通信信号分析

参数估计
载波频率估计、码速率估计
载频估计：如PSK信号，把信号变成单频信号，利用FFT变换 码速率估计：如PSK信号，检测码元转换点，利用FFT变换
调用相关函数
amplitude
2 0 -2 0 0.02 0.04 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 time(second) passband signal with noise in time domain 0.06 0.18 0.2
ammod 函数
awgn 函数
amplitude
bn n tan an
1

数字信号特点（以QPSK信号为例）
n
S (t ) g (t nTb ) cos(c t n (t ))
j t ( t ) 解析信号 X (t ) g (t nTb )e n 或复数形式：
c n
cos n (t ) j sin n (t )
（二）通信信号的调制识别

调制类型识别
仅从接收信号中识别是哪种调制类型 步骤 （1）提取信号特征（时域特征、频域特征、 星座图等） （2）分类器：构建分类规则，自动从提取的 特征中识别调制类型


时域特征：包络特征R
假设接收的解析信号为 接收信号包络为 包络均值
s(t )
(t ) abs(s(t ))
m(t ) x(t ) m(t )

FM和PM信号
S (t ) Ac cos(ct (t ) c )
FM： (t ) 2 K FM m(t ) dt m(t ) : 调制信号 PM： (t ) K PM m(t )
K FM ：频偏常数 K PM ：相偏常数

MQAM信号(M=16,64,256)
S (t ) an cos n g (t nTb ) cos ct bn sin n g (t nTb ) sin ct n n
1,3, ,..., log 2 ( M ) 1 an , bn 1,3,..., (log 2 ( M ) 1)
square root raised cosine impulse response. 0.35 0.3 0.25
rcosine 函数（产生滤波器系数）
Amplitude
0.2 0.15 0.1 0.05 0 -0.05 -0.1
0
5
10
15
20 n (samples)
25
30
35
40
脉冲成型
baseband signal of pulse shaped in frequency domain
150
100
50
0 -0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1 0 0.1 nomalized frequency
0.2
0.3
0.4
0.5
数字信号其他特点
星座图
scatterplot函数
Quadrature
Scatter plot 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -1 -0.5 0 In-Phase 0.5 1

模拟信号特点（以含噪声AM信号为例）
Y (t ) A0 m(t ) cos(2 f ct c ) W (t )
例：被调制信号是
m(t ) cos(2 f mt 0 )
A0 1
f m 50, 0 pi / 2
f c 500, c (0, 2)
0.2
பைடு நூலகம்0.3
0.4
0.5
QPSK square spetra 100
50
0 -0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
QPSK quartic spetra 100
50
0 -0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
（三）通信信号的参数估计
150
200
450
500
0.5
Qn amplitude
0
-0.5
0
50
100
150
200
250 300 sample
350
400
450
500
带通信号频域
passband signal of pulse shaped in frequency domain 350
300
250
amplitude
200
0.2
0.3
0.4
0.5
脉冲成型滤波器
2.Pulse shapping(根升余弦成型滤波器)
cos((1 R) t / T ) g(t ) 4 R
sin((1 R) t / T t 4R T T (1 (4 Rt / T ) 2 )
R(Rolloff factor): (0≤R ≤ 1)
E ( (t )) 包络方差 var((t))
var( (t )) R 2 E ( (t ))

频域特征：功率谱，二次方谱，四次方谱等
Y ( ) abs( fft (s(t )))
假设接收信号为 s(t ) 接收信号功率谱为
接收信号平方谱为 Y 2( ) abs( fft ( s 2 (t ))) 接收信号四次方谱为 Y 4( ) abs( fft ( s 4 (t )))

