号的基本特征仍然可以保留。 信号的概貌主要是系统大的、低频的成分，大尺度；而细节往往是信号局部、高频成分，小尺度。 中南民族大学 软件课程设计报告 电信学院级通信工程专业 题目2PSK数字信号的调制与解调学生学号 42 指导教师 2012年4月21日 基于MATLAB数字信号2PSK的调制与解调 摘要：为了使数字信号在信道中有效地传播，必须使用数字基带信号的调制与解调，以使得信号与信道的特性相匹配。基于matlab实验平台实现对数字信号的2psk的调制与解调的模拟。本文详细的介绍了PSK波形的产生和仿真过程加深了我们对数字信号调制与解调的认知程度。 关键字：2PSK;调制与解调；MATLAB 引言 当今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用。而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段。因此，数字信号的调制就显得非常重要。 调制分为基带调制和带通调制。不过一般狭义的理解调制为带通调制。带通调制通常需要一个正弦波作为载波，把基带信号调制到这个载波上，使这个载波的一个或者几个参量上载有基带数字信号的信息，并且还要使已调信号的频谱倒置适合在给定的带通信道中传输。特别是在无线电通信中，调制是必不可少的，因为要使信号能以电磁波的方式发送出去，信号所占用的频带位置必须足够高，并且信号所占用的频带宽度不能超过天线的的通频带，所以基带信号的频谱必须用一个频率很高的载波调制，使期带信号搬移到足够高的频率上，才能够通过天线发送出去。 主要通过对它们的三个参数进行调制，振幅，角频率，和相位。使这三个参量都按时间变化。所以基带的数字信号调制主要有三种方式：FSK，PSK，ASK。在这三种调制的基础上为了得到更高的效果也出现了很多其它的调制方式，如：DPSK，MASK，MFSK，MPSK，APK。它们其中有的一些是将基本的调制方式用在多进制上或者引入了一些新的方式来解决基本调制的一些问题如相位模糊和无法提取位定时信号，另外一些由是组合多种基本的调制方式来达到更好的效果。 基带信号的调制主要分为线性调制和非线性调制，线性调制是指已调信号的频谱结构与原基带信号的频谱结构基本相同，只是占用的频率位置搬移了。而非线性调制则是指它们的结构完全不同不仅仅是频谱搬移，在接收方会出现很多新的频谱分量。在三种基本的调制中，ASK 属于线性调制，而FSK和PSK属于非线性调制。已调信号会在接收方通过各种方式通过解调得到，但是由于噪声和码间串扰，总会有一定的失真。所以人们总是在寻找不同的接收方式来降低误码率，其中的接收方式主要有相干接收和非相干接收。在接收方通过载波的相位信号去检测信号的方法称为相干检测，反之若不利用就称为非相干检测，而对于一些特别的调制有特别的解调方式，如过零检测法。 系统的性能好坏取决于传输信号的误码率，而误码率不仅仅与信道、接收方法有关还和发送端采用的调制方式有很大的关系。我们研究的ASK，FSK，PSK等就主要是发送方的调制方式。 信息对抗大作业 一、实验目的。 使用 MATLAB构成一个加性高斯白噪声情况下的2psk 调制解系统，仿真分析使用信道编 码纠错和不使用信道编码时，不同信道噪声比情况下的系统误码率。 二、实验原理。 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性 而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波 进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变 换为数字带通信号的过程称为数字调制。 数字调制技术的两种方法：①利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成 是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；②利用数字信号的离 散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法，比如对载波的 相位进行键控，便可获得相移键控（PSK）基本的调制方式。 图 1相应的信号波形的示例 101 数字调相：如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达 到零值，同时达到负最大值，它们应处于" 同相 " 状态；如果其中一个开始得迟了一点，就可能不 相同了。如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为" 反相 " 。一般把信号振荡一次（一周）作为360 度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180 度，也就是反相。当传输数字信号时， "1" 码控制发 0 度相位， "0" 码控制发 180 度相位。载波的初始相位就 有了移动，也就带上了信息。 