谷天苓

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；電子通信；信號調(diào)制；識別系統(tǒng)

中圖分類號：TN929.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）36-0026-03

傳統(tǒng)的信號調(diào)制識別主要是通過人工來提取從而獲得信號調(diào)制的特征，并將提取到的特征利用統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行分類處理，是我們國家當(dāng)前信號調(diào)制識別中主要采取的方式。傳統(tǒng)的電子通信設(shè)備在面對信號調(diào)制識別系統(tǒng)時(shí)，及時(shí)性和準(zhǔn)確率不是很高并且過分地依賴人工來提取，因此就需要設(shè)計(jì)一個(gè)基于深度學(xué)習(xí)的電子通信信號調(diào)制識別系統(tǒng)。下面是在深度學(xué)習(xí)的前提下，設(shè)計(jì)電子通信設(shè)備的信號調(diào)制識別系統(tǒng)。

1 電子通信信號調(diào)制識別系統(tǒng)硬件

針對電子通信設(shè)備中信號調(diào)制識別的硬件結(jié)構(gòu)，需要采集電子設(shè)備輸出時(shí)的全部信號，將其統(tǒng)一進(jìn)行處理。信號的產(chǎn)生主要來自服務(wù)器，剩下的其他功能就需要客戶端來解決了。服務(wù)器產(chǎn)生的信號是由不同調(diào)制的信號而產(chǎn)生，需要通過特定的設(shè)備來進(jìn)行傳輸，在平臺顯示之后被發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)。而用戶端主要是對已經(jīng)發(fā)布的數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，再將獲取到的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)中進(jìn)行處理，再將結(jié)果傳輸回去。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，在系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)中，可以看出基本上是以數(shù)字信號處理器為主，A/D轉(zhuǎn)換器、多媒體播放器和RAM內(nèi)存條為輔，再加上網(wǎng)絡(luò)和電腦顯示器所組成的[1]。因此可以在電子通信信號調(diào)制識別系統(tǒng)硬件中，改變處理器內(nèi)部的芯片，可以將處理器內(nèi)部的芯片改為TMS320VC5510A型號的。它主要的特點(diǎn)就是性能比之前型號的要好，并且功耗比較低，處理器的外部還會有連接端口。數(shù)字信號處理器的外部，主要傳輸路徑是由傳感器傳出的信號，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器把信號轉(zhuǎn)換之后，再傳到數(shù)字信號處理器進(jìn)行處理。這樣的過程是需要20bit的定時(shí)器、DMA控制器和信號端口，進(jìn)行連接組成的。采用上述的方法進(jìn)行連接，可以使電子通信信號更加準(zhǔn)確地傳輸?shù)綌?shù)字信號處理器之中，是可以有效地改善通信信號調(diào)制的識別系統(tǒng)[2]。

2 電子通信信號調(diào)制識別系統(tǒng)軟件

2.1 電子通信中增加卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

當(dāng)通過卷積網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)局部的連接時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)中和圖像上的特征比對時(shí)不需考慮特征的位置，這就減少了被處理的信息量。但同時(shí)在處理的過程中，選擇出正確的卷積核并由此來獲取輸入信號時(shí)的信息。獲取樣本的特征之后，這些獲取到的特征主要是被用在分類中。如果直接使用所得到的特征分類，就可能會產(chǎn)生大量的計(jì)算，可能比較容易產(chǎn)生過擬合。為了避免這樣的情況發(fā)生，在得到樣本的特征之后，可以通過減采集來對特征進(jìn)行降維的處理。減采集通過使用的方法就是池化，其中主要就是最大值和平均值，這種方法是將得到的卷積特征分為不同的區(qū)域，用這部分區(qū)域的最大值和平均值來表示被降維處理后的特征，這樣進(jìn)行處理后，更加容易進(jìn)行分類處理[3]。

2.2 基于深度學(xué)習(xí)增加信號調(diào)制識別模式

電子通信信號調(diào)制識別的處理過程主要是分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行深度學(xué)習(xí)分類的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，它主要就是通過模擬信號的數(shù)據(jù)，來構(gòu)建深度學(xué)習(xí)模式，得到網(wǎng)絡(luò)模型的固定參數(shù)。第二個(gè)階段則是在信號調(diào)制識別系統(tǒng)中增加嵌入式GPU，主要是將第一階段得到的深度學(xué)習(xí)模型植入到嵌入式GPU中，來實(shí)現(xiàn)在線的信號識別以及處理。具體過程如圖2所示。

兩個(gè)階段中最主要的就是基于深度學(xué)習(xí)進(jìn)行分類的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。計(jì)算機(jī)上進(jìn)行深度學(xué)習(xí)分類的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練主要是分為三個(gè)步驟來進(jìn)行。