模拟通信信号

AM信号形式 S (t ) A0 m(t ) cos(c t c ) A0 1 Qx (t ) cos(c t c )
m(t ) : 调制信号
A0 : 直流分量
c : 载波
c : 载波初始相位
m(t ) A0 100%
调幅度（调制深度）Q：
0.4
0.5
rcosflt函数（脉冲成型）
带通信号时域
3.Carrier modulation
In amplitude
passband signal of pulse shaped in time domain 1
0.5
0
-0.5
0
50
100
250 300 350 400 sample passband signal of pulse shaped in time domain
-200 0 200 400 frequency(Hz) passband signal in frequency domain
-400
600
800
1000
amplitude
200 100 0 -1000 -800 -600 -200 0 200 400 600 frequency(Hz) passband signal with noise in frequency domain -400 800 1000
通信信号分析识别实验

非合作通信信号分析识别流程
截获信号 预处理 特征提取 调制识别
参数估计
解调
通信信号分析识别实验内容


通信信号形式和特点 模拟通信信号、数字通信信号仿真 通信信号的调制识别和参数估计
（一）通信信号形式和特点
模拟通信信号 （1）AM信号 （2）FM信号 （3）PM信号

数字通信信号 （1）ASK信号 （2）FSK信号 （3）PSK信号 （4）QAM信号
5 0 -5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 time(second) 0.14 0.16 0.18 0.2
频域
information signal in frequency domain
fftshift函数
amplitude
fft 函数
500
0 -1000
-800
-600
n
an 0,1 cn 1,1 ?

QPSK信号
S (t ) g (t nTb ) cos(ct n (t ))
n
n (t ) i i 2 i i 0,1,...M 1
M
00 0
Mapping(输入01序列映射为相位)
M=4
01 1 10 2 11 3
例：识别BPSK和QPSK 从二次方谱和四次方谱的特征来识别

BPSK square spetra 1000
500
0 -0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
BPSK quartic spetra 150
100
50
0 -0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
100
200
300
400
50 40 30 20 10
0.4
Qn amplitude
0.2 0 -0.2 -0.4
0
100
200
300
400
500 600 sample
700
800
900
1000
0 -0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1 0 0.1 nomalized frequency
0.2
0.3
300
400
500 600 samples
700
800
900
1000
基带信号频域
fft 函数 fftshift函数
amplitude
baseband signal in frequency domain 250
200
150
100
50
0 -0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1 0 0.1 nomalized frequency
amplitude
200 100 0 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 frequency(Hz) 400 600 800 1000
AM信号的解析形式或复数信号
Z (t ) A0 m(t ) e j (ct c ) 1 Qx(t ) e j (ct c )
IQ复信号
例：输入随机比特流：I m {0,1} m 1,..., 200 码速率：fb=1/Tb=0.1 载频：fc=0.3 采样率：fs=1
基带信号时域
1.mapping
randint函数（产生0，1序列）
In amplitude
baseband signal in time domain 2 1 0 -1
bassband signal of square root raised cosine pulse shaped in time domain 0.4
In amplitude
90 80 70 60
0.2 0 -0.2 -0.4
0
500 600 700 800 900 1000 sample bassband signal of square root raised cosine pulse shaped in time domain

FSK信号（2FSK）
S (t ) an g (t nTb ) cos 1t bn g (t nTb ) cos 2t n n
0 an 1
f c f 2 f1 / 2
bn 1 an
中心频率 调制指数
fs 2000
SNR=0dB
t 0 : 1 / f s : 0.2
时域
information signal in time domain
amplitude
2 0 -2 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 time(second) passband signal in time domain 0.16 0.18 0.2
hilbert函数
Z (t ) hilbert(S (t ))
数字通信信号

ASK信号（2ASK)
S (t ) an g (t nTb ) cos(c t c ) n
Tb : 码周期 0 1 g (t ) : 成型滤波器 an f b : 码速率 1 Tb c : 载波 c : 载波初始相位
dmodce函数（映射为IQ复信号）-2 0 （或pskmod函数或 modem.pskmod函数）
Qn amplitude
2 1 0 -1 -2
100
200
300
500 600 700 samples baseband signal in time domain
400
800
900
1000
0
100
200
h f 2 f1 / f d
f b 1/ Tb

BPSK信号
S (t ) cn g (t nTb ) cos ct n
或
1 cn 1
（ 0 cn 1) n (t ) (cn 1)
S (t ) g (t nTb ) cos(ct n (t ))