軟件無線電多模式調(diào)制解調(diào)課件

第三講多模式調(diào)制解調(diào)1第三講多模式調(diào)制解調(diào)基于正交調(diào)制的解調(diào)算法基于正交調(diào)制的調(diào)制算法同步技術及相關算法多模式調(diào)制解調(diào)器信號空間的概念已調(diào)信號的正交分解與矢量表示信號調(diào)制信號解調(diào)多模式調(diào)制解調(diào)器的通用結構解調(diào)調(diào)制信號識別技術第三講多模式調(diào)制解調(diào)1第三講多模式調(diào)制解調(diào)基于正交調(diào)制第三講多模式調(diào)制解調(diào)2§3.1軟件無線電中的調(diào)制算法3.1.1信號調(diào)制通用模型在當代通信中，通信信號的種類繁多，如果按照常規(guī)的方法，產(chǎn)生一種信號就要一種硬件電路，那么，要使一個通信機產(chǎn)生多種信號，其電路就會極其復雜，體積、重量都會很大。軟件無線電中，各種調(diào)制信號是以一個通用的數(shù)字信號處理平臺為支撐，利用各種軟件來產(chǎn)生的。第三講多模式調(diào)制解調(diào)2§3.1軟件無線電中的調(diào)制算法第三講多模式調(diào)制解調(diào)3信源I多相濾波相乘信源Q多相濾波相乘相加正交調(diào)制的實現(xiàn)框圖第三講多模式調(diào)制解調(diào)3信源I多相濾波相乘信源Q多相濾波相乘第三講多模式調(diào)制解調(diào)4從理論上來說，各種信號都可以用正交調(diào)制的方法來實現(xiàn)，其表達式：

調(diào)制信號的信息都應該包括在I(t)和Q(t)內(nèi)。另外，由于各種調(diào)制信號都在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)的，因此，在數(shù)字域上實現(xiàn)時要對上式進行數(shù)字化。第三講多模式調(diào)制解調(diào)4從理論上來說，各種第三講多模式調(diào)制解調(diào)53.1.2模擬信號調(diào)制算法1.調(diào)頻（FM）調(diào)頻就是載波頻率隨調(diào)制信號成線性變化的一種調(diào)制方式。第三講多模式調(diào)制解調(diào)53.1.2模擬信號調(diào)制算法1.調(diào)頻第三講多模式調(diào)制解調(diào)6令：將s(t)的表達式展開，帶入u(t)化簡，可得：

可以看出：第三講多模式調(diào)制解調(diào)6令：第三講多模式調(diào)制解調(diào)72、調(diào)幅（AM）調(diào)幅就是使載波的振幅隨調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化。從信號表達式中，我們很容易得出：第三講多模式調(diào)制解調(diào)72、調(diào)幅（AM）調(diào)幅就是使載波第三講多模式調(diào)制解調(diào)83、雙邊帶信號（DSB）雙邊帶信號是由載波同調(diào)制信號直接相乘得到的，只有上、下邊帶分量，無載波分量。

要實現(xiàn)正交信號只需令：第三講多模式調(diào)制解調(diào)83、雙邊帶信號（DSB）雙邊第三講多模式調(diào)制解調(diào)94、單邊帶信號（SSB)SSB是濾除雙邊帶信號的一個邊帶而得到的。LSSB表達式：

USSB表達式：

其中，代表Hilbert變換。第三講多模式調(diào)制解調(diào)94、單邊帶信號（SSB)SSB是第三講多模式調(diào)制解調(diào)10對LSSB:

對USSB:第三講多模式調(diào)制解調(diào)10對LSSB:第三講多模式調(diào)制解調(diào)113.1.3數(shù)字信號調(diào)制算法1、振幅鍵控信號（2ASK）一個二進制的振幅鍵控信號可以表示為一個單極性脈沖和一個正弦信號相乘。第三講多模式調(diào)制解調(diào)113.1.3數(shù)字信號調(diào)制算法1、振第三講多模式調(diào)制解調(diào)12其中，m(t)為單極性脈沖，可以表示為：

(g(t)是持續(xù)時間為T的矩形脈沖，an是信號源給出的二進制符號）要實現(xiàn)正交調(diào)制，只要令：I(t)=0Q(t)=m(t)第三講多模式調(diào)制解調(diào)12其中，m(t)為單極性脈沖，可以表第三講多模式調(diào)制解調(diào)132、二進制頻移鍵控信號（2FSK）2FSK是符號0對應載波頻率為w1，符號1對應載波頻率為w2的以調(diào)波形。第三講多模式調(diào)制解調(diào)132、二進制頻移鍵控信號（2FSK）第三講多模式調(diào)制解調(diào)143、二進制相移鍵控信號（2PSK）2PSK方式是鍵控的載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變的數(shù)字調(diào)制方式。

(an取值為±1；發(fā)0時取1，發(fā)1時取-1）第三講多模式調(diào)制解調(diào)143、二進制相移鍵控信號（2PSK）第三講多模式調(diào)制解調(diào)154、DPSK調(diào)制：DPSK調(diào)制是利用前后相鄰碼元的相對載波相位去表示數(shù)字信息的一種表示方式。它與PSK的區(qū)別僅僅在于編碼方式不同。5、M進制數(shù)字頻率調(diào)制（MFSK）：MFSK是FSK的直接推廣！式中，△ωm(m=0,1,…,M-1)是與an相對應的載波角頻率偏移第三講多模式調(diào)制解調(diào)154、DPSK調(diào)制：DPSK調(diào)制是第三講多模式調(diào)制解調(diào)166、M進制數(shù)字振幅調(diào)制（MASK）7、四進制數(shù)字相位調(diào)制（QPSK）是受信息控制的相位參數(shù)，它有四種可能的取值。對QPSK而言：MASK與ASK在調(diào)制方式上無本質(zhì)的區(qū)別。

an為信源給出的M進制電平。第三講多模式調(diào)制解調(diào)166、M進制數(shù)字振幅調(diào)制（MASK）第三講多模式調(diào)制解調(diào)178、正交振幅調(diào)制（QAM）QAM是一種多進制混合調(diào)幅調(diào)相的調(diào)制方式。通常用星座圖可以直觀的表示出來。第三講多模式調(diào)制解調(diào)178、正交振幅調(diào)制（QAM）第三講多模式調(diào)制解調(diào)18QAM信號的數(shù)學表達式為：只要令：

就可以實現(xiàn)QAM信號了。第三講多模式調(diào)制解調(diào)18QAM信號的數(shù)學表達式為：第三講多模式調(diào)制解調(diào)199、最小頻移鍵控（MSK）所謂MSK，就是調(diào)制指數(shù)最?。╤=0.5)的連續(xù)相位的FSK。

式中T為碼元寬度，an為±1，是第n個碼元的起始相位

只要把數(shù)據(jù)進行適當?shù)木幋a，同樣可以用調(diào)頻的方法實現(xiàn)MSK信號的調(diào)制第三講多模式調(diào)制解調(diào)199、最小頻移鍵控（MSK）第三講多模式調(diào)制解調(diào)2010、GMSK信號GMSK調(diào)制就是把輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過高斯低通濾波器進行預調(diào)制濾波后，再進行MSK調(diào)制信號的數(shù)字調(diào)制方式。這種信號具有恒復包絡，功率譜集中，頻譜較窄等特點。第三講多模式調(diào)制解調(diào)2010、GMSK信號GMSK第三講多模式調(diào)制解調(diào)21§3.2軟件無線電解調(diào)算法3.2.1信號解調(diào)通用模型軟件無線電幾乎所有的功能都靠軟件來實現(xiàn)，解調(diào)也不例外。從理論上說，正交解調(diào)法可以對所有的樣式進行解調(diào)，所以，在軟件無線電中，選取了數(shù)字正交解調(diào)法。根據(jù)以上思想，我們可以構建一個通用模型，通過加載不同的軟件來實現(xiàn)對所有信號的解調(diào)。第三講多模式調(diào)制解調(diào)21§3.2軟件無線電解調(diào)算法3第三講多模式調(diào)制解調(diào)22LPFLPFNCO解調(diào)算法解調(diào)輸出數(shù)字正交解調(diào)的通用模型第三講多模式調(diào)制解調(diào)22LPFLPFNCO解解調(diào)輸出數(shù)字正第三講多模式調(diào)制解調(diào)23盡管調(diào)制的樣式多種多樣，但實質(zhì)上不外乎用調(diào)制信號去控制載波的某一個或者幾個參數(shù)。因此，一般的已調(diào)信號都可以表示成：的形式。通過對上式的分解，我們可以得到：

令：第三講多模式調(diào)制解調(diào)23盡管調(diào)制的樣式第三講多模式調(diào)制解調(diào)24則s(n)可以表示成：

顯然，XI(n)為同相分量，XQ(n)為正交分量。因此，解調(diào)的關鍵是求出XI(n)與XQ(n)，因為信號信息都包含在里面了。載頻同步載波相位同步碼流頻率同步I/Q提取機帶信號第三講多模式調(diào)制解調(diào)24則s(n)可以表示成：第三講多模式調(diào)制解調(diào)25知道了XI(n)與XQ(n)，我們可以對各式各樣的信號進行解調(diào)。總的說來，信號的調(diào)制方式包含在一下三大類中：

