無線電信號分析技術(shù)

無線電信號分析技術(shù)現(xiàn)在是1頁\一共有51頁\編輯于星期一2內(nèi)容總覽第一部分：數(shù)字無線電監(jiān)測系統(tǒng)第二部分：無線電信號頻譜分析第三部分：無線電信號時頻分析第四部分：無線電信號參數(shù)分析第五部分：信號分離技術(shù)現(xiàn)在是2頁\一共有51頁\編輯于星期一3第一部分：數(shù)字無線電監(jiān)測系統(tǒng)

——下一代無線電監(jiān)測系統(tǒng)

一、概述

二、數(shù)字無線電監(jiān)測系統(tǒng)組成

三、數(shù)字信號采樣四、數(shù)字接收機關(guān)鍵指標五、I、Q輸出現(xiàn)在是3頁\一共有51頁\編輯于星期一4一、概述

模擬無線電監(jiān)測系統(tǒng)的演進；數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶；采集和存儲信號的數(shù)字采樣信息；通過數(shù)字信號處理技術(shù)實現(xiàn)信號再生、復(fù)原以及參數(shù)測量?，F(xiàn)在是4頁\一共有51頁\編輯于星期一5二、數(shù)字無線電監(jiān)測系統(tǒng)組成現(xiàn)在是5頁\一共有51頁\編輯于星期一6三、數(shù)字信號采樣

采樣方式：1、基本采樣采樣原則：采樣數(shù)值能夠準確地確定原信號。適用范圍：基帶信號采樣速率：fs≥2fmax

，fmax為信號最高頻率

2、帶通采樣適用范圍：中頻信號采樣速率：

n為滿足上述條件的最大正整數(shù)?，F(xiàn)在是6頁\一共有51頁\編輯于星期一7四、數(shù)字接收機關(guān)鍵指標1、A/D位數(shù)確定A/D轉(zhuǎn)換靈敏度、信噪比

n為A/D位數(shù)，B為模擬信號帶寬，fs為采樣信號頻率

2、采樣速率fs決定數(shù)字接收機可以處理的模擬信號帶寬

現(xiàn)在是7頁\一共有51頁\編輯于星期一8四、數(shù)字接收機關(guān)鍵指標(續(xù))3、接收機動態(tài)范圍其中，IP3為放大器三階截點的輸出功率；

G為放大器增益；

NF為噪聲系數(shù)（含放大器、下變頻器和A/D噪聲系數(shù)）；

BF為為濾波器帶寬。從中看出：IP3是關(guān)鍵指標

現(xiàn)在是8頁\一共有51頁\編輯于星期一9五、I、Q輸出許多數(shù)字接收機提供I和Q兩路輸出。數(shù)學(xué)含義：其中：不含射頻信息，但含有基帶信息。稱為信號的同相分量和正交分量?，F(xiàn)在是9頁\一共有51頁\編輯于星期一10第二部分：無線電信號頻譜分析

一、概述

二、離散傅立葉變換（DFT）

三、常用算法：FFT現(xiàn)在是10頁\一共有51頁\編輯于星期一11一、概述

頻譜管理是無線電管理工作的重點頻譜分析是無線電管理的工具頻譜分析儀是常用的頻譜分析設(shè)備頻譜分析工具——離散傅立葉變換現(xiàn)在是11頁\一共有51頁\編輯于星期一12二、離散傅立葉變換（DFT）采集得到數(shù)字信號x(n),n=0,1,2,3,…….DFT:,k=0,1,2,3…N-1;

其中X(k)為復(fù)數(shù)，含有幅度相位信息。IDFT:n=0,1,2,3…,N-1;現(xiàn)在是12頁\一共有51頁\編輯于星期一13三、加窗問題計算離散時間信號需要用到信號在全體時間上的值，在實際應(yīng)用中我們僅能在有限時寬內(nèi)觀測信號，相當于對信號進行加窗。加窗的結(jié)果導(dǎo)致信號能量的泄漏。由于泄漏，加窗不僅扭曲了譜估計，也降低了譜的分辨率。現(xiàn)在是13頁\一共有51頁\編輯于星期一14三、加窗問題（續(xù)1）令{X(n)}為被分析信號，如果序列時寬為區(qū)間0≤n≤l-1內(nèi)的l個樣本，這相當于用長度為l的矩形窗乘，即：