相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK 中，通常用初始相位0 和π分别表示二进制“1”和“ 0”。因此， 2PSK信号的时域表达式为 (t)=Acos t+) 其中，表示第 n 个符号的绝对相位： = 因此，上式可以改写为 计算机与信息工程学院实验报告 一、实验目的 1.掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系。 2.掌握用键控法产生2FSK信号的方法。 3.掌握2FSK过零检测解调原理。 4.了解2FSK信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。 二、实验仪器或设备 1.通信原理教学实验系统 TX-6（武汉华科胜达电子有限公司 2011.10） 2.LDS20410示波器（江苏绿扬电子仪器集团有限公司 2011.4.1） 三、总体设计 3.1数字调制 3.1.1实验内容： 1、用示波器观察绝对码波形、相对码波形。 2、用示波器观察2FSK信号波形。 3、用频谱仪观察数字基带信号频谱及2FSK信号的频谱。 3.1.2基本原理： 本实验用到数字信源模块和数字调制模块。信源模块向调制模块提供数字基带信号（NRZ码）和位同步信号BS（已在实验电路板上连通，不必手工接线）。调制模块将输入的绝对码AK（NRZ码）变为相对码BK、用键控法产生2FSK信号。调制模块内部只用+5V电压。 数字调制单元的原理方框图如图1-1所示。 图1-1 数字调制方框图 本单元有以下测试点及输入输出点： ? CAR 2DPSK 信号载波测试点 ? BK 相对码测试点 ? 2FSK 2FSK 信号测试点/输出点，V P-P >0.5V 用1-1中晶体振荡器与信源共用，位于信源单元，其它各部分与电路板上主要元器件对 应关系如下： ? ÷2（A ） U8：双D 触发器74LS74 ? ÷2（B ） U9：双D 触发器74LS74 ? 滤波器A V6：三极管9013，调谐回路 ? 滤波器B V1：三极管9013，调谐回路 ? 码变换 U18：双D 触发器74LS74；U19：异或门74LS86 ? 2FSK 调制 U22：三路二选一模拟开关4053 ? 放大器 V5：三极管9013 ? 射随器 V3：三极管9013 2FSK 信号的两个载波频率分别为晶振频率的1/2和1/4，通过分频和滤波得到。 2FSK 信号（相位不连续2FSK ）可看成是AK 与AK 调制不同载频信号形成的两个2ASK 信号相加。时域表达式为 t t m t t m t S c c 21cos )(cos )()(ωω+= 式中m(t)为NRZ 码。 2FSK 信号功率谱 设码元宽度为T S ，f S =1／T S 在数值上等于码速率， 2FSK 的功率谱密度如图所示。多进制的MFSK 信号的功率谱与二进制信号功率谱类似。 本实验系统中m(t)是一个周期信号，故m(t)有离散谱，因而2FSK 也具有离散谱。 3.2 数字解调 3.2.1 实验内容 1、 用示波器观察2FSK 过零检测解调器各点波形。 3.2.2 基本原理 2FSK 信号的解调方法有：包络括检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等。 二进制数字调制与解调系统的设计 MATLAB 及SIMULINK 建模环境简介 MATLAB 是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和SIMULINK 两大部分。 Simulink 是MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink 。 Simulink 是MATLAB 中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB 的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink 可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 数字通信系统的基本模型 从消息传输角度看,该系统包括了两个重要交换,即消息与数字基带信号之间的交换,数字基带信号与信道信号之间的交换.通常前一种交换由发收端设备完成.而后一种交换则由调制和解调完成. 数字通信系统模型 一、2ASK 调制解调 基本原理 2ASK 是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。 其信号表达式为： ，S (t)为单极性数字基带信号。 t t S t e c ωcos )()(0 ?= 浅析通信信号调制识别方法 通信信号调制方式的识别涉及到很多复杂的因素，是一种典型的模式识别。由于通信技术的迅猛发展，信号的调制样式也变得复杂多样，常规的识别方法已无法满足实际需要，新的通信信号识别研究面临着巨大的挑战。文章着重介绍了统计模式识别方法和决策模式识别方法并提出了它们的优缺点。