調(diào)幅（AM）調(diào)制調(diào)相（PM）調(diào)制調(diào)頻（FM）調(diào)制

針對信號的調(diào)制方式，我們可以這樣來解調(diào)：第三講多模式調(diào)制解調(diào)25知道了XI(第三講多模式調(diào)制解調(diào)261.AM類2.PM類3.FM類第三講多模式調(diào)制解調(diào)261.AM類第三講多模式調(diào)制解調(diào)27在調(diào)相類與調(diào)頻類的解調(diào)中，對的計算時要進行除法與反正切運算，這對非專用的數(shù)字處理器來說是比較復雜的。因此，我們不得不尋求其他的方法來解決這個問題。第三講多模式調(diào)制解調(diào)27在調(diào)相類與調(diào)頻第三講多模式調(diào)制解調(diào)285.2.2模擬信號解調(diào)算法1.AM解調(diào)解調(diào)方法：（1）根據(jù)通用模型求出XI(n)與XQ(n)（2）按照調(diào)幅類解調(diào)方法求出A(n)第三講多模式調(diào)制解調(diào)285.2.2模擬信號解調(diào)算法1.第三講多模式調(diào)制解調(diào)293）在AM調(diào)制中，（m(n)為調(diào)制信號）所以，只需減去一個常數(shù)，就能得到調(diào)制信號m(n)

由于一些原因，本地載波和信號載波并不能夠嚴格地同頻同相，但是，因為正弦和余弦的平方和恒等于1，所以，這種“失配”并不影響我們的解調(diào)。第三講多模式調(diào)制解調(diào)293）在AM調(diào)制中，第三講多模式調(diào)制解調(diào)30第三講多模式調(diào)制解調(diào)30第三講多模式調(diào)制解調(diào)312.DSB解調(diào)（調(diào)幅類）（1）根據(jù)通用模型求出XI(n)與XQ(n)（2）按照調(diào)幅類解調(diào)方法求出A(n)

（3）在DSB調(diào)制中，A(n)就是調(diào)制信號m(n)第三講多模式調(diào)制解調(diào)312.DSB解調(diào)（調(diào)幅類）第三講多模式調(diào)制解調(diào)32DSB信號解調(diào)時要求本地載頻與信號載頻同相，此時，同相分量的輸出就是解調(diào)信號。就不必在進行上述第二步的運算。同頻同相本地載波的提取，可以利用數(shù)字科斯塔斯環(huán)獲得。第三講多模式調(diào)制解調(diào)32DSB信號解調(diào)時要求本地載頻與信號第三講多模式調(diào)制解調(diào)333.SSB解調(diào)（調(diào)幅類）方法1：通用解調(diào)模型1）根據(jù)通用模型求出XI(n)與XQ(n)

2）由SSB表達式可知，XI(n)就是調(diào)制信號m(n)第三講多模式調(diào)制解調(diào)333.SSB解調(diào)（調(diào)幅類）第三講多模式調(diào)制解調(diào)34SSB解調(diào)方法二：該方法主要利用了Hilbert變換的性質(zhì)，即：Hilbert變換NCO解調(diào)輸出第三講多模式調(diào)制解調(diào)34SSB解調(diào)方法二：Hilbert第三講多模式調(diào)制解調(diào)35按照上圖的運算過程有：

所以，經(jīng)上述運算就可以解調(diào)出調(diào)制信號第三講多模式調(diào)制解調(diào)35按照上圖的運算過程有：第三講多模式調(diào)制解調(diào)36第三講多模式調(diào)制解調(diào)36第三講多模式調(diào)制解調(diào)374.FM解調(diào)（1）根據(jù)通用模型求出XI(n)與XQ(n)

（2）按照調(diào)頻類解調(diào)方法求出f(n)第三講多模式調(diào)制解調(diào)374.FM解調(diào)第三講多模式調(diào)制解調(diào)383）可以看出，在FM中，f(n)就是調(diào)制信號m(n)乘上一個系數(shù)。同AM信號一樣，F(xiàn)M信號用正交解調(diào)方法解調(diào)時，有較強的抗載頻失配能力。當本地載頻與信號載頻存在頻差和相差時，同相分量和正交分量可以表示為：第三講多模式調(diào)制解調(diào)383）可以看出，在FM中，f(n)第三講多模式調(diào)制解調(diào)39同樣對正交與同相分量之比值進行反切及差分運算，就可以得到：由此可見，當載波失配和差相是常量時，解調(diào)輸出只不過增加了一個直流分量，減去該分量，就可以得到解調(diào)信號。第三講多模式調(diào)制解調(diào)39同樣對正交與同相第三講多模式調(diào)制解調(diào)40第三講多模式調(diào)制解調(diào)40第三講多模式調(diào)制解調(diào)413.2.3數(shù)字調(diào)制信號的算法1.ASK解調(diào)（1）根據(jù)通用模型求出XI(n)與XQ(n)

（2）按照調(diào)幅類解調(diào)方法求出A(n)第三講多模式調(diào)制解調(diào)413.2.3數(shù)字調(diào)制信號的算法1第三講多模式調(diào)制解調(diào)42（3）對于ASK信號,只需要抽樣判決，就可以得到調(diào)制碼元am。ASK信號的正交解調(diào)性能和AM一樣，具有較強的抗載頻失配能力。（MASK信號的解調(diào)方法與ASK一樣）第三講多模式調(diào)制解調(diào)42（3）對于ASK信號,只需要抽第三講多模式調(diào)制解調(diào)43第三講多模式調(diào)制解調(diào)43第三講多模式調(diào)制解調(diào)442.FSK解調(diào)（1）根據(jù)通用模型求出XI(n)與XQ(n)

（2）按照調(diào)頻類解調(diào)方法求出f(n)第三講多模式調(diào)制解調(diào)442.FSK解調(diào)第三講多模式調(diào)制解調(diào)45（3）對FSK信號，在計算出瞬時頻率f(n)后，對f(n)經(jīng)抽樣門限判決，即可得到調(diào)制信號am。（MFSK信號的解調(diào)方法與FSK一樣）第三講多模式調(diào)制解調(diào)45（3）對FSK信號，在計算出瞬第三講多模式調(diào)制解調(diào)463.MSK解調(diào)（1）根據(jù)通用模型求出XI(n)與XQ(n)

（2）按照調(diào)頻類解調(diào)方法求出f(n)第三講多模式調(diào)制解調(diào)463.MSK解調(diào)第三講多模式調(diào)制解調(diào)47（3）抽樣判決，恢復碼元（GMSK與SFSK的解調(diào)方式與MSK相同）第三講多模式調(diào)制解調(diào)47（3）抽樣判決，恢復碼元第三講多模式調(diào)制解調(diào)484.PSK解調(diào)（1）根據(jù)通用模型求出XI(n)與XQ(n)

（2）按照調(diào)相類解調(diào)方法求出第三講多模式調(diào)制解調(diào)484.PSK解調(diào)第三講多模式調(diào)制解調(diào)49（3）對PSK信號，計算出瞬時相位后，對進行抽樣判決，即可得到調(diào)制信號。【注意】在解調(diào)時，需要本地載波與信號載波嚴格的同頻同相，才能計算出，同頻同相可由數(shù)字科斯塔斯環(huán)獲得。

（MPSK信號的解調(diào)方法與PSK類似）第三講多模式調(diào)制解調(diào)49（3）對PSK信號，計算出瞬時相位第三講多模式調(diào)制解調(diào)505.QPSK信號解調(diào)方法一：將QPSK可以看成兩個BPSK信號的組合。（1）根據(jù)通用模型求出XI(n)與XQ(n)第三講多模式調(diào)制解調(diào)505.QPSK信號解調(diào)第三講多模式調(diào)制解調(diào)51（2）分別對XI(n)與XQ(n)進行抽樣判決，即可恢復出并行數(shù)據(jù)。（3）并串轉(zhuǎn)換，得到調(diào)制信號(OQPSK信號的解調(diào)與QPSK類似）第三講多模式調(diào)制解調(diào)51（2）分別對XI(n)與XQ(n第三講多模式調(diào)制解調(diào)52QPSK信號解調(diào)方法二：QPSK的一般表達式為：（1）正交分解可得：第三講多模式調(diào)制解調(diào)52QPSK信號解調(diào)方法二：第三講多模式調(diào)制解調(diào)53（2）計算出，并算出的值

（3）根據(jù)的值查表編碼00011011第三講多模式調(diào)制解調(diào)53（2）計算出第三講多模式調(diào)制解調(diào)54QPSK信號解調(diào)摸板第三講多模式調(diào)制解調(diào)54QPSK信號解調(diào)摸板第三講多模式調(diào)制解調(diào)556.QAM解調(diào)（1）根據(jù)通用模型求出XI(n)與XQ(n)