令

為窗函數(shù)序列的傅立葉變換則W(ω)的傅立葉變換頻率現(xiàn)在是14頁\一共有51頁\編輯于星期一15三、加窗問題（續(xù)2）還可以給信號加其它的窗加窗遵循規(guī)律帶寬準確性高：主瓣寬度越大，旁瓣數(shù)目越少。分辨率準確性高：主瓣寬度越小，旁瓣數(shù)目越多?，F(xiàn)在是15頁\一共有51頁\編輯于星期一16三、常用算法：FFTFFT

是DFT的快速計算方法

Matlab

語句：fft(x(n),N)

x(n)為數(shù)字采樣信號；

N為離散傅里葉變換數(shù)據(jù)x(n)的長度。特點：使用簡單、經(jīng)濟方便現(xiàn)在是16頁\一共有51頁\編輯于星期一17FFT的關(guān)鍵指標1、頻率分辨率：,fs為信號采樣速率2、實際頻率：,n為FFT輸出序列3、對稱性：輸出數(shù)據(jù)關(guān)于n/2對稱，相位相反。因此n/2以上數(shù)據(jù)無意義。N(512)點fft輸出系列n/2以上數(shù)據(jù)無意義現(xiàn)在是17頁\一共有51頁\編輯于星期一18第三部分：無線電信號時頻分析

一、目的

二、短時傅立葉變換(STFT)

三、應(yīng)用現(xiàn)在是18頁\一共有51頁\編輯于星期一19一、時頻分析目的頻譜分析缺點：不能反映信號頻譜隨時間的變化；時頻分析目的：分析信號頻率隨時間的變換規(guī)律，為信號分析提供更多的信息?，F(xiàn)在是19頁\一共有51頁\編輯于星期一20二、短時傅立葉變換STFT數(shù)學(xué)表達式：

n為數(shù)據(jù)長度，其取值大于N。類似于離散傅立葉變換，是信號序列的DFT。Matlab語句：tfrstft(x,t,N,h)

其中：t時刻，N為長度，h為歸一化的頻率平滑窗?，F(xiàn)在是20頁\一共有51頁\編輯于星期一21三、時頻分析應(yīng)用

對于ASK和FSK信號調(diào)制方式識別非常容易。舉例一：ASK和FSK信號。舉例二：大功率無繩電話開機密碼解碼。現(xiàn)在是21頁\一共有51頁\編輯于星期一22舉例一：2FSK（實際信號）現(xiàn)在是22頁\一共有51頁\編輯于星期一23舉例二：

大功率無繩電話開機密碼解碼現(xiàn)在是23頁\一共有51頁\編輯于星期一24第四部分：無線電信號參數(shù)分析

一、無線電信號二、信號參數(shù)分析目的三、希爾伯特變換四、工程實現(xiàn)方法五、應(yīng)用現(xiàn)在是24頁\一共有51頁\編輯于星期一25一、無線電信號無線電信號表達式：三個參數(shù)瞬時幅度：a(t)瞬時相位：瞬時頻率：現(xiàn)在是25頁\一共有51頁\編輯于星期一26二、信號參數(shù)分析目的手段：獲取瞬時幅度、瞬時頻率、瞬時相位；從而全面掌握信號特征，識別信號類型；完成信號參數(shù)測量和識別解調(diào)等任務(wù)?，F(xiàn)在是26頁\一共有51頁\編輯于星期一27三、希爾伯特變換1、解析信號實信號：解析信號：相位：虛部：現(xiàn)在是27頁\一共有51頁\編輯于星期一28問題：為什么使用解析信號？回答：解析信號易于獲取信號的三個參數(shù)，為信號分析提供手段?，F(xiàn)在是28頁\一共有51頁\編輯于星期一292、希爾伯特變換實信號：希爾伯特變換：物理解釋：對信號進行一次正交相移，從而產(chǎn)生正交信號。正交含義：現(xiàn)在是29頁\一共有51頁\編輯于星期一30頻譜解釋實信號：——共軛對稱性物理含義：正負頻率分量對稱，相位相反。解析信號

實信號的頻譜正、負頻率對稱解析信號的頻譜f<0,頻譜為0f>0,頻譜為2U(f)現(xiàn)在是30頁\一共有51頁\編輯于星期一313、參數(shù)計算三個特征參數(shù)：瞬時幅度瞬時相位瞬時頻率

現(xiàn)在是31頁\一共有51頁\編輯于星期一32四、工程實現(xiàn)方法

信號采樣——模擬信號數(shù)字化

u(n),n=0,1,2,…

數(shù)字信號處理計算步驟：（1）（2）現(xiàn)在是32頁\一共有51頁\編輯于星期一33四、工程實現(xiàn)方法（續(xù)）數(shù)字信號處理計算步驟（續(xù)）：（3）（4）現(xiàn)在是33頁\一共有51頁\編輯于星期一34五、應(yīng)用1、調(diào)制方式識別