第一步就是電子通信信號調(diào)制的模擬。等待識別的調(diào)制信息大致包括了十一類，其中比較常見的就是GFSK、六四-QAM、SB-AM、B-FM 和DSB-AM 等。其中，SB-AM、B-FM 和DSB-AM 的工作頻段都為100MHz，而其余的工作頻段都為902MHz，因此SNR也被設(shè)計(jì)為四個(gè)檔位。在對電子通信數(shù)據(jù)調(diào)制的模擬中出現(xiàn)了較多的延時(shí)和衰減問題，以及時(shí)鐘和采樣率之間的時(shí)間偏移問題[4]。

第二步是平面圖的數(shù)據(jù)生成。對每個(gè)獲取到的信號進(jìn)行短時(shí)的傅里葉變換（簡稱STFT）計(jì)算，其中寬則是8個(gè)信號，相鄰兩個(gè)信號重合為7個(gè)[5]。對每個(gè)信號再進(jìn)行快速的傅里葉變換，得到平面的數(shù)據(jù)圖。

第三步是深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模式的分類。因?yàn)樯疃葘W(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模式可能會有復(fù)雜性和識別性的存在，所以可以選擇ResNet50網(wǎng)絡(luò)為主要信號調(diào)制的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識別處理。為了適應(yīng)此模式，將原本的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改重合得到10類的數(shù)據(jù)結(jié)果[6]。將信號變成射頻的信號再發(fā)射出來，再準(zhǔn)備另一個(gè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收發(fā)射出來的信號收集后獲得數(shù)據(jù)圖，再根據(jù)深度學(xué)習(xí)進(jìn)行預(yù)測來實(shí)現(xiàn)信號調(diào)制的識別。

3 測試與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)測試目的

將此次設(shè)計(jì)的電子通信信號調(diào)制識別系統(tǒng)作為本次測試的對象，找出此系統(tǒng)與設(shè)計(jì)中存在矛盾的內(nèi)容，然后再針對此類問題進(jìn)行后續(xù)的修改，保證該系統(tǒng)可以在實(shí)際生活工作中使用。因此測試系統(tǒng)各個(gè)硬件之間是否可以更穩(wěn)定地兼容，同時(shí)與軟件方面銜接得是否準(zhǔn)確。最后將此系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際工作環(huán)境中去，比較此次設(shè)計(jì)的信號調(diào)制識別系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的不同之處。

3.2 系統(tǒng)兼容性效果測試

為了保證此次所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有信號調(diào)制識別的功能，驗(yàn)證系統(tǒng)穩(wěn)定性首先需要對系統(tǒng)硬件與軟件之間是否兼容進(jìn)行測試，下圖3為傳輸信號時(shí)系統(tǒng)的兼容性檢測結(jié)果。

根據(jù)上圖中的曲線分布情況可以看出，系統(tǒng)的硬件和軟件在接收信號時(shí)的次數(shù)，基本上是沒有太大的差異的。由此可以看出，此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件和軟件之間的兼容性是可以滿足測試要求的。

3.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性效果測試

為了測試此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否可以在實(shí)際生活工作中被應(yīng)用，我們測試的時(shí)候需要把該系統(tǒng)用在某智能小區(qū)電子通信信號調(diào)制識別的系統(tǒng)中。在建立的仿真實(shí)驗(yàn)平臺中，增加電子通信設(shè)備的信號調(diào)制識別系統(tǒng)，并將電子通信信號設(shè)置為固定的量傳輸速度和對通信信號的采集速度。再通過仿真的實(shí)驗(yàn)軟件，隨機(jī)產(chǎn)生100組不同的通信信號，再將這100組信號分為兩組相同數(shù)量，分別用于傳統(tǒng)方法和使用了深度學(xué)習(xí)后的方法對此電子通信信號進(jìn)行調(diào)制識別處理，從而來比較兩種方法哪一種更加穩(wěn)定。

根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)步驟，將針對傳統(tǒng)方法和本文中所設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行比較。首先將50組傳統(tǒng)方法作為對照組，然后再將另外50組通過深度學(xué)習(xí)所設(shè)計(jì)的識別系統(tǒng)作為本次實(shí)驗(yàn)的測試組。下面是這100組電子通信信號的調(diào)制識別結(jié)果，如圖4所示。

由圖4可以看出，提出的基于深度學(xué)習(xí)的電子通信信號調(diào)制識別方法比傳統(tǒng)方法更加穩(wěn)定，減少了錯誤的個(gè)數(shù)，從而保證信號可以穩(wěn)定地傳輸。

4 結(jié)束語

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)再次驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)的基于深度學(xué)習(xí)的電子通信信號調(diào)制的識別系統(tǒng)，穩(wěn)定性和兼容性等方面的特性都優(yōu)于傳統(tǒng)的系統(tǒng)。但此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還可能會存在很多不足之處，一方面是此系統(tǒng)在識別的種類上比較單一，在實(shí)際運(yùn)行過程中會出現(xiàn)不同種類的差異比較大；另一方面是輸出信號的平臺比較受限制，沒有辦法進(jìn)行跨平臺的數(shù)據(jù)處理。今后可以在這兩方面設(shè)計(jì)出更加完善的系統(tǒng)。