（2）分別對XI(n)與XQ(n)進行抽樣判決，即可恢復出并行數(shù)據(jù)。（3）并串轉(zhuǎn)換，得到調(diào)制信號第三講多模式調(diào)制解調(diào)556.QAM解調(diào)第三講多模式調(diào)制解調(diào)56§3.3軟件無線電中的同步技術在相干解調(diào)時，接收端需要提供一個與接收信號中的調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個載波的獲取稱為載波提取或載波同步。載波同步是實現(xiàn)相干解調(diào)的先決條件。在數(shù)字通信中，還需要知道碼元的起始時刻以及幀的開始與結束，故還需要幀同步與位同步。本節(jié)主要討論了一些同步技術。第三講多模式調(diào)制解調(diào)56§3.3軟件無線電中的同步技術第三講多模式調(diào)制解調(diào)573.3.1載波同步載波同步的方法可以分為兩類：第一類：插入導頻法.發(fā)送有用信號的同時發(fā)送導頻信號（極少采用）第二類：直接法.從收到的信號中提取。

1）平方變換法2）同相正交鎖相環(huán)法3）DSP通過軟件實現(xiàn)第三講多模式調(diào)制解調(diào)573.3.1載波同步第三講多模式調(diào)制解調(diào)58這種方法是設法從接收信號中提取同步載波。有些信號，如DSB-SC、PSK等，它們雖然本身不直接含有載波分量，但經(jīng)過某種非線性變換后，將具有載波的諧波分量，因而可從中提取出載波分量來。下面介紹幾種常用的方法。1）平方變換法所謂平方變換法就是對輸入信號進行平方后，獲取所需的載波。原理圖如下：直接法載波同步平方律部件2fS窄帶濾波器二分頻器信號輸入載波輸出平方法載波同步第三講多模式調(diào)制解調(diào)58這種方法是設法第三講多模式調(diào)制解調(diào)59此方法廣泛用于建立抑制載波雙邊帶信號的載波同步。設調(diào)制信號m(t)無直流分量，則抑制載波的雙邊帶信號為：接收端將該信號經(jīng)過非線性變換——平方律器件后得到：上式的第二項包含有載波的倍頻2ωc的分量。若用一窄帶濾波器將2ωc頻率分量濾出，再進行二分頻，就可獲得所需的相干載波。第三講多模式調(diào)制解調(diào)59此方法廣泛用于建立抑制載波雙邊帶信第三講多模式調(diào)制解調(diào)602）正交鎖相環(huán)法（costas環(huán)）LPFLPFVCO環(huán)路濾波信號輸入I支路Q支路科斯塔斯環(huán)原理框圖V1V2V3V5V4V6Vd輸出信號第三講多模式調(diào)制解調(diào)602）正交鎖相環(huán)法（costas環(huán)）第三講多模式調(diào)制解調(diào)61在此環(huán)路中，壓控振蕩器（VCO）提供兩路互為正交的載波，與輸入接收信號分別在同相和正交兩個鑒相器中進行鑒相，經(jīng)低通濾波之后的輸出均含調(diào)制信號，兩者相乘后可以消除調(diào)制信號的影響，經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與相位差有關的控制壓控，從而準確地對壓控振蕩器進行調(diào)整。第三講多模式調(diào)制解調(diào)61在此環(huán)路中，壓第三講多模式調(diào)制解調(diào)62設輸入的抑制載波雙邊帶信號為：并假定環(huán)路鎖定，且不考慮噪聲的影響，則VCO輸出的兩路互為正交的本地載波分別為式中，θ為VCO輸出信號與輸入已調(diào)信號載波之間的相位誤差。第三講多模式調(diào)制解調(diào)62設輸入的抑制載波第三講多模式調(diào)制解調(diào)63信號分別與v1、v2相乘后得

經(jīng)低通濾波后分別為第三講多模式調(diào)制解調(diào)63信號第三講多模式調(diào)制解調(diào)64低通濾波器應該允許m(t)通過。V5、V6相乘產(chǎn)生誤差信號。當m(t)為矩形脈沖的雙極性數(shù)字基帶信號時，即使m(t)不為矩形脈沖序列，式中的可以分解為直流和交流分量。由于鎖相環(huán)作為載波提取環(huán)時，其環(huán)路濾波器的帶寬設計的很窄，只有m(t)中的直流分量可以通過，因此vd可寫成：

如果我們把圖中除環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）以外的部分看成一個等效鑒相器（PD），其輸出vd正是我們所需要的誤差電壓。第三講多模式調(diào)制解調(diào)64低通濾波器應該允許m(t)通過。第三講多模式調(diào)制解調(diào)65通過環(huán)路濾波器濾波后去控制VCO的相位和頻率，最終使穩(wěn)態(tài)相位誤差減小到很小的數(shù)值，而Vd沒有剩余頻差（即頻率與ωc同頻）。此時VCO的輸出V1=cos(ωct+θ)就是所需的同步載波，而V5=1/2m(t)cosθ≈1/2m(t)就是解調(diào)輸出。第三講多模式調(diào)制解調(diào)65通過環(huán)路濾波器濾波后去控制VCO的第三講多模式調(diào)制解調(diào)663.3.2位同步位同步是指在接收端的基帶信號中提取碼元定時的過程。它與載波同步有一定的相似和區(qū)別。載波同步是相干解調(diào)的基礎，而位同步是定時的基礎。位同步是正確取樣判決的基礎，只有數(shù)字通信才需要，并且不論基帶傳輸還是頻帶傳輸都需要位同步；所提取的位同步信息是頻率等于碼速率的定時脈沖，相位則根據(jù)判決時信號波形決定，可能在碼元中間，也可能在碼元終止時刻或其他時刻。實現(xiàn)方法也有插入導頻法（外同步法）和直接法（自同步法）。第三講多模式調(diào)制解調(diào)663.3.2位同步第三講多模式調(diào)制解調(diào)671、自同步（直接法）這一類方法是發(fā)端不專門發(fā)送導頻信號，而直接從接收的數(shù)字信號中提取位同步信號。這種方法在數(shù)字通信中得到了最廣泛的應用。常常通過濾波法，延遲相干法，鎖相等方法實現(xiàn)。

1）波形變換-濾波法不歸零的隨機二進制序列，不論是單極性還是雙極性的，當P(0)=P(1)=1/2時，都沒有f=1/T，2/T等線譜，因而不能直接濾出f=1/T的位同步信號分量。但是，若對該信號進行某種變換，例如，變成歸零的單極性脈沖，其譜中含有f=1/T的分量，然后用窄帶濾波器取出該分量，再經(jīng)移相調(diào)整后就可形成位定時脈沖。第三講多模式調(diào)制解調(diào)671、自同步（直接法）第三講多模式調(diào)制解調(diào)68這種方法的原理框圖如下圖所示。它的特點是先形成含有位同步信息的信號，再用濾波器將其取出。圖中的波形變換電路可以用微分、整流來實現(xiàn)。波形變換窄帶濾波移相脈沖形成基帶信號濾波法原理圖第三講多模式調(diào)制解調(diào)68這種方法的原理第三講多模式調(diào)制解調(diào)69這是一種從頻帶受限的中頻PSK信號中提取位同步信息的方法，其波形圖如下圖所示。當接收端帶通濾波器的帶寬小于信號帶寬時，使頻帶受限的2PSK信號在相鄰碼元相位反轉(zhuǎn)點處形成幅度的“陷落”。經(jīng)包絡檢波后得到圖(b)所示的波形，它可看成是一直流與圖(c)所示的波形相減，而圖(c)波形是具有一定脈沖形狀的歸零脈沖序列，含有位同步的線譜分量，可用窄帶濾波器取出。2）包絡檢波-濾波法第三講多模式調(diào)制解調(diào)69這是一種從頻第三講多模式調(diào)制解調(diào)70從2PSK信號中提取位同步信息第三講多模式調(diào)制解調(diào)70從2PSK信號中提取位同步信息第三講多模式調(diào)制解調(diào)71該方法與相干解調(diào)類似，不過其遲延時間要小于接收碼長T。接收信號與延遲信號相乘后，就可以得到一組脈沖寬度為的歸零碼，這樣就可以得到位同步信號的頻率分量。移相遲延提純脈沖形成遲延相干法原理框圖3）延遲相干法第三講多模式調(diào)制解調(diào)71該方法與相干第三講多模式調(diào)制解調(diào)724）鎖相法位同步鎖相法的基本原理與載波同步的類似，在接收端利用鑒相器比較接收碼元和本地產(chǎn)生的位同步信號的相位，若兩者相位不一致（超前或滯后），鑒相器就產(chǎn)生誤差信號去調(diào)整位同步信號的相位，直至獲得準確的位同步信號為止。第三講多模式調(diào)制解調(diào)724）鎖相法位同第三講多模式調(diào)制解調(diào)732、外同步（插入導頻法）在發(fā)射端專門發(fā)射導頻信號。第三講多模式調(diào)制解調(diào)732、外同步（插入導頻法）在第三講多模式調(diào)制解調(diào)743.3.3幀同步數(shù)字通信時，一般總是以若干個碼元組成幀，以幀為單位進行傳輸。幀同步的任務就是在位同步的基礎上識別出這些數(shù)字信息幀的“開頭”和“結尾”的時刻，使接收設備的幀定時與接收到的信號中的幀定時處于同步狀態(tài)。方法：幀同步通常利用在數(shù)字信息流中插入特殊的碼組作為每幀的頭尾標記。該碼組應在信息碼中很少出現(xiàn)，即使偶爾出現(xiàn)，也不可能依照幀的規(guī)律周期出現(xiàn)。在接收端產(chǎn)生出與發(fā)射端相同的碼組，并與收到的信號進行相關性運算，當相關值最大的時候，就認為找到了幀的起始位置。第三講多模式調(diào)制解調(diào)743.3.3幀同步第三講多模式調(diào)制解調(diào)75因此，幀同步的關鍵是尋找實現(xiàn)同步的特殊碼組。對該碼組的基本要求是（1）具有尖銳單峰特性的自相關函數(shù)；（2）便于與信息碼區(qū)別；（3）碼長適當，以保證傳輸效率。符合上述要求的特殊碼組有：全0碼、全1碼、1與0交替碼、巴克碼、電話基群幀同步碼0011011。目前常用的幀同步碼組是巴克碼。第三講多模式調(diào)制解調(diào)75因此，幀同步的第三講多模式調(diào)制解調(diào)76巴克碼巴克碼是一種有限長的非周期序列。它的定義如下：一個n位長的碼組{x1,x2,x3，…，xn}，其中xi的取值為+1或－1，若它的局部相關函數(shù)