2、參數(shù)測量 數(shù)字接收機I/Q輸出即為正交信號，可以從I/Q輸出完成信號參數(shù)的測量。調(diào)制方式瞬時幅度瞬時相位特征瞬時頻率特征調(diào)幅隨時間變化以2/f0為周期變化固定值調(diào)頻固定值隨時間變化隨時間變化調(diào)相固定值隨時間變化固定值現(xiàn)在是34頁\一共有51頁\編輯于星期一35第五部分：信號分離技術(shù)

一、循環(huán)譜技術(shù)二、獨立分量（ICA）技術(shù)

現(xiàn)在是35頁\一共有51頁\編輯于星期一36一、循環(huán)譜技術(shù)

1、循環(huán)譜相關(guān)函數(shù)

如果信號的自相關(guān)函數(shù)具有周期特性，則可以通過Fourier變換求得信號的循環(huán)譜相關(guān)函數(shù)，即：

（1）

這里：[-T,T]為感興趣的時間。

現(xiàn)在是36頁\一共有51頁\編輯于星期一37一、循環(huán)譜技術(shù)（續(xù)）2、循環(huán)譜密度函數(shù)對循環(huán)譜相關(guān)函數(shù)求Fourier變換即可得到循環(huán)譜密度函數(shù)，即（2）

當=0時，（1）和（2）退化為通常的自相關(guān)函數(shù)和譜密度函數(shù)，可見循環(huán)譜相關(guān)函數(shù)和循環(huán)譜密度函數(shù)是傳統(tǒng)自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度函數(shù)的推廣。由此我們可以判斷從其周期頻率方面可以提供更多的信息量。現(xiàn)在是37頁\一共有51頁\編輯于星期一38一、循環(huán)譜技術(shù)（續(xù)）3、譜相關(guān)特點：1）具有相同功率譜密度（如BPSK、QPSK）而調(diào)制類型不同的信號具有不同的譜相關(guān)函數(shù)；2）平穩(wěn)噪聲和干擾沒有譜相關(guān)特性，或者說譜相關(guān)函數(shù)值恒等于0；3）譜相關(guān)函數(shù)包含與調(diào)制信號時間參數(shù)相關(guān)聯(lián)的相位和頻率信息；4）信號中譜相關(guān)分量相互關(guān)聯(lián)，可以利用信號中某些譜元素分量估計其它分量?，F(xiàn)在是38頁\一共有51頁\編輯于星期一39一、循環(huán)譜技術(shù)（續(xù)）4、應(yīng)用：信號分離微弱信號提取TDOA定位調(diào)制方式識別和信號參數(shù)提取現(xiàn)在是39頁\一共有51頁\編輯于星期一40一、循環(huán)譜技術(shù)（續(xù)）5、舉例:BPSK＋AM信號分離BPSK信號循環(huán)譜現(xiàn)在是40頁\一共有51頁\編輯于星期一41AM信號循環(huán)譜現(xiàn)在是41頁\一共有51頁\編輯于星期一42BPSK＋AM信號的循環(huán)譜現(xiàn)在是42頁\一共有51頁\編輯于星期一43普通功率譜現(xiàn)在是43頁\一共有51頁\編輯于星期一44BPSK與BPSK＋AM（1/Tc）循環(huán)譜對比現(xiàn)在是44頁\一共有51頁\編輯于星期一45二、獨立分量（ICA）技術(shù)問題：目的：ICA數(shù)學(xué)模型現(xiàn)在是45頁\一共有51頁\編輯于星期一46目標：尋找解混矩陣W使輸出信號之間互相獨立

手段：ICA算法=目標函數(shù)+優(yōu)化算法目標函數(shù)評價：

非高斯測度信息論優(yōu)化算法：梯度下降法等ICA算法現(xiàn)在是46頁\一共有51頁\編輯于星期一47非高斯測度：中心極限定理，一般情況下，多個相互獨立的隨機變量的線性混合比其中任何一個隨機變量都更接近高斯分布。所以，可以把非高斯性作為代價函數(shù)，通過非高斯性的最大化來達到提取獨立分量的目的。信息論：利用輸入或輸出之間的信息關(guān)系，比如互信息最小化是利用平均互信息來衡量輸出分量之間的獨立性，當輸出分量之間相互獨立時，他們的互信息為零?，F(xiàn)在是47頁\一共有51頁\編輯于星期一48ICA假設(shè)條件源信號為平穩(wěn)隨機過程，且相互獨立。混合矩陣是列