简要介绍了非理想信道和共信道多信号的调制方式识别。 标签：调制方式；统计模式；识别；决策模式识别方法 信息通过信道快速、安全、准确地传输，极大地方便了人们的日常沟通。信号作为信息的媒介，可以在有线信道传输，却几乎无法直接通过无线信道进行传输。要使通信信号顺利在无线信道中传输，必须采用调制解调技术调制后才可以进行传输，而且调制方式是由简到繁，由虚拟到数字等多样的。调制识别存在于检测与调解之间，接受方面需要根据信号的调制进行解调才可以被进入到下一步的操作中。 如果想要解调相应地信息内容需要截获信号，同时还需要分析信号调制方式及参数，干扰信号，准确识别发出方的调制方式。调制方式是一种信号区别于另一种信号的重要特性指标。调制识别的基本任务存在与多信号及噪声干扰的复杂环境中，能够对信号的鉴别方式进行调制，并且对信号参数进行调节，能够在一定程度上对信号信息进行处理。当今，通信技术急速发展下，无线通信环境在不断的发展中变得愈来愈复杂。如何快速、高效的监视并识别那些采用了不同的调制参数和不同的调制样式的通信信号，无论是在军事还是民用领域都一直是人们关注的焦点。 1 数字调制识别方法 人工识别已无法满足在存在着大量未知信号的电磁环境中进行信号实时性识别的要求。后来，人们根据信号频谱的差异研究出了自动调制识别技术。它的出现解决了一直以来依赖人工识别的重要难题。通信信号也早已不是之前的模拟信号，已经成为具有较强抗失真和抗干扰的数字信号，而且数字调制识别方法的成本较低。高速数字信号处理技术、计算机技术和微型芯片技术的蓬勃发展下能够促使自动调制识别技术能够大规模的运用。归纳总结这些年国内外的研究成果，自动调制识别方法可归纳为统计模式识别、决策模式识别两种方法。 1.1 统计模式识别方法 统计模式识别方法主要由三个部分组成，分别为：信号预处理、特征提取和分类识别，从模式的识别理论中衍生而来，三者互为补充，不可或缺。信号的预处理主要是为了提供精确的数据，目的是为例特征的提取做相应地准备。信号的预处理在数字调制或中频上计算接收信号的瞬时幅度、相位和频率。在多信道多发射源的情况下，可以分离不同信号，确保信号在调制识别过程中保持唯一性。 数字信号载波调制实验指导书 数字信号载波调制实验 一、实验目的 1、运用MATLAB 软件工具仿真数字信号的载波传输．研究数字信号载波调制ASK 、FSK 、PSK 在不同调制参数下的信号变化及频谱。 2，研究频移键控的两种解调方式；相干解调与非相干解调。 3、了解高斯白噪声方差对系统的影响。 4、了解伪随机序列的产生，扰码及解扰工作原理。 二、实验原理 数字信号载波调制有三种基本的调制方式：幅度键控（ASK ），频移键控（FSK ）和相移键控（PSK ）。它们分别是用数字基带信号控制高频载波的参数如振幅、频率和相位，得到数字带通信号。在接收端运用相干或非相干解调方式，进行解调，还原为原数字基带信号。 在幅度键控中，载波幅度是随着调制信号而变化的。最简单的形式是载波在 二进制调制信号1或0的控制下通或断，这种二进制幅度键控方式称为通—断键控（00K ）。二进制幅度键控信号的频谱宽度是二进制基带信号的两倍。 在二进制频移键控中，载波频率随着调制信号1或0而变，1对应于载波频率f 1，0对应于载波频率f 2，二进制频移键控己调信号可以看作是两个不同载频的幅度键控已调信号之和。它的频带宽度是两倍基带信号带宽（B ）与21||f f -之和。 在二进制相移键控中，载波的相位随调制信号1或0而改变，通常用相位0°和180°来分别表示1或0，二进制相移键控的功率谱与通一断键控的相同，只是少了一个离散的载频分量。 m 序列是最常用的一种伪随机序列，是由带线性反馈的移位寄存器所产生的序列。它具有最长周期。由n 级移位寄存器产生的m 序列，其周期为21,n m -序列有很强的规律性及其伪随机性。因此，在通信工程上得到广泛应用，在本实验中用于扰码和解扰。 扰码原理是以线性反馈移位寄存器理论作为基础的。在数字基带信号传输中，将二进制数字信息先作“随机化”处理，变为伪随机序列，从而限制连“0” 3.4.1数字调制概述 1934年美国学者李佛西提出脉冲编码调制（PCM）的概念，从此之后通信数字化的时代应该说已经开始了，但是数字通信的高速发展却是20世纪70年代以后才开始的。随着时代的发展，用户不再满足于听到声音，而且还要看到图像；通信终端也不局限于单一的电话机，而且还有传真机和计算机等数据终端。现有的传输媒介电缆、微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。 1．数字调制概述 数字信号的载波调制是信道编码的一部分，之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制，未经处理的数字信号源不能适应这些限制。由于传输信道的频带资源总是有限的，因此在充分得利用现有资源的前提下，提高传输效率就是通信系统所追求的最重要指标之一。 模拟通信很难控制传输效率，最常见到的单边带调幅（SSB）或残留边带调幅（VSB）可以节省近一半的传输频带。