則稱這種碼組為巴克碼。目前已找到的所有巴克碼組如下表所示。其中的＋、－號表示xi的取值為+1、-1，分別對應二進制碼的“1”或“0”。第三講多模式調(diào)制解調(diào)76巴克碼巴克碼是一種有限長的非周期第三講多模式調(diào)制解調(diào)77巴克碼組n巴克碼組2＋＋(11)3＋＋－（110）4＋＋＋－(1110)；＋＋－＋(1101)5＋＋＋－＋(11101)7＋＋＋－－＋－(1110010)11＋＋＋－－－＋－－＋－(11100010010)13＋＋＋＋＋－－＋＋－＋－＋(1111100110101)第三講多模式調(diào)制解調(diào)77巴克碼組n巴克碼組2＋＋(1第三講多模式調(diào)制解調(diào)783.4多模式調(diào)制解調(diào)器信號空間的概念已調(diào)信號的正交分解與矢量表示信號調(diào)制信號解調(diào)多模式調(diào)制解調(diào)器的通用結構解調(diào)第三講多模式調(diào)制解調(diào)783.4多模式調(diào)制解調(diào)器第三講多模式調(diào)制解調(diào)79從信號空間的角度理解調(diào)制解調(diào)調(diào)制是把信源信息（調(diào)制信號）變換成適合信道傳輸?shù)哪M波形（已調(diào)信號），解調(diào)則是從接收信號中恢復出傳送的信號。調(diào)制解調(diào)是一種信號變換過程，即從一個信號空間到另一個信號空間的映射。第三講多模式調(diào)制解調(diào)79從信號空間的角度理解調(diào)制解調(diào)調(diào)制是第三講多模式調(diào)制解調(diào)80從信號空間的角度理解調(diào)制解調(diào)將已調(diào)信號表示成正交基函數(shù)的展開式，即已調(diào)信號可以用正交信號子空間中的矢量來表示，則根據(jù)調(diào)制方式確定調(diào)制信號到這些矢量的映射，就完成了調(diào)制過程；在沒有噪聲情況下，解調(diào)是一對一的逆映射，但在有噪聲情況下，逆映射不能完成解調(diào)，必須引入空間距離的概念，根據(jù)調(diào)制映射關系，建立一對一的最優(yōu)信號檢測理論；第三講多模式調(diào)制解調(diào)80從信號空間的角度理解調(diào)制解調(diào)將已調(diào)第三講多模式調(diào)制解調(diào)81從信號空間的角度理解調(diào)制解調(diào)對于模擬解調(diào)和波形估計問題，基于信號空間的正交投影概念建立最佳濾波和最優(yōu)估計理論基于信號空間的正交展開的映射原理，引出軟件無線電多模式調(diào)制解調(diào)通用結構第三講多模式調(diào)制解調(diào)81從信號空間的角度理解調(diào)制解調(diào)對于模第三講多模式調(diào)制解調(diào)823.4.1信號集合與映射信號集合：有共同性質(zhì)的信號歸為一個集合將一個信號集合劃分為一系列互不相交的子集。如將一個不可數(shù)集合可劃分為可數(shù)個或有限個子集，給處理帶來方便。集合內(nèi)元素間的等價關系用符號～表示，在代數(shù)上它具有反身性、對稱性和等價性。具有等價關系的元素構成一個等價子集。通過集合劃分可得到一組互不正交的等價子集。包括元素x的等價子集表示為第三講多模式調(diào)制解調(diào)823.4.1信號集合與映射信號集合第三講多模式調(diào)制解調(diào)833.4.1信號集合與映射對給定的某種函數(shù)集合，定義函數(shù)間的等價關系為這種等價關系實際上是廣義的同余關系，即其中M為一函數(shù)子集，其定義為，則每一個等價子集可以用一個代表性的元素表示,而可表示為。即等價子集和有序數(shù)組之間存在一一對應關系。第三講多模式調(diào)制解調(diào)833.4.1信號集合與映射對給定的第三講多模式調(diào)制解調(diào)843.4.1信號集合與映射S1、S2為兩個信號集合，若存在一個規(guī)則f，使S1中的每一個元素x都對應S2中的一個元素y,則稱f為S1到S2的映射，記為：S1稱為映射f的定義域，S2稱為f的值域，y稱為x的象，x稱作y的原象。若每一個象都只有一個原象，這種映射稱為一一映射；若這種映射還是S2到S1上的映射，則稱之為可逆一一映射，其逆映射記為第三講多模式調(diào)制解調(diào)843.4.1信號集合與映射第三講多模式調(diào)制解調(diào)853.4.1信號集合與映射任何一種等價關系可以用集合映射來表示，即任何一個映射給出一種等價關系：如給出等價關系：第三講多模式調(diào)制解調(diào)853.4.1信號集合與映射任何一種第三講多模式調(diào)制解調(diào)863.4.1信號集合與映射函數(shù)是從集合到數(shù)集的映射，而泛函是從函數(shù)集合（信號集合）到數(shù)集的映射，即“函數(shù)的函數(shù)”。如信號的一種泛函可表示為將信號級數(shù)展開，

其中表示給定的基信號集合，表示一個可數(shù)的泛函序列，則信號集合中的每一個元素可用可數(shù)個泛函來表示。在軟件無線電中已調(diào)信號將采用這種方法表示。第三講多模式調(diào)制解調(diào)863.4.1信號集合與映射函數(shù)是從第三講多模式調(diào)制解調(diào)87信號空間一個信號集合代表具有某種共同性質(zhì)的信號。集合中各元素（信號）的相互關系，構成信號空間。線性空間：集合中元素對線性運算封閉。元素可是矢量、時間函數(shù)等，統(tǒng)稱廣義矢量，因此線性空間又稱矢量空間。距離空間：信號集合中一對元素可定義距離。賦范線性空間：將線性空間的代數(shù)概念和距離空間的幾何概念結合起來，賦予線性空間中的矢量以長度的概念。內(nèi)積空間：定義矢量內(nèi)積第三講多模式調(diào)制解調(diào)87信號空間一個信號集合代表具有某種共第三講多模式調(diào)制解調(diào)883.4.2已調(diào)信號的正交分解與矢量表示已調(diào)信號的矢量表示實質(zhì)是將廣義矢量空間（無限維）的已調(diào)信號表示為N個正交基函數(shù)的N維矢量空間表示第三講多模式調(diào)制解調(diào)883.4.2已調(diào)信號的正交分解與矢第三講多模式調(diào)制解調(diào)89已調(diào)信號的L2空間表示已調(diào)信號s(t)所在的空間可以認為是能量有限（平方可積）信號空間，即在區(qū)間[a,b]上的內(nèi)積空間，記為兩個復值信號的內(nèi)積定義為則范數(shù)為距離為第三講多模式調(diào)制解調(diào)89已調(diào)信號的L2空間表示已調(diào)信號第三講多模式調(diào)制解調(diào)90正交函數(shù)集合與N維線性空間實值信號集合若每個信號的能量均為1，且滿足

則稱該信號集是正交的。顯然該信號集合為L2(a,b)空間的子集，信號的范數(shù)為1，集合中不同信號間的內(nèi)積為零。第三講多模式調(diào)制解調(diào)90正交函數(shù)集合與N維線性空間實值信號第三講多模式調(diào)制解調(diào)91正交函數(shù)集合與N維線性空間選定一個正交函數(shù)集,L2(a,b)空間的任一信號可用其線性加權組合來近似表示，其誤差為選擇系數(shù)使誤差能量最小，

可得因此將稱為正交基函數(shù)集合，N個正交基函數(shù)張成一個N維線性空間，是在基函數(shù)上的投影,矢量是N維空間中的一點,因此信號可以用N維線性空間中的矢量來表示。第三講多模式調(diào)制解調(diào)91正交函數(shù)集合與N維線性空間選定一個第三講多模式調(diào)制解調(diào)92正交函數(shù)集合與N維線性空間矢量表示的最小均方誤差為

