鞠憲貴

通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別方法探討

鞠憲貴

北京金智拓科技有限公司，北京 100085

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，通信技術(shù)各領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨增多。伴隨通信技術(shù)的快速發(fā)展，信號(hào)調(diào)制的樣式也變得日趨復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)識(shí)別方法已難以滿足實(shí)際需求，人們開(kāi)始不斷研究新的信號(hào)調(diào)制方法?；诖?，具體介紹了幾種常見(jiàn)的通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別方法，提出了各自的優(yōu)勢(shì)及不足，以為科學(xué)選擇并應(yīng)用通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別方法提供借鑒。

通信信號(hào)；調(diào)制識(shí)別方法；分形理論；發(fā)展動(dòng)態(tài)

必須采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)調(diào)制后才能使通信信號(hào)順利在無(wú)線信道中傳輸，可以說(shuō)調(diào)制技術(shù)是通信信號(hào)傳輸?shù)幕颈Ｕ稀Ｕ{(diào)制方法也隨通信技術(shù)發(fā)展由簡(jiǎn)到難，從最初的虛擬調(diào)制發(fā)展到數(shù)字調(diào)制。信號(hào)檢測(cè)與解調(diào)之間為調(diào)制識(shí)別，要想順利獲取信息，接收方需要依據(jù)信號(hào)正確解調(diào)調(diào)制方式。要想了解信號(hào)解調(diào)信息內(nèi)容，則要先了解調(diào)制方式與參數(shù)，減少信號(hào)干擾，這就需要準(zhǔn)確識(shí)別調(diào)制方式，同時(shí)采用相應(yīng)的解調(diào)方法。在新技術(shù)不斷產(chǎn)生及發(fā)展下，通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別技術(shù)也將日趨多樣，在各個(gè)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

1 數(shù)字調(diào)制識(shí)別方法

通信信號(hào)經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，已經(jīng)從過(guò)去的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)前功能更多樣、抗干擾能力更強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)，且數(shù)字信號(hào)使用成本更低。眾多新技術(shù)的支持促使自動(dòng)調(diào)制識(shí)別技術(shù)得到了快速推廣，包括信號(hào)處理技術(shù)、微型芯片技術(shù)等。自動(dòng)調(diào)制識(shí)別技術(shù)分為兩種，即統(tǒng)計(jì)模擬識(shí)別技術(shù)和決策模式識(shí)別技術(shù)。

1.1 統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法

信號(hào)預(yù)處理、特征提取及分類識(shí)別是構(gòu)成統(tǒng)計(jì)模擬識(shí)別的三大要素。其中負(fù)責(zé)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的是信號(hào)預(yù)處理部分。信號(hào)預(yù)處理主要是估計(jì)載頻及消除載頻分量、分解正交分量及同相分解，以及計(jì)算接收信號(hào)的瞬時(shí)幅度、相位和頻率。不需要分離不同信號(hào)，可以在調(diào)制識(shí)別中維持信號(hào)的唯一性。依靠特征提取功能將信號(hào)時(shí)域特征與變換域特征提取出來(lái)，然后分類識(shí)別的主要任務(wù)是使用適合的識(shí)別判決方法與分類識(shí)別器。統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法的優(yōu)勢(shì)在于：適用多種類型、識(shí)別性能較好且預(yù)處理簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)。不足是識(shí)別體系復(fù)雜、識(shí)別框架缺乏理論基礎(chǔ)。如果信道不理想，則容易使其特征變得模糊[1]。

1.2 決策模擬識(shí)別方法

基于假設(shè)檢驗(yàn)理論，多重假設(shè)檢驗(yàn)是決策理論識(shí)別方法的基礎(chǔ)，能夠在干擾條件下截獲并累計(jì)信號(hào)，從而更好地分析與推導(dǎo)信號(hào)，找到比對(duì)后適合的門限，以形成科學(xué)的判決準(zhǔn)則。采用優(yōu)化或者近似值變量，將損耗函數(shù)作為基礎(chǔ)。該變量大多為擬然比（LR）。鑒于識(shí)別器運(yùn)行在非協(xié)同通信環(huán)境中容易使參數(shù)估計(jì)出現(xiàn)誤差，使構(gòu)造擬然比含有未知參數(shù)，因此需要平均處理這些參數(shù)，然后得到擬然比（ALR）。通過(guò)簡(jiǎn)單利用信號(hào)的一些特征，可以使運(yùn)算更加方便、快捷，但是這樣僅能識(shí)別BPSK與QPSK，可識(shí)別的種類有限。決策模擬識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)是信噪比低，性能優(yōu)越，可以通過(guò)信道信息的完整性對(duì)算法改造，非理想信道下識(shí)別性能較好。不足之處是有著較為復(fù)雜的函數(shù)推導(dǎo)，計(jì)算量大，增加了處理難度[2]。

2 非理想信道、共信道多信號(hào)調(diào)制識(shí)別

信道傳輸特征惡化造成的信道衰落問(wèn)題以及傳輸反射產(chǎn)生的多徑效應(yīng)、電子對(duì)抗中因干擾產(chǎn)生的色噪聲、脈沖噪聲等均是非理想信道中容易出現(xiàn)的問(wèn)題。在非理想信道中，難以使用常規(guī)調(diào)制識(shí)別方法，難以精準(zhǔn)識(shí)別噪聲的高斯性，從而使性能降低，甚至出現(xiàn)識(shí)別誤差。在無(wú)線電快速發(fā)展下，經(jīng)常在同一信道觀測(cè)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上多信號(hào)的情況。