由于数字信号只有―0‖和―1‖两种状态，所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关键控制载波的过程，因此数字信号的调制方式一般均为较简单的键控方式。 常用的数字调制技术有2ASK（Amplitude Shift Keying，幅移键控）、4ASK、8ASK、BIT/SK（Phase Shift Keying，相移键控）、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，频带利用率从1bit/s/Hz～3bit/s/Hz。更有将幅度与相位联合调制的QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制）技术，目前数字微波中广泛使用的256QAM，其频带利用率可达8bit/s/Hz，8倍于2ASK或BIT/SK。此外，还有可采用减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术，为某些专门应用环境提供了强大的工具。近年来，四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展，并已应用于高速MODEM中，为进一步提高传输效率奠定了基础。总之，数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于模拟通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。 2．映射 信息与表示、承载它的信号之间存在着对应关系，这种关系称为―映射‖。接收端正是根据事先约定的映射关系从接收信号中提取发射端发送的信息的。信息与信号间的映射方式可以有很多种，不同的通信技术就在于它们所采用的映射方式不同。实际上，数字调制的主要目的在于控制传输效率，不同的数字调制技术正是由其映射方式区分的，其性能也是由映射方式决定的。 一个数字调制过程实际上是由两个独立的步骤实现的：映射和调制，这一点与模拟调制不同。映射将多个二元比特转换为一个多元符号，这种多元符号可以是实数信号（在ASK调制中），也可以是二维的复信号（在PSK和QAM调制中）。例如在QPSK调制的映射中，每两比特被转换为一个四进制的符号，对应着调制信号的4种载波。多元符号的元数就等于调制星座的容量。在这种多到一的转换过程中，实现了频带压缩。 3.4.2 调制方式 数字调制就是将数字符号变成适合于信道传输的波形。所用载波一般是余弦信号，调制信号为数字基带信号。利用基带信号去控制载波的某个参数，就完成了调制。 调制的方法主要是通过改变余弦波的幅度、相位或频率来传送信息。其基本原理是把数据信号寄生在载波的上述三个参数中的一个上，即用数据信号来进行幅度调制、频率调制或相位 一matlab常用函数 1、特殊变量与常数 ans 计算结果的变量名computer 确定运行的计算机eps 浮点相对精 度Inf 无穷大I 虚数单位inputname 输入参数名NaN 非 数nargin 输入参数个数nargout 输出参数的数目pi 圆周 率nargoutchk 有效的输出参数数目realmax 最大正浮点数realmin 最小正浮点数varargin 实际输入的参量varargout 实际返回的参量操作符与特殊字符+ 加- 减* 矩阵乘法 .* 数组乘（对应元素相乘）^ 矩阵幂 .^ 数组幂（各个元素求幂）\ 左除或反斜杠/ 右除或斜面杠 ./ 数组除（对应元素除）kron Kronecker张量积: 冒号() 圆括[] 方括 . 小数点 .. 父目录 ... 继续, 逗号（分割多条命令）; 分号（禁止结果显示）% 注释! 感叹号' 转置或引用= 赋值== 相等<> 不等 于& 逻辑与| 逻辑或~ 逻辑非xor 逻辑异或 2、基本数学函数 abs 绝对值和复数模长acos,acodh 反余弦，反双曲余弦acot,acoth 反余切，反双曲余切acsc,acsch 反余割，反双曲余割angle 相角asec,asech 反正割，反双曲正割secant 正切asin,asinh 反正弦，反双曲正 弦atan,atanh 反正切，双曲正切tangent 正切atan2 四象限反正 切ceil 向着无穷大舍入complex 建立一个复数conj 复数配 对cos,cosh 余弦，双曲余弦csc,csch 余切，双曲余切cot,coth 余切，双曲余切exp 指数fix 朝0方向取整floor 朝负无穷取整*** 最大公因数imag 复数值的虚部lcm 最小公倍数log 自然对数log2 以2为底的对数log10 常用对数mod 有符号的求余nchoosek 二项式系数和全部组合数real 复数的实部rem 相除后求余round 取整为最近的整数sec,sech 正割，双曲正割sign 符号数sin,sinh 正弦，双曲正弦sqrt 平方根tan,tanh 正切，双曲正切 3、基本矩阵和矩阵操作 blkding 从输入参量建立块对角矩阵eye 单位矩阵linespace 