式中為信號的能量

若滿足，或者

則稱正交基函數(shù)集合是完備的。第三講多模式調(diào)制解調(diào)92正交函數(shù)集合與N維線性空間矢量表示第三講多模式調(diào)制解調(diào)93正交函數(shù)集合與N維線性空間線性矢量空間中，兩個矢量的內(nèi)積定義為對于完備正交基函數(shù)集合，則L2(a,b)空間的內(nèi)積和N維矢量空間的內(nèi)積相等：即兩個空間的范數(shù)和距離也必然相等第三講多模式調(diào)制解調(diào)93正交函數(shù)集合與N維線性空間線性矢量第三講多模式調(diào)制解調(diào)94正交基函數(shù)的構建采用正交基函數(shù)對已調(diào)信號進行矢量表示，各個系數(shù)的求解歸結為已調(diào)信號與基函數(shù)的內(nèi)積，可以獨立求解，與維數(shù)無關；基函數(shù)的數(shù)量與形式體現(xiàn)了調(diào)制解調(diào)的復雜性，為了減小復雜性，并形象地幾何可視化表示調(diào)制信號的主要特征，需要尋求一個最小的基函數(shù)集合，且基函數(shù)由簡單的函數(shù)組成。完成正交基函數(shù)的構建后，可以用基函數(shù)的線性組合來表示M個信號。對于L2(a,b)空間的信號，該正交函數(shù)集合對應的矢量是最小均方誤差準則下的最佳逼近，隨著維數(shù)的增加，逼近誤差趨于零。第三講多模式調(diào)制解調(diào)94正交基函數(shù)的構建采用正交基函數(shù)對已第三講多模式調(diào)制解調(diào)95正交基函數(shù)的構建常見的正交函數(shù)有正（余）弦函數(shù)、采樣函數(shù)、列讓德函數(shù)等但這些函數(shù)均為無限維函數(shù)集合。Gram-Schmidt歸一正交化方法。對于給定的M個信號集合，該方法可得到一個最小的、但不是唯一的正交基函數(shù)集合。第三講多模式調(diào)制解調(diào)95正交基函數(shù)的構建常見的正交函數(shù)有正第三講多模式調(diào)制解調(diào)96波形的綜合與分析信號調(diào)制是一種特殊的波形綜合問題，信號解調(diào)則是一種特殊的波形分析問題。能量有限信號的正交展開和矢量表示的直接應用就是波形綜合與分析。波形綜合圖中，輸入不同的Sm即可產(chǎn)生不同的波形輸出波形綜合示意圖第三講多模式調(diào)制解調(diào)96波形的綜合與分析信號調(diào)制是一種特殊第三講多模式調(diào)制解調(diào)97波形的綜合與分析波形分析與波形綜合過程相反，通過波形分析得到Sm(t)在各個正交基函數(shù)上的投影Smn。常用的波形分析方法有：

相干分析法匹配濾波分析法相關分析匹配濾波分析第三講多模式調(diào)制解調(diào)97波形的綜合與分析波形分析與波形綜合第三講多模式調(diào)制解調(diào)98波形的綜合與分析對相關運算，t=T時刻采樣值為對匹配濾波運算，匹配濾波器輸出為對其在t=T時刻采樣得可見，在t=T時刻匹配濾波器與相關器的輸出是相等的（其他時刻并不相等）。相關分析和匹配濾波分析的實現(xiàn)方法是不同的，前者需要波形產(chǎn)生器和乘法器、積分器，后者需要濾波器。第三講多模式調(diào)制解調(diào)98波形的綜合與分析對相關運算，t第三講多模式調(diào)制解調(diào)993.4.3信號調(diào)制傳統(tǒng)資料將信號調(diào)制定義為調(diào)制信號對載波的幅度、相位、頻率進行變換，這種定義不便于軟件無線電中構建多模式調(diào)制的統(tǒng)一結構。需從信號空間映射的角度來定義信號調(diào)制，即通過信號空間和矢量表示在信源信息（調(diào)制信號）和已調(diào)信號之間架起一座橋梁第三講多模式調(diào)制解調(diào)993.4.3信號調(diào)制傳統(tǒng)資料將信號第三講多模式調(diào)制解調(diào)100信號調(diào)制過程與映射信號調(diào)制的研究包括：尋找一個合適的正交基函數(shù)集合，將能量有限信號空間L2(T)已調(diào)信號用正交子空間中的矢量來表示。對數(shù)字調(diào)制信號，已調(diào)信號只有有限個波形，對應于信號空間中的有限個離散點根據(jù)調(diào)制體制，構造信源符號與正交子空間中矢量的映射關系，這種映射關系可能是簡單映射，也可能是由多種映射構成的復合映射。第三講多模式調(diào)制解調(diào)100信號調(diào)制過程與映射信號調(diào)制的研究第三講多模式調(diào)制解調(diào)101已調(diào)信號的正交函數(shù)表示載波調(diào)制的已調(diào)信號是一種帶通信號，可表示為選擇一個特殊的正交基函數(shù)集合對其進行正交展開，即得到即已調(diào)信號可用兩個矢量來表示

第三講多模式調(diào)制解調(diào)101已調(diào)信號的正交函數(shù)表示載波調(diào)制的第三講多模式調(diào)制解調(diào)102已調(diào)信號的正交函數(shù)表示設m(t)為信源調(diào)制信號，這種表示方法的作用在于：將已調(diào)信號的表示從帶通變?yōu)榛鶐?，從而可在基帶討論調(diào)制解調(diào)；對于線性數(shù)字調(diào)制（如MASK、MPSK、MQAM），I(t)、Q(t)只能取有限個狀態(tài)的離散值Ii,Qi，因而已調(diào)信號可用二維矢量空間（Ii,Qi）的星座表示，調(diào)制表征為m(t)到矢量空間的映射。對于非線性數(shù)字調(diào)制和模擬調(diào)制，由分解得到s={s0,s1}={I(t),Q(t)}仍與t有關，即I、Q兩個無窮維正交空間的矢量來表示，調(diào)制表征為m(t)到s={s0,s1}={I(t),Q(t)}的映射，數(shù)字實現(xiàn)時這種映射過程變?yōu)橛邢蘧S近似。第三講多模式調(diào)制解調(diào)102已調(diào)信號的正交函數(shù)表示設m(t第三講多模式調(diào)制解調(diào)103已調(diào)信號的正交函數(shù)表示因此信號調(diào)制可分為兩個過程：1、m(t)->{I(t),Q(t)}，稱為基帶調(diào)制2、{I(t),Q(t)}->s(t)，稱為正交調(diào)制，也稱正交上變頻正交上變頻已進行討論，下面主要介紹基帶調(diào)制，給出各種調(diào)制體制的基帶調(diào)制映射關系?；鶐д{(diào)制信號若不經(jīng)上變頻，可進行基帶傳輸。第三講多模式調(diào)制解調(diào)103已調(diào)信號的正交函數(shù)表示因此信號調(diào)第三講多模式調(diào)制解調(diào)104模擬調(diào)制第三講多模式調(diào)制解調(diào)104模擬調(diào)制第三講多模式調(diào)制解調(diào)105數(shù)字調(diào)制本質(zhì)上說，數(shù)字調(diào)制是模擬調(diào)制的特例，只不過m(t)是離散的，而非連續(xù)的，因此調(diào)制信號改用{I(t),Q(t)}表示，

{Ii,Qi},i=1,2,…M第三講多模式調(diào)制解調(diào)105數(shù)字調(diào)制本質(zhì)上說，數(shù)字調(diào)制是模擬第三講多模式調(diào)制解調(diào)106數(shù)字調(diào)制可看出，MASK,MPSK,MQAM3種調(diào)制的Ii、Qi與調(diào)制信息i是一一對應的，將(Ii,Qi)二維矢量空間中的點稱為星座，則可以直觀地畫出這三種調(diào)制的星座圖。MFSK和CPM中的(Ii,Qi)仍與t有關，不能直接用星座圖表示。可用信號空間表示。第三講多模式調(diào)制解調(diào)106數(shù)字調(diào)制可看出，MASK,MPS第三講多模式調(diào)制解調(diào)1073.4.4信號解調(diào)同信號調(diào)制過程相對應，信號解調(diào)分為正交解調(diào)和基帶解調(diào)兩個過程。正交解調(diào)正交解調(diào)把r(t)轉(zhuǎn)換為正交空間中的矢量，包括信號和噪聲兩部分，作為基帶解調(diào)的充分統(tǒng)計觀測量?；鶐Ы庹{(diào)在不存在噪聲的情況下，基帶解調(diào)完成矢量空間與信源信息的逆映射。在有噪聲情況下，觀測矢量已不同于發(fā)送端的已調(diào)信號矢量，故不存在逆映射。第三講多模式調(diào)制解調(diào)1073.4.4信號解調(diào)同信號調(diào)制過第三講多模式調(diào)制解調(diào)108基帶解調(diào)有噪聲情況下的基帶解調(diào)對數(shù)字信號，只能根據(jù)信源信息和矢量空間的映射關系，基于最小錯誤概率準則，判斷接收到的觀測矢量最可能是矢量空間中的哪一個點，此時基帶解調(diào)稱為信號檢測。而對于模擬信號，只能基于最小均方誤差準則，盡可能無失真地恢復所傳輸?shù)男旁葱盘柌ㄐ危藭r基帶解調(diào)稱為信號估計或波形估計。第三講多模式調(diào)制解調(diào)108基帶解調(diào)有噪聲情況下的基帶解調(diào)第三講多模式調(diào)制解調(diào)109信號解調(diào)本節(jié)討論的主要是無失真的理想信道接收的已調(diào)信號是發(fā)送的已調(diào)信號的延遲其幅度乘上了一個常數(shù)理想信道只引入了高斯白噪聲。第三講多模式調(diào)制解調(diào)109信號解調(diào)本節(jié)討論的主要是無失真的第三講多模式調(diào)制解調(diào)110正交解調(diào)由于已調(diào)信號是由N個正交基函數(shù)加權合成的，根據(jù)波形分析原理，應將接收信號與N個正交基函數(shù)分別進行相關運算，即計算在N個正交基函數(shù)上的投影于是接收信號在[0,T]內(nèi)可以表示為代表與投影到基函數(shù)部分的差。不包含有關基帶解調(diào)的任何信息，為充分統(tǒng)計觀測量。第三講多模式調(diào)制解調(diào)110正交解調(diào)由于已調(diào)信號是由N個正交第三講多模式調(diào)制解調(diào)111正交解調(diào)的匹配濾波器實現(xiàn)由于匹配濾波器與相關器的等效性，正交解調(diào)也可用匹配濾波器實現(xiàn)。這種采用基函數(shù)進行正交解調(diào)的接收機稱為基函數(shù)相關（或基函數(shù)匹配器）最優(yōu)接收機。第三講多模式調(diào)制解調(diào)111正交解調(diào)的匹配濾波器實現(xiàn)由于匹配第三講多模式調(diào)制解調(diào)112正交解調(diào)對于帶通接收信號，若選擇特殊的正交基函數(shù)為

