《無(wú)線(xiàn)電信號(hào)分析技術(shù)》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《無(wú)線(xiàn)電信號(hào)分析技術(shù)（52頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,,*,,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,,*,無(wú)線(xiàn)電信號(hào)分析技術(shù),,內(nèi)容總覽,第一部分：數(shù)字無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng),,第二部分：無(wú)線(xiàn)電信號(hào)頻譜分析,,第三部分：無(wú)線(xiàn)電信號(hào)時(shí)頻分析,,第四部分：無(wú)線(xiàn)電信號(hào)參數(shù)分析,,第五部分：信號(hào)分離技術(shù),,第一部分,：,數(shù)字無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng),——,下一代無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng),,,一、,概述,,,二、,數(shù)字無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成,,,三、,數(shù)字信號(hào)采樣,,四、數(shù)字接收機(jī)關(guān)鍵指標(biāo),,五、,I,、,Q,輸出,,一、概述,,

2、模擬無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的演進(jìn)；,,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶；,,采集和存儲(chǔ)信號(hào)的數(shù)字采樣信息；,,通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)再生、復(fù)原以及參數(shù)測(cè)量。,二、數(shù)字無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成,,三、數(shù)字信號(hào)采樣,,采樣方式：,,1,、基本采樣,,采樣原則：采樣數(shù)值能夠準(zhǔn)確地確定原信號(hào)。,,適用范圍：基帶信號(hào),,采樣速率：,f,s,≥,2f,max,,，,f,max,為信號(hào)最高頻率,,,2,、帶通采樣,,適用范圍：中頻信號(hào),,采樣速率：,,,,,n,為滿(mǎn)足上述條件的最大正整數(shù)。,,,四、數(shù)字接收機(jī)關(guān)鍵指標(biāo),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

3、信號(hào)帶寬，,f,s,為采樣信號(hào)頻率,,,2,、采樣速率,,f,s,決定數(shù)字接收機(jī)可以處理的模擬信號(hào)帶寬,,,,四、數(shù)字接收機(jī)關(guān)鍵指標(biāo),(,續(xù),),3,、接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍,,,,其中，,IP,3,為放大器三階截點(diǎn)的輸出功率；,,,G,為放大器增益；,,,N,F,為噪聲系數(shù)（含放大器、下變頻器和,A/D,噪聲系數(shù)）；,,,B,F,為為濾波器帶寬。,,從中看出：,IP,3,是關(guān)鍵指標(biāo),,五、,I,、,Q,輸出,許多數(shù)字接收機(jī)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(chēng)為信號(hào)的同相分量和正交分量。,,第二部分：無(wú)線(xiàn)電信號(hào)頻譜分析,,,,一、,概述,,

4、,二、,離散傅立葉變換（,DFT,）,,,三、,常用算法：,FFT,,一、概述,,頻譜管理是無(wú)線(xiàn)電管理工作的重點(diǎn),,頻譜分析是無(wú)線(xiàn)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,二、離散傅立葉變換（,DFT,）,采集得到數(shù)字信號(hào),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;,,,三、加窗問(wèn)題,計(jì)算離散時(shí)間信號(hào)需要用到信號(hào)在全體時(shí)間上的值，在實(shí)際應(yīng)用中我們僅能

5、在有限時(shí)寬內(nèi)觀測(cè)信號(hào)，相當(dāng)于對(duì)信號(hào)進(jìn)行加窗。,,加窗的結(jié)果導(dǎo)致信號(hào)能量的泄漏。,,由于泄漏，加窗不僅扭曲了譜估計(jì)，也降低了譜的分辨率。,三、加窗問(wèn)題（續(xù),1,）,令,{,X,(,n,)},為被分析信號(hào)，如果序列時(shí)寬為區(qū)間,0≤n≤,l,-1,內(nèi)的,l,個(gè)樣本，這相當(dāng)于用長(zhǎng)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,三、加窗問(wèn)題（續(xù),2,）,還可以給信號(hào)加其它的窗,,加窗遵循規(guī)律,,帶寬準(zhǔn)確性高：,,主瓣寬度越大，旁瓣數(shù)目越少。,,分辨率準(zhǔn)確性高：,,主瓣寬度越小，旁瓣數(shù)目越多。,三、常用算法：,FFT,FFT,,是,