产生线性间隔的向量logspace 产生对数间隔的向量numel 元素个数ones 产生全为1的数组rand 均匀颁随机数和数组randn 正态分布随机数和数组zeros 建立一个全0矩阵colon) 等间隔向量cat 连接数组diag 对角矩阵和矩阵对角线fliplr 从左自右翻转矩阵flipud 从上到下翻转矩阵repmat 复制一个数组reshape 改造矩阵roy90 矩阵翻转90度tril 矩阵的下三角triu 矩阵的上三角dot 向量点集cross 向量叉 集ismember 检测一个集合的元素intersect 向量的交 集setxor 向量异或集setdiff 向是的差集union 向量的并集数值分析和傅立叶变换cumprod 累积cumsum 累 加cumtrapz 累计梯形法计算数值微分factor 质因子inpolygon 删除多边形区域内的点max 最大值mean 数组的均 值mediam 中值min 最小值perms 所有可能的转 换polyarea 多边形区域primes 生成质数列表prod 数组元素的乘积rectint 矩形交集区域sort 按升序排列矩阵元 素sortrows 按升序排列行std 标准偏差sum 求 2ASK、2FSK、2PSK数字调制系统的 Matlab实现及性能分析比较 指导教师: 班级： 学号： 姓名： 引言：数字信号有两种传输方式，分别是基带传输方式和调制传输方式，即带通，在实际应用中，因基带信号含有大量低频分量不利于传送，所以必须经过载波和调制形成带通信号，通过数字基带信号对载波某些参量进行控制，使之随机带信号的变化而变化，这这一过程即为数字调制。数字调制为信号长距离高效传输提供保障，现已广泛应用于生活和生产中。另外根据控制载波参量方式的不同，数字调制主要有调幅（ASK ），调频(FSK)，调相(PSK) 三种基本形式。本次课题针对于二进制的2ASK 、2FSK 、2PSK 进行讨论，应用Matlab 矩阵实验室进行仿真，分析和修改，通过仿真系统生成一个人机交互界面，以利于仿真系统的操作。通过对系统的仿真，更加直观的了解数字调制系统的性能及影响其性能的各种因素，以便于比较，评论和改进。 关键词： 数字，载波，调制，2ASK ，2FSK ，2PSK ，Matlab ，仿真，性能，比较，分析 正文： 一 .数字调制与解调原理 1.1 2ASK （1）2ASK 2ASK 就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号"1时，传输载波；当调制的数字信号为"0"时，不传输载波。 表达式为： ???===0 01,cos )(2k k c ASK a a t A t s 当， 当ω 1.2 2FSK 2FSK可以看做是2个不同频率的2ASK的叠加，其调制与解调方法与2ASK差不多，主要频率F1和F2，不同的组合产生所要求的2FSK调制信号。 公式如下： ? ? ? = = = cos 1 , cos )( 2 1 2 k k FSK a t A a t A t s 当 ， 当 ω ω 青海师范大学毕业论文 论文题目：数字调制解调的MATLAB仿真 系别：物理系 专业：电子信息工程 班级：05 B 学生姓名：梁俊花 学号：20050811217 指导教师姓名：李文全 职称：教授 最后完成时间：2009-5-10 【内容摘要】 设计了二进制振幅键控(2ASK)、二进制移频键控(2FSK) 、二进制移相键控(2PSK)调制解调系统的工作流程图,并得用了MATLAB软件对该系统的动态进行 了模拟仿真,得用仿真的结果,从而衡量数字信号的传输质量. 【关键词】 调制解调、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK、MATLAB 【Abstract】 The work stream diagrams of 2ASK、2FSK、2PSK are designed .MATLAB softwave is used to simulate the modem system by the scatter diagrams and wave diagrams, then the transmit quality of digital signal can be measured. 【Keys】 Amodulate and ademodulate 、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK、MATLAB 一、数字调制解调的概述 在通信系统中,信道的频段往往是很有限的,而原始的通信信号 的频段与信道要求的频段是不匹配的,这就要求将原始信号进行调制 再进行发送.相应的在接收端对调制的信号进行解调,恢复原始的信号,而且调制解调还可以在一定程度上抑制噪声对通信信号的干扰. 调制解调技术按照通信信号是模拟的还是数字的可分为模拟调 制解调和数字调制解调。数字调制的基本方式可以归结为3类：振幅 键控（ASK）、频率键控（FSK）和移相键控（PSK）。此外还有这3 类的混合方式。 