則正交解調(diào)實現(xiàn)信號從帶通到低通的變換，因此又稱正交下變頻。第三講多模式調(diào)制解調(diào)112正交解調(diào)對于帶通接收信號，若選擇第三講多模式調(diào)制解調(diào)113數(shù)字信號的檢測通過正交解調(diào)得到充分統(tǒng)計觀測矢量之后，將基于最小錯誤概率準則判斷該矢量屬于N維信號空間中M個點中的哪一個點，這屬于信號檢測理論的范疇。如錯誤代價相等，此時判決準則為最大后驗概率準則（MAP）在AWGN信道中，MAP準則可表示為由于，采用對數(shù)形式為第三講多模式調(diào)制解調(diào)113數(shù)字信號的檢測通過正交解調(diào)得到充第三講多模式調(diào)制解調(diào)114最大后驗概率準則定義歐幾里德距離為MAP信號檢測的本質(zhì)為：信號空間M個星座中與觀測矢量歐幾里德距離（加上一個由先驗概率決定的偏移量）最小的星座將判決為發(fā)送的信號星座。MAP準則的本質(zhì)還可以表示為：計算觀測矢量r與M個星座矢量的內(nèi)積，并加上一個由先驗概率和符號能量決定的偏移量，其值最大的矢量對應的星座即判決為發(fā)送的星座符號。由于N維矢量空間的內(nèi)積與L2(0,T)空間的內(nèi)積相等，MAP還可表示為：

第三講多模式調(diào)制解調(diào)114最大后驗概率準則定義歐幾里德距離第三講多模式調(diào)制解調(diào)115最佳接收機--基函數(shù)相關接收機的構造將接收信號投影到N個基函數(shù)上，構成基函數(shù)相關接收機第三講多模式調(diào)制解調(diào)115最佳接收機--基函數(shù)相關接收機的第三講多模式調(diào)制解調(diào)116最佳接收機--符號函數(shù)相關接收機的構造將接收信號投影到M個符號波形上，構成符號函數(shù)相關接收機第三講多模式調(diào)制解調(diào)116最佳接收機--符號函數(shù)相關接收機第三講多模式調(diào)制解調(diào)117最佳接收機從形式上看基函數(shù)相關接收機復雜一些，它首先要將投影到N維矢量空間，得到充分判決矢量，然后將與M個星座矢量進行相關運算選擇最大者。但事實上由于N往往小于M，基函數(shù)相關接收機需要的相關器少于符號相關接收機，更重要的是，基函數(shù)相關接收機形式上對不同體制選擇相同的基函數(shù)，構成統(tǒng)一的多模式解調(diào)平臺，不同體制表現(xiàn)為基帶映射的不同表示而符號相關接收機需要合成各個符號，不能形成統(tǒng)一的多模式解調(diào)平臺。第三講多模式調(diào)制解調(diào)117最佳接收機從形式上看基函數(shù)相關接第三講多模式調(diào)制解調(diào)118最佳接收機軟件無線電中采用基函數(shù)相關接收機形式，并通常選擇作為基函數(shù)，此時N＝2。數(shù)字調(diào)制中,s(t)只有M種狀態(tài)，代表M個符號，解調(diào)的目的是要從接收信號r(t)中判斷傳送的是哪一個符號，處理原則是判決時刻的最大信噪比準則，而不是無失真地恢復波形。作相關檢測時，還應考慮復合映射問題及MFSK、CPM信號特殊空間表示問題。第三講多模式調(diào)制解調(diào)118最佳接收機軟件無線電中采用基函數(shù)第三講多模式調(diào)制解調(diào)1193.4.5多模式調(diào)制解調(diào)器的通用結構基帶調(diào)制發(fā)送濾波正交解調(diào)正交解調(diào)接收濾波輸出選擇信號檢測或估計多模式調(diào)制解調(diào)的通用結構發(fā)送濾波器對信號的頻帶和波形進行限制。采用基帶數(shù)字合成方法實現(xiàn)。接收濾波器：限制信道噪聲、實現(xiàn)波形成形（使?jié)M足無符號間干擾）?？捎貌ㄐ尾樵兎ɑ虿ㄐ斡嬎惴▽崿F(xiàn)。第三講多模式調(diào)制解調(diào)1193.4.5多模式調(diào)制解調(diào)器的通第三講多模式調(diào)制解調(diào)120分析討論多模式調(diào)制解調(diào)的基本原理是采用正交基函數(shù)對已調(diào)信號進行I/Q正交分解，這種正交分解有兩個作用：將L2空間中的已調(diào)信號表示成I、Q正交子空間中的矢量信號正交分解將信號從帶通變到低通，從而可以在基帶采用矢量映射來表示調(diào)制解調(diào)，而不是在載波頻率上表示調(diào)制解調(diào)。不同模式的調(diào)制解調(diào)對應不同的映射表，因此，具有統(tǒng)一的通用實現(xiàn)結構。第三講多模式調(diào)制解調(diào)120分析討論多模式調(diào)制解調(diào)的基本原理第三講多模式調(diào)制解調(diào)121分析討論多模式調(diào)制解調(diào)是建立在正交基函數(shù)上的調(diào)制解調(diào)器，而不是建立在符號基礎上的，各種符號與基函數(shù)的映射關系體現(xiàn)在基帶調(diào)制解調(diào)。建立在基函數(shù)上的調(diào)制解調(diào)對于數(shù)字調(diào)制和模擬調(diào)制都適合，而建立在符號基礎上的調(diào)制解調(diào)器僅適用于數(shù)字調(diào)制第三講多模式調(diào)制解調(diào)121分析討論多模式調(diào)制解調(diào)是建立在正第三講多模式調(diào)制解調(diào)1223.5調(diào)制信號識別技術