6、DFT,的快速計(jì)算方法,,,Matlab,,語(yǔ)句：,fft(x(n),N),,,x(n),為數(shù)字采樣信號(hào)；,,,N,為離散傅里葉變換數(shù)據(jù),x(n),的長(zhǎng)度。,,特點(diǎn)：使用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便,FFT,的關(guān)鍵指標(biāo),1,、頻率分辨率：,,,f,s,為信號(hào)采樣速率,,2,、實(shí)際頻率：,,n,為,FFT,輸出序列,,3,、對(duì)稱(chēng)性： 輸出數(shù)據(jù)關(guān)于,n/2,對(duì)稱(chēng)，相位相反。因此,n/2,以上數(shù)據(jù)無(wú)意義。,,,,,,N(512),點(diǎn),fft,輸出系列,n/2,以上數(shù)據(jù)無(wú)意義,第三部分：,無(wú)線(xiàn)電信號(hào)時(shí)頻分析,,一、,目的,,,二、,短時(shí)傅立葉變換,(STFT),,,三、,應(yīng)用,,一、時(shí)頻分析目的,頻譜分析缺點(diǎn)：不

7、能反映信號(hào)頻譜,,隨時(shí)間的變化；,,時(shí)頻分析目的：,,分析信號(hào)頻率隨時(shí)間的變換規(guī)律，,,為信號(hào)分析提供更多的信息。,二、短時(shí)傅立葉變換,STFT,數(shù)學(xué)表達(dá)式：,,,n,為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，其取值大于,N,。,,類(lèi)似于離散傅立葉變換，是信號(hào)序列的,DFT,。,,Matlab,語(yǔ)句：,tfrstft(x,t,N,h),,,其中：,t,時(shí)刻，,N,為長(zhǎng)度，,h,為歸一化的頻率平滑窗。,,三、時(shí)頻分析應(yīng)用,,對(duì)于,ASK,和,FSK,信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別非常容易。,,舉例一：,ASK,和,FSK,信號(hào)。,,舉例二：大功率無(wú)繩電話(huà)開(kāi)機(jī)密碼解碼,。,舉例一,：,2FSK,（實(shí)際信號(hào)）,,舉例二,：大功率無(wú)繩電話(huà)開(kāi)機(jī)

8、密碼解碼,第四部分：無(wú)線(xiàn)電信號(hào)參數(shù)分析,,,,,,,,,,一、無(wú)線(xiàn)電信號(hào),,二、信號(hào)參數(shù)分析目的,,三、希爾伯特變換,,四、工程實(shí)現(xiàn)方法,,五、應(yīng)用,一、無(wú)線(xiàn)電信號(hào),無(wú)線(xiàn)電信號(hào)表達(dá)式：,,,三個(gè)參數(shù),,瞬時(shí)幅度：,a,(t),,瞬時(shí)相位：,,,瞬時(shí)頻率：,,,,,,,,,二、信號(hào)參數(shù)分析目的,手段：獲取瞬時(shí)幅度、瞬時(shí)頻率、瞬時(shí)相位；,,從而全面掌握信號(hào)特征，識(shí)別信號(hào)類(lèi)型；,,完成信號(hào)參數(shù)測(cè)量和識(shí)別解調(diào)等任務(wù)。,三、希爾伯特變換,1,、解析信號(hào),,實(shí)信號(hào)：,,解析信號(hào)：,,,相位：,,虛部：,,,,,,問(wèn)題：為什么使用解析信號(hào)？,回答：,,解析信號(hào)易于獲取信號(hào)的三 個(gè)參數(shù)，為信號(hào)分析提供手段。,

9、2,、希爾伯特變換,實(shí)信號(hào)：,,希爾伯特變換：,,,,物理解釋?zhuān)簩?duì)信號(hào)進(jìn)行一次正交相移，從而產(chǎn)生正交信號(hào)。,,正交含義：,,,,,,頻譜解釋,實(shí)信號(hào)：,,——,共軛對(duì)稱(chēng)性,,物理含義：正負(fù)頻率分量對(duì),,稱(chēng)，相位相反。,,,解析信號(hào),,,,實(shí)信號(hào)的頻譜,正、負(fù)頻率對(duì)稱(chēng),解析信號(hào)的頻譜,f<0,,頻譜為,0,f>0,,頻譜為,2U(f),3,、參數(shù)計(jì)算,三個(gè)特征參數(shù)：,,瞬時(shí)幅度,,瞬時(shí)相位,,,瞬時(shí)頻率,,,,,,,,四、工程實(shí)現(xiàn)方法,,信號(hào)采樣,——,模擬信號(hào)數(shù)字化,,,u(n), n=0,1,2,,…,,,數(shù)字信號(hào)處理,,計(jì)算步驟：,,（,1,）,,（,2,）,,四、工程實(shí)現(xiàn)