对于数字调制信号，为了提高系统的抗噪声性能，衡量系统性 Journal of Image and Signal Processing 图像与信号处理, 2018, 7(4), 220-226 Published Online October 2018 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/6f15753326.html,/journal/jisp https://https://www.wendangku.net/doc/6f15753326.html,/10.12677/jisp.2018.74025 A Brief Analysis of Detection and Recognition Technology for Communication Signals Jing Yang, Naiping Cheng Department of Electronic and Optical Engineering, Space Engineering University, Beijing Received: Sep. 28th, 2018; accepted: Oct. 13th, 2018; published: Oct. 20th, 2018 Abstract The detection and recognition technology of communication signals plays an important role in the vigorous development of wireless communications. This paper summarizes the development of communication signal detection and modulation recognition technology, analyzes and summariz-es the selection of the realization chip of the digital signal processing module in the detection and modulation recognition, the signal detection especially the weak signal detection method, the fea-ture extraction and the selection of the classification device in the signal recognition, and com-pares their respective advantages and disadvantages. Finally, the future research direction of de-tection and recognition technology is prospected. Keywords Signal Detection, Modulation Recognition, DSP, FPGA, Feature Parameter Extraction, Classifier 通信信号检测识别方法简析 杨婧，程乃平 航天工程大学电子与光学工程系，北京 收稿日期：2018年9月28日；录用日期：2018年10月13日；发布日期：2018年10月20日 摘要 通信信号的检测识别技术在无线通信蓬勃发展的今天发挥着重要的作用。文章综述了通信信号的检测、 信息对抗大作业 一、实验目的。 使用MATLAB构成一个加性高斯白噪声情况下的2psk调制解系统，仿真分析使用信道编码纠错和不使用信道编码时，不同信道噪声比情况下的系统误码率。 二、实验原理。 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。 数字调制技术的两种方法：①利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；②利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法，比如对载波的相位进行键控，便可获得相移键控（PSK）基本的调制方式。 图1相应的信号波形的示例 101 作为360180度，也就是反相。当传输数字信号时，"1" 也就带上了信息。 相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和π分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为 (t)=Acost+) 其中，表示第n个符号的绝对相位： = 因此，上式可以改写为 图22PSK信号波形 解调原理 2PSK信号的解调方法是相干解调法。由于PSK信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。