調(diào)制信號識別方法發(fā)展調(diào)制信號識別處理過程現(xiàn)有識別方法概述判決理論譜分析法第三講多模式調(diào)制解調(diào)1223.5調(diào)制信號識別技術調(diào)制信第三講多模式調(diào)制解調(diào)1233.5.1調(diào)制信號識別方法發(fā)展1969年4月，C.S.Waver等在斯坦福大學學術報告上發(fā)表了第一篇研究自動調(diào)制識別的論文《采用模式識別技術實現(xiàn)調(diào)制類型的自動分類》。此后，不斷有研究調(diào)制模式識別的論文出現(xiàn)在刊物上。第三講多模式調(diào)制解調(diào)1233.5.1調(diào)制信號識別方法發(fā)展1第三講多模式調(diào)制解調(diào)124基于特征參數(shù)的數(shù)字調(diào)制識別方法1984年，Liedtke提出了一種數(shù)字調(diào)制識別方法，這種方法采用信號幅度直方圖、頻率直方圖，以及幅度方差和頻率方差等特征參數(shù)，然后采用模式識別的分類方法，通過提取的特征參數(shù)與理想樣本的特征參數(shù)相比較，按照最近原則進行信號自動分類。這種方法能夠在SNR>18dB條件下，有效識別AM、2ASK、2FSK、2PSK、4PSK等信號。第三講多模式調(diào)制解調(diào)124基于特征參數(shù)的數(shù)字調(diào)制識別方法1第三講多模式調(diào)制解調(diào)1251986年，F(xiàn)abrizi等提出了一種模擬調(diào)制識別方法，該方法基于瞬時幅度和瞬時頻率方面的信息，采用信號包絡峰值作為特征參數(shù)。該方法能夠在SNR>35dB的條件下，有效識別CW、FM和DSB等信號。1989年Chan和Cadbois等也提出了一種類似的方法，該方法根據(jù)信號包絡的特點，采用信號包絡方差和信號均值平方之比R作為判決準則?；谒矔r幅度和瞬時頻率的模擬調(diào)制識別方法第三講多模式調(diào)制解調(diào)1251986年，F(xiàn)abrizi等提出第三講多模式調(diào)制解調(diào)126準優(yōu)化的對數(shù)似然比識別方法1990年，A.Ploydoros和K.Kim等提出了準優(yōu)化的對數(shù)似然比識別方法。其思想是采用高斯白噪聲干擾下的數(shù)字調(diào)相信號的近似似然比函數(shù)，通過優(yōu)化得到LR判決準則，從而區(qū)分MPSK信號。該方法在信噪比大于零時，有較好的識別效果。第三講多模式調(diào)制解調(diào)126準優(yōu)化的對數(shù)似然比識別方法199第三講多模式調(diào)制解調(diào)127數(shù)字相位統(tǒng)計相關變量識別方法1992年，S.S.Soliman和S.Hsue等提出一種數(shù)字相位統(tǒng)計相關變量識別方法，利用PSK信號相位的n階統(tǒng)計均值隨M單調(diào)遞增的特性，對各種MPSK信號進行識別。這以后H.Leib和S.Pasupathy等人也對高斯白噪聲干擾的信號相位的概率分布進行了研究，為調(diào)相信號的識別提供了理論依據(jù)，他們識別目標主要是MPSK信號或CW、MPSK、MFSK等信號。第三講多模式調(diào)制解調(diào)127數(shù)字相位統(tǒng)計相關變量識別方法19第三講多模式調(diào)制解調(diào)128A.K.Nandi等提出的七個關鍵特征參數(shù)在1995年～1998年的三年間，A.K.Nandi和E.E.Azzouz發(fā)表了多篇文章，利用他們提出的七個關鍵特征，分別采用決策理論、神經(jīng)網(wǎng)絡和神經(jīng)網(wǎng)絡級聯(lián)的方法對模擬和數(shù)字信號進行分類識別，在信噪比大于10dB時，具有良好的識別效果。第三講多模式調(diào)制解調(diào)128A.K.Nandi等提出的七個關第三講多模式調(diào)制解調(diào)129其它主要的識別方法其它主要的識別方法還有S.Hsue的過零點識別方法，A.W.Gardner的周期譜識別方法等。近幾年來，人們又將神經(jīng)網(wǎng)絡技術、小波變換技術、高階譜分析技術與調(diào)制識別技術相結合，提出了許多新穎的調(diào)制識別方法。第三講多模式調(diào)制解調(diào)129其它主要的識別方法其它主要的識別第三講多模式調(diào)制解調(diào)1303.5.2調(diào)制信號識別處理過程調(diào)制信號識別是一個典型的模式識別問題，一般過程如圖3.6.1所示：調(diào)制識別方法的基本框架包括三部分：信號預處理部分、特征提取部分和分類器部分。信號預處理部分為后續(xù)處理提供合適的數(shù)據(jù)。第三講多模式調(diào)制解調(diào)1303.5.2調(diào)制信號識別處理過程第三講多模式調(diào)制解調(diào)131信號預處理部分信號預處理部分為后續(xù)處理提供合適的數(shù)據(jù)。信號預處理任務一般包括：數(shù)字下變頻、頻偏估計和載頻分量消除等。多信道情況下，還需完成信道分離。第三講多模式調(diào)制解調(diào)131信號預處理部分信號預處理部分為后第三講多模式調(diào)制解調(diào)132特征提取部分特征提取部分是從數(shù)據(jù)中提取信號的時域特征或變換域特征。時域特征包括信號的瞬時幅度、瞬時相位和瞬時頻率的統(tǒng)計參數(shù)。變換域特征包括功率譜、譜相關函數(shù)、時頻分布以及其它統(tǒng)計參數(shù)。對于變換域特征，采用FFT方法可以獲得，而時域特征通常由Hilbert變換法、同相正交(I-Q)分量法和過零檢測法等獲得。第三講多模式調(diào)制解調(diào)132特征提取部分特征提取部分是從數(shù)據(jù)第三講多模式調(diào)制解調(diào)133分類識別器部分分類識別器部分，選擇和確定合適的判決規(guī)則和分類器結構，主要采用梯形分類器結構和神經(jīng)網(wǎng)絡結構的分類器。梯形分類器是采用多級分類結構，每級結構根據(jù)一個或多個特征參數(shù)，分辨出調(diào)制類型，再下一級結構又根據(jù)一個或多個特征參數(shù)，再分辨出某一類調(diào)制類型，經(jīng)多級識別后，最終完成具體類型的識別。這種分類器結構相對簡單，但需要事先確定判決門限，自適應能力差，識別效率相對不高。神經(jīng)網(wǎng)絡分類器具有強大的模式識別能力，能夠自動適應環(huán)境變化，能較好處理復雜的非線性問題，而且具有較好的穩(wěn)健性和潛在的容錯性，可獲得很高的識別率。第三講多模式調(diào)制解調(diào)133分類識別器部分分類識別器部分，選第三講多模式調(diào)制解調(diào)134特征的提取和選擇直接影響分類器的設計和性能，需要考慮在實際通信條件下使所選擇的特征參數(shù)具有良好的分辨率。分類識別是依據(jù)信號特征的觀測值將其分到不同類別中去。選擇和確定合適的判決規(guī)則和分類器結構，也是信號調(diào)制識別的重要研究內(nèi)容。第三講多模式調(diào)制解調(diào)134特征的提取和選擇直接影響分類器的第三講多模式調(diào)制解調(diào)1353.5.3現(xiàn)有識別方法概述目前已有的自動調(diào)制識別方法大致可以分成兩大類：判決理論方法和模式識別方法。判決理論采用概率論和假設檢驗理論的方法解決信號分類問題，在最小錯誤準則下是最佳的,但檢測統(tǒng)計量計算復雜其需要一些先驗概率信息。模式識別方法基于特征抽取的識別算法,它結合使用了傳輸信號的頻域特征(比如頻譜估計)和時域特征(比如瞬時包絡、瞬時頻率和瞬時相位),對信號先驗信息的依賴性相對較小,判決規(guī)則稍復雜但特征參數(shù)提取簡單，能夠在各種無線信道環(huán)境中使用,便于實現(xiàn)。第三講多模式調(diào)制解調(diào)1353.5.3現(xiàn)有識別方法概述目第三講多模式調(diào)制解調(diào)136時域特征參數(shù)法以Nandi等提出的提出七個關鍵特征參數(shù)和判決方法為代表。在1995年～1998年的三年間，A.K.Nandi和E.E.Azzouz發(fā)表了多篇文章，利用他們提出的七個關鍵特征（由幅度、頻率、相位、功率轉(zhuǎn)化而來），分別采用決策理論、神經(jīng)網(wǎng)絡和神經(jīng)網(wǎng)絡級聯(lián)的方法對模擬和數(shù)字信號進行分類識別，在信噪比大于10dB時，具有良好的識別效果。Nandi等提出的算法，是目前調(diào)制識別中常用的算法，他們提出的特征參數(shù)，為人們廣泛應用，在其基礎上，人們提出了一些改進的特征參數(shù)或采用新的分類器結構。第三講多模式調(diào)制解調(diào)136時域特征參數(shù)法以Nandi等提第三講多模式調(diào)制解調(diào)137A.W.Gardner等提出的譜相關法該方法基于通信信號的周期平穩(wěn)性特點，不同調(diào)制信號的特征主要表現(xiàn)在譜相關函數(shù)以及相關譜的自相關函數(shù)上，分析不同調(diào)制信號的不同周期特性，用以區(qū)分信號的調(diào)制類型。譜相關識別方法具有分辨率高、抗干擾能力強的特點。周期譜除了能分離和識別信號外，還能通過檢測周期譜的幅度、位移等特征來測定載波、脈沖速率及相位信息等。第三講多模式調(diào)制解調(diào)137A.W.Gardner等提出的譜第三講多模式調(diào)制解調(diào)138判決理論法代表性的有Y.Yang和S.S.Soliman等基于對高斯干擾信號的相位概率密度分析，提出針對MPSK類信號的識別方法。該方法利用Tikhonov函數(shù)逼近信號的相位概率密度，推導出假設檢驗的統(tǒng)計檢測量，可以識別低信噪比條件下的數(shù)字調(diào)相信號。WenWei等使用最大似然估計和模糊邏輯的方法識別具體的星座圖分布來分辯信號。Beidas應用高階相關函數(shù)識別MFSK信號。第三講多模式調(diào)制解調(diào)138判決理論法代表性的有Y.Yan第三講多模式調(diào)制解調(diào)1393.5.4特征參數(shù)法從接收信號的幅度、頻率、功率譜等信息中提取特征參數(shù)第三講多模式調(diào)制解調(diào)1393.5.4特征參數(shù)法從接收第三講多模式調(diào)制解調(diào)140信號瞬時幅度序列功率譜的最大值