10、方法（續(xù)）,數(shù)字信號(hào)處理,,計(jì)算步驟（續(xù)）：,,（,3,）,,（,4,）,,,五、應(yīng)用,1,、調(diào)制方式識(shí)別,,,,,,,,,,2,、參數(shù)測(cè)量,,數(shù)字接收機(jī),I/Q,輸出即為正交信號(hào)，可以從,I/Q,輸出完成信號(hào)參數(shù)的測(cè)量。,調(diào)制方式,瞬時(shí)幅度,瞬時(shí)相位特征,瞬時(shí)頻率特征,調(diào)幅,隨時(shí)間變化,以,2 /,f,0,為周期變化,固定值,調(diào)頻,固定值,,隨時(shí)間變化,隨時(shí)間變化,調(diào)相,固定值,隨時(shí)間變化,固定值,,,,第五部分：信號(hào)分離技術(shù),,,,,,,,,,一、循環(huán)譜技術(shù),,二、獨(dú)立分量（,ICA,）技術(shù),,,,,一、循環(huán)譜技術(shù),,1,、循環(huán)譜相關(guān)函數(shù),,,,如果信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)具有周期特性，則可

11、以通過(guò),Fourier,變換求得信號(hào)的循環(huán)譜相關(guān)函數(shù)，即：,,,,,（,1,）,,,,,這里：,[-T,T],為感興趣的時(shí)間。,,,,,一、循環(huán)譜技術(shù)（續(xù)）,2,、循環(huán)譜密度函數(shù),,對(duì)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(dāng),=0,時(shí)，（,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(jiàn)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。,,,,一、循環(huán)譜技術(shù)（續(xù)）,3,、譜相關(guān)特點(diǎn)：,,,1,）具有相同功率譜密度（如,BPSK,、,QPSK,）而調(diào)制類(lèi)型不同的

12、信號(hào)具有不同的譜相關(guān)函數(shù)；,,2,）平穩(wěn)噪聲和干擾沒(méi)有譜相關(guān)特性，或者說(shuō)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(hào)時(shí)間參數(shù)相關(guān)聯(lián)的相位和頻率信息；,,4,）信號(hào)中譜相關(guān)分量相互關(guān)聯(lián)，可以利用信號(hào)中某些譜元素分量估計(jì)其它分量。,,,一、循環(huán)譜技術(shù)（續(xù)）,4,、應(yīng)用：,,,信號(hào)分離,,微弱信號(hào)提取,,TDOA,定位,,調(diào)制方式識(shí)別和信號(hào)參數(shù)提取,,一、循環(huán)譜技術(shù)（續(xù)）,5,、舉例,: BPSK,＋,AM,信號(hào)分離,,BPSK,信號(hào)循環(huán)譜,,,,AM,信號(hào)循環(huán)譜,,,,BPSK,＋,AM,信號(hào)的循環(huán)譜,普通功率譜,BPSK,與,BPSK,＋,AM,（,1/Tc,）循環(huán)譜對(duì)比,二

13、、獨(dú)立分量（,ICA,）技術(shù),問(wèn)題：,,,目的：,,ICA,數(shù)學(xué)模型,目標(biāo)：,尋找解混矩陣,W,使輸出信號(hào)之間互相獨(dú)立,,,,,手段：,ICA,算法,=,目標(biāo)函數(shù),+,優(yōu)化算法,,目標(biāo)函數(shù)評(píng)價(jià)：,,,非高斯測(cè)度,,信息論,,優(yōu)化算法：梯度下降法 等,ICA,算法,非高斯測(cè)度：,中心極限定理，一般情況下，多個(gè)相互獨(dú)立的隨機(jī)變量的線(xiàn)性混合比其中任何一個(gè)隨機(jī)變量都更接近高斯分布。所以，可以把非高斯性作為代價(jià)函數(shù)，通過(guò)非高斯性的最大化來(lái)達(dá)到提取獨(dú)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(lái)衡量輸出分量之間的獨(dú)立性，當(dāng)輸出分量之間相互獨(dú)立時(shí)，他們的互信息為零,。,,ICA,假設(shè)條件,源信號(hào)為平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，且相互獨(dú)立。,,混合矩陣是列滿(mǎn)秩的,,源信號(hào)的混合是無(wú)噪的,,最多只允許一個(gè)源信號(hào)服從高斯分布,,源信號(hào)的數(shù)目不大于傳感器的數(shù)目,FastICA,方法,基于非高斯測(cè)度的經(jīng)典算法,,目標(biāo)函數(shù)：,,峭度函數(shù),,優(yōu)化算法：,,梯度下降法,,流程：,,白化,=〉,初始化,=〉,權(quán)值迭代,,實(shí)驗(yàn)仿真及結(jié)果,與源信號(hào)對(duì)比,r1=-0.9999 r2=-0.9999 r3=-1.0000,Thank You!,