下图2-3中给出了一种2PSK信号相干接收设备的原理框图。图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0. 2PSK信号相干解调各点时间波形如图3所示.当恢复的相干载波产生180°倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错. 图32PSK信号相干解调各点时间波形 哈尔滨工业大学 信息科学与工程学院 通信原理实验报告 姓名：XXX 学号：XXX 2011年7月15日 一、任务与要求 1.1设计任务 1. 模拟调制与解调 用matlab实现AM、DSB、SSB调制与解调过程。 2. 数字调制与解调 用matlab实现2ASK、2FSK、2PSK调制与解调过程。 1.2设计要求 1. 掌握AM, DSB, SSB 三种调制方式的基本原理及解调过程。 2. 掌握2ASK, 2FSK, 2PSK 三种调制方式的基本原理及解调过程。 3. 学习MATLAB软件，掌握MA TLAB各种函数的使用，能将调制解调过程根据调制解调过程的框图结构，用matlab程序实现，仿真调制过程，记录并分析仿真结果。 4. 对作出的波形和曲线进行分析和比较，讨论实际值和理论值的误差原因和改进方法。 二、设计原理 （1）模拟调制与解调 DSB调制属于幅度调制。幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律而变化的过程。 设正弦型载波c(t)=Acos(wc*t),式中：A为载波幅度， wc为载波角频率。 根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示为： f(t)=Am(t)cos(t)（公式1-1）,其中，m(t)为基带调制信号。 设调制信号m(t)的频谱为M()，则由公式1-1不难得到已调信号(t)的频谱。 在波形上，幅度已调信号随基带信号的规律呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。 如果在AM调制模型中将直流去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式—抑制载波双边带信号(DSB—SC)，简称双边带信号。 其时域表达式为f(t)=m(t)cos(t) 式中，假设的平均值为0。DSB的频谱与AM的谱相近，只是没有了在处的 函数，即f()=[M(w-wc)+M(w+wc)] 其典型波形和频谱如图1-1所示： 一．设计题目： 二进制数字调制与解调系统的设计 二．主要内容： 二进制数字调制与解调系统的设计 MATLAB及SIMULINK建模环境简介 MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和SIMULINK两大部分。 Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。 Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 三．具体要求 a．利用所学的《通信原理及应用》的基础知识，设计一个2ASK数字调制器。完成对2ASK的调制与解调仿真电路设计，并对其仿真结果进行分析。要求理解2ASK信 号的产生，掌握2ASK信号的调制原理和实现方法并画出实现框图。 b．设计一个2FSK数字调制器。要求给出2FSK的产生原理框图（调频法、键控法）、Matlab仿真调制解调的原理框图，给出信号的频谱图、调制前与解调后数据波形 图 c．设计一个2PSK数字调制器。给出信号的频谱图、调制前与解调后数据波形图. d. 尽可能做出加噪前后相关波形。(加分项) ******************* 实践教学 ******************* 兰州理工大学 计算机与通信学院 2013年春季学期 通信系统仿真课程设计 题目：2ASK的数字调制与解调 专业班级：通信工程2班 姓名：李晗 学号：10250228 指导教师：李英堂 成绩： 摘要 现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。从最早的模拟调幅调频技术的日臻完善，到现在数字调制技术的广泛运用，使得信息的传输更为有效和可靠。二进制数字振幅键控是一种古老的调制方式，也是各种数字调制的基础。本课程设计主要是利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个2ASK 调制与解调系统。用示波器观察调制前后的信号波形；用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化；加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率；最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。文中还介绍了基于MATLAB 如何实现2ASK 调制解调的系统仿真。