在一個(gè)信道中存在多個(gè)完全混疊時(shí)域的信號(hào)就是共信道多信號(hào)。由于觀測(cè)數(shù)據(jù)中混有多種信號(hào)，因此已經(jīng)不能使用現(xiàn)存的單信號(hào)進(jìn)行調(diào)制識(shí)別，其算法也難以準(zhǔn)確識(shí)別。雖然是混疊的時(shí)域，但是在空域及頻域上是分離的。為此，在共信道多信號(hào)識(shí)別處理上，主要針對(duì)的是信號(hào)在其他域內(nèi)的可分性特征。這種識(shí)別方法分為兩類：一類是分離識(shí)別方法，實(shí)質(zhì)是將多信號(hào)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為單信號(hào)問(wèn)題，運(yùn)用了盲源分離思想；另一類是直接特征提取方法，重點(diǎn)在于對(duì)信號(hào)可分特征域?qū)ふ摇?/p>

3 基于分形理論的方法

作為一種切實(shí)可行的方法，通過(guò)載波圖來(lái)識(shí)別與分析信號(hào)有著較好的精準(zhǔn)性。因?yàn)橥ㄐ判盘?hào)載波圖能夠?qū)?shù)據(jù)隨時(shí)間變化的特點(diǎn)反映出來(lái)，由此能夠?qū)Υ笾抡{(diào)制類型做出判斷。對(duì)沒(méi)有特征長(zhǎng)度但在一定意義下自相擬性圖形與結(jié)構(gòu)的總稱就是分形，其明顯特征為精細(xì)結(jié)構(gòu)和近似時(shí)域某種相似性，可以對(duì)分形集的復(fù)雜性進(jìn)行描述的是分形維數(shù)，能夠?qū)⒎中渭膸缀纬叨惹闆r反映出來(lái)。其中，反映分形集幾何尺寸情況的是盒維數(shù)，分形集在分布上的信息由信息維數(shù)反映出來(lái)。鑒于在載波信號(hào)幅度、頻率及相位上可以體現(xiàn)調(diào)制類型特點(diǎn)，為此，信號(hào)波包含的信息增多，包括幾何、分布疏密等信息。因此，分類識(shí)別特征采用信號(hào)分形集的維數(shù)是非?？尚械摹?/p>

4 通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別的發(fā)展動(dòng)態(tài)

自適應(yīng)性是調(diào)制識(shí)別的主要發(fā)展趨勢(shì)，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注，在各領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸增多。在通信領(lǐng)域，自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)也開(kāi)始得到關(guān)注及應(yīng)用。在解決自適應(yīng)問(wèn)題后，需要考慮信號(hào)截取問(wèn)題，因此，如何才能將最適合的信號(hào)截取并調(diào)制識(shí)別成為又一值得探索的問(wèn)題。

即使通信信號(hào)調(diào)制與識(shí)別已經(jīng)得到普遍研究及發(fā)展，但是技術(shù)應(yīng)用依然缺乏系統(tǒng)性的科學(xué)體系，無(wú)法充分解決出現(xiàn)的全部調(diào)制識(shí)別問(wèn)題。調(diào)制識(shí)別并非獨(dú)立存在的問(wèn)題，而是集檢測(cè)、估計(jì)、特征選取、分類等多種技術(shù)于一體的綜合問(wèn)題。這些內(nèi)容的相互作用構(gòu)成了龐大的力量體系。為此，要想優(yōu)化改進(jìn)調(diào)制識(shí)別技術(shù)，就要細(xì)化問(wèn)題，將條件抽象化，這樣才能使技術(shù)研究更加深入[3]。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別方法的研究已經(jīng)非常深入，基本可以滿足不同條件和需求，尤其是可以滿足信號(hào)調(diào)制識(shí)別需求。由于存在大量算法，因此只能在5?dB以上信噪比環(huán)境下工作，在共信道多信號(hào)方面、非理想信道方面使用的方法依然較少。為此，需要盡快找到適合非理想信道、共信道多信號(hào)識(shí)別的算法，從而增強(qiáng)算法的使用效果。

[1]江偉華，曹秀嶺，童峰，等.采用支持向量機(jī)的水聲通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別方法[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，54（4）：534-539.

[2]李紅.淺析通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別方法[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（34）：94.

[3]王志剛.通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別方法的研究[J].黑龍江科技信息，2016（29）：69.

Discussion on Modulation Recognition Method ofCommunication Signal

Ju Xiangui

Beijing Jinzhituo Technology Co., Ltd., Beijing 100085

With the continuous improvement of the level of economic development in China, the application of communication technology in various fields is increasing. With the rapid development of communication technology, the mode of signal modulation is becoming more and more complex. Traditional recognition methods have been unable to meet the actual needs. People begin to study new signal modulation methods. Based on this, several common modulation recognition methods of communication signals are introduced, and their advantages and disadvantages are put forward. It is a reference for scientific selection and application of modulation recognition methods for communication signals.

communication signal; modulation recognition method; fractal theory; development trend

TN761

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1009-6434（2017）10-0012-02