其中為信號包絡幅度歸一化和中心值。信號包絡方面的特征參數(shù)能夠反映信號是否存在幅度調(diào)制。能夠用這些特征參數(shù)將諸如AM、DSB、SSB、ASK等幅度調(diào)制信號與FM、FSK、PSK等幅度保持不變的信號區(qū)別開來。第三講多模式調(diào)制解調(diào)140信號瞬時幅度序列功率譜的最大值第三講多模式調(diào)制解調(diào)141譜對稱特征參數(shù)式中是截取的信號功率譜采樣，可用周期圖法求得，表示載頻所對應的譜線序數(shù)。特征參數(shù)P反映信號功率譜關于載頻的對稱性，功率譜越對稱，P越趨近于0，功率譜越不對稱，P越趨近于，利用參數(shù)P能夠區(qū)分USB、LSB、VSB和FM_AM等信號。第三講多模式調(diào)制解調(diào)141譜對稱特征參數(shù)式中第三講多模式調(diào)制解調(diào)142強信號段瞬時相位的直接相位標準偏差

為強信號段瞬時相位的非線性部分中心化值，是關于幅度的門限值，C表示信號序列中的總次數(shù)第三講多模式調(diào)制解調(diào)142強信號段瞬時相位的直接相位標準偏第三講多模式調(diào)制解調(diào)143強信號段瞬時相位的絕對相位標準偏差

信號瞬時相位方面的特征參數(shù)能夠反映信號是否存在相位調(diào)制與變化。利用能夠?qū)M、DSB信號從其它信號區(qū)別開來，將與結合，能夠?qū)?ASK、4ASK從其它信號區(qū)別開來，同是能夠?qū)?PSK信號區(qū)別出第三講多模式調(diào)制解調(diào)143強信號段瞬時相位的絕對相位標準偏第三講多模式調(diào)制解調(diào)144信號瞬時頻率的直接頻率偏差

信號瞬時頻率的絕對頻率偏差

其中為中心化歸一化瞬時頻率。信號瞬時頻率方面的特征參數(shù)能夠反映信號是否存在頻率調(diào)制與變化。利用能夠?qū)SK信號從ASK和PSK信號中區(qū)分開來.利用能夠?qū)?FSK與4FSK區(qū)分開來。

第三講多模式調(diào)制解調(diào)144信號瞬時頻率的直接頻率偏差信號第三講多模式調(diào)制解調(diào)145瞬時幅度的絕對方差第三講多模式調(diào)制解調(diào)145瞬時幅度的絕對方差第三講多模式調(diào)制解調(diào)1463.5.5譜分析法

目前已有的自動調(diào)制識別方法大致可以分成兩大類:判決理論方法模式識別方法在最小錯誤準則下,判決理論方法是最佳的,但是其判決規(guī)則較難實現(xiàn)。模式識別方法是基于特征抽取的識別算法,它結合使用了傳輸信號的頻域特征(比如頻譜估計)和時域特征(比如瞬時包絡、瞬時頻率和瞬時相位),對信號先驗信息的依賴性相對較小,能夠在各種無線信道環(huán)境中使用,因此具有較大的實用價值。調(diào)制信號自動識別的關鍵是其特征參數(shù)的提取與計算,特征參數(shù)對信噪比及調(diào)制參數(shù)的魯棒性直接關系到識別的性能。第三講多模式調(diào)制解調(diào)1463.5.5譜分析法目前已有第三講多模式調(diào)制解調(diào)147R參數(shù)R參數(shù)反應信號包絡的變化程度。調(diào)制信號可以寫成采樣得到離散信號序列信號的瞬時包絡平方公式如下:R參數(shù)表達式:其中、分別是信號包絡平方的均值和方差。

第三講多模式調(diào)制解調(diào)147R參數(shù)R參數(shù)反應信號包絡的變化第三講多模式調(diào)制解調(diào)148CW因子

對信號進行FFT運算,得到定義最大幅值和次高幅值的比為CW因子。顯然,當其值大于某門限時,可判其為載波信號CW。第三講多模式調(diào)制解調(diào)148CW因子對信號進行FFT第三講多模式調(diào)制解調(diào)149信號平方譜

信號平方后的頻譜可以分成兩部分:其一是信號載頻兩倍處的部分,用兩倍載波分量和“共振峰”數(shù)兩個參數(shù)表示其特征;其二是0頻附近的頻譜,MPSK信號采用了滾降技術,因此當信號平方后,在0頻附近有能量,且在信號波特率譜線處將有明顯的能量峰值出現(xiàn)。

第三講多模式調(diào)制解調(diào)149信號平方譜信號平方后的頻譜可以第三講多模式調(diào)制解調(diào)150信號四次方譜信號平方、高通濾波后再次求平方,其頻譜特征可用四倍載頻附近離散譜分量個數(shù)N4參數(shù)表示

第三講多模式調(diào)制解調(diào)150信號四次方譜信號平方第三講多模式調(diào)制解調(diào)151瞬時頻率歸一化分布未知信號因其準確的載頻未知,因此頻譜中出現(xiàn)的瞬時頻率存在誤差而不能直接利用,但其統(tǒng)計分布可以較好地反映信號的特征。第三講多模式調(diào)制解調(diào)151瞬時頻率歸一化分布未知信號因其準第三講多模式調(diào)制解調(diào)152瞬時頻率歸一化分布計算方法A.信號的瞬時相位:B.對瞬時相位進行相位去卷疊,得到去卷疊后的相位序列C.為消除載波對相位的影響,對差分得到序列D.對進行歸一化處理得到信號的歸一化頻率:E.對其進行分布統(tǒng)計。第三講多模式調(diào)制解調(diào)152瞬時頻率歸一化分布計算方法第三講多模式調(diào)制解調(diào)153瞬時頻率歸一化分布信號瞬時頻率歸一化分布可用如下特征參數(shù)表述:(1)極大值位置的絕對值(2)分布均值以上部分所占寬度(3)分布方差第三講多模式調(diào)制解調(diào)153瞬時頻率歸一化分布信號瞬時頻率歸第三講多模式調(diào)制解調(diào)154AWGN因子AWGN頻譜包絡是平坦的,但信號譜表現(xiàn)不同,有明顯的“共振峰”,因此,按以下方法計算其取值范圍不同,可以用于將信號與AWGN的分類。A.對數(shù)據(jù)進行FFT變換,求出其功率譜;B.計算功率譜的均值E2;C.對于高于E1的部分再求均值,得到E2;D.對于高于E2的部分再求均值,得到E3;計算A1=E2-E1E1,A2=E3-E2E1仿真統(tǒng)計表明:當為AWGN時,A1、A2值均在0.7-1.3范圍內(nèi);當為信號時,A1、A2值均大于2。第三講多模式調(diào)制解調(diào)154AWGN因子AWGN頻譜包精品文檔歡迎下載讀書破萬卷，下筆如有神--杜甫精品文檔歡迎下載讀書破萬卷，下筆如有神--杜甫第三講多模式調(diào)制解調(diào)156第三講多模式調(diào)制解調(diào)基于正交調(diào)制的解調(diào)算法基于正交調(diào)制的調(diào)制算法同步技術及相關算法多模式調(diào)制解調(diào)器信號空間的概念已調(diào)信號的正交分解與矢量表示信號調(diào)制信號解調(diào)多模式調(diào)制解調(diào)器的通用結構解調(diào)調(diào)制信號識別技術第三講多模式調(diào)制解調(diào)1第三講多模式調(diào)制解調(diào)基于正交調(diào)制第三講多模式調(diào)制解調(diào)157§3.1軟件無線電中的調(diào)制算法3.1.1信號調(diào)制通用模型在當代通信中，通信信號的種類繁多，如果按照常規(guī)的方法，產(chǎn)生一種信號就要一種硬件電路，那么，要使一個通信機產(chǎn)生多種信號，其電路就會極其復雜，體積、重量都會很大。軟件無線電中，各種調(diào)制信號是以一個通用的數(shù)字信號處理平臺為支撐，利用各種軟件來產(chǎn)生的。第三講多模式調(diào)制解調(diào)2§3.1軟件無線電中的調(diào)制算法第三講多模式調(diào)制解調(diào)158信源I多相濾波相乘信源Q多相濾波相乘相加正交調(diào)制的實現(xiàn)框圖第三講多模式調(diào)制解調(diào)3信源I多相濾波相乘信源Q多相濾波相乘第三講多模式調(diào)制解調(diào)159從理論上來說，各種信號都可以用正交調(diào)制的方法來實現(xiàn)，其表達式：

調(diào)制信號的信息都應該包括在I(t)和Q(t)內(nèi)。另外，由于各種調(diào)制信號都在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)的，因此，在數(shù)字域上實現(xiàn)時要對上式進行數(shù)字化。第三講多模式調(diào)制解調(diào)4從理論上來說，各種第三講多模式調(diào)制解調(diào)1603.1.2模擬信號調(diào)制算法1.調(diào)頻（FM）調(diào)頻就是載波頻率隨調(diào)制信號成線性變化的一種調(diào)制方式。第三講多模式調(diào)制解調(diào)53.1.2模擬信號調(diào)制算法1.調(diào)頻第三講多模式調(diào)制解調(diào)161令：將s(t)的表達式展開，帶入u(t)化簡，可得：

可以看出：第三講多模式調(diào)制解調(diào)6令：第三