仿真主要采用MATLAB 脚本文件编写程序。结果表明了该设计的正确性。本文研究了基于MATLAB 的2ASK(幅度键控)调制解调的系统仿真，并给出了M 文件环境下的仿真结果。通过Simulink的仿真功能摸拟到了实际中的2ASK调制与解调情况。 关键词：2ASK；Matlab；调制；解调 目录 摘要............................................. 错误！未定义书签。 一、前言 (3) 二、2ASK调制与解调原理 (4) 2.1 2ASK调制原理 (4) 2.2 2ASK解调原理 (6) 三、程序设计 (8) 3.1 数字信号的ASK调制 (8) 3.2 数字信号的ASK相干解调 (9) 四、系统仿真及结果分析 (11) 总结 (12) 参考文献 (13) 致谢 (14) 通信工程专业 《通信原理》课程设计 题目 FSK移频键控实现数字信号的调制 学生姓名 JIANG X X学号 XXXXXXXXXX 所在院(系)陕西理工学院物理与电信工程学院 专业班级通信工程专业 11XX班 指导教师 XIONG X X 合作者杨X X 、薛X X 完成地点陕西理工学院物理与电信工程学院实验室 2013年 3 月 14 日 通信工程专业课程设计任务书 院(系) 物理与电信工程学院专业班级通信工程专业1103班学生姓名 JIANG X X 一、课程设计题目 FSK移频键控实现数字信号的调制 二、课程设计工作自 2013 年 3 月 4 日起至 2013 年 3 月 22 日止 三、课程设计进行地点: 物理与电信工程学院实验室 四、课程设计的内容要求： 一．任务及要求： 1.产生10011001数字信号； 2.采用FSK移频键控方式，实现上述数字信号的发射； 3.设计电路在matlab环境中，利用simulink完成设计电路的仿真； 4.制作电路； 二．参考资料： 1.通信原理 2.通信原理实验指导书 3.MATLAB基础教程 指导教师 XIONG X X 系(教研室)通信工程系 接受任务开始执行日期2013年3月4日学生签名JIANG X X FSK移频键控实现数字信号的调制 JIANG....... （陕西理工学院物理与电信工程学院通信1103班，陕西汉中723003） 指导教师：XIONG...... 【摘要】移频键控，或称数字频率调制。其基本原理是利用载波的频率变化来传输数字信号，实现现代科技的需求。需被传送的数字信号与高频载波1一起经过MC1496相乘器1，另外让数字信号经过74LS04反相器再与高频载波2一起经过MC1496相乘器2，使芯片工作于高电平；让输出的已调信号通过放大电路，再将俩已调信号经由74LS283相加器输出调制信号。实际电路板连接电路，通电测试可得正确波形。 【关键词】相乘器；反相器；放大电路；相加器 【中图分类号】TN702 【文献标志码】A Modulation of FSK frequency shift keying digital signal Jiang ...... (GradeXX,Class11,Major of Communication Engineering，School of Physics and telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003,China) Tutor: Xiong ...... [Abstract]Frequency shift keying, digital frequency modulation. The basic principle is to transmit digital signals by using carrier frequency, modern science and technology needs. To digital signal and the high frequency carrier wave is transmitted in 1 with MC1496 multiplier 1, in addition to the digital signal through the 74LS04 inverter with high frequency carrier 2 with 2 MC1496 multiplier, the chip work in high level; let the output modulated signal by amplifying circuit, then the two modulated signal via a 74LS283 adder output the modulated signal. The actual circuit board connecting circuit, power on test can correctly waveform.调制信号识别.
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