1、信号分析基础知识及LG118介绍,2,信号分析概述 LG118简介 信号分析方法 信号分析举例,信号识别概述,信号分析概念,通过采用各类信号处理手段，进行信号的存在性检测、测量信号的频谱域参数(带宽、功率、中心频率等)、确认调制域信息(调制类型、波特率、调制指数等调制参数)、获取编码域内容(信源、信道编码、帧结构)，并进行解调与解码。 通信体制识别、使用者身份、传输信息,信号识别,信号分析框架,调制参数识别,信号解调,波特率测量 载波间隔测量 调制指数测量,调制类型识别,单载波 (FSK、PSK) 多载波 (PSK等),编码识别,交织方式 信道编码方式 字符集,比特流解调,相干解调 非相干解调
2、,信息还原,解交织 信道解码 协议还原,信号通信体制,非加密传输信息,信号识别概述,4,短波信号特点,短波信号种类繁多，很多复杂通信体制在频谱层和调制层具有显著的唯一特征。,尚有很多不同体制信号，在频谱域和调制域特征相似甚至完全相同。,信号识别概述,5,短波信号分析的特点,即使是同一种体制也有多种调制参数组合，也会给信号后续处理带来困难。,信号识别概述,短波信号应该从时频域分析、调制层分析、编码/协议层分析三维角度入手，才能最终确定信号的通信体制，完成后续的解调解码与使用者身份识别的工作。,利用时域可看出信号的初步外特征参数：,通断规律及对应时间、带宽,初步的通信体制(TDMA),信号识别概述
3、,FSK、多载波与PSK的区分,FSK与多载波信号有时不易区分,模拟信号与数字信号的区分,2FSK，h=1.7,2FSK，h=2,PSK系列,2路PSK信号,无法估计波特率、精确载频等调制参数 无法进行调制类型的识别(PSK信号的进制，多载波的调制) 编码层信息获取,信号识别概述,完成调制参数和调制类型的分析,各类信号处理方法(相位轨迹图/频率分布图/星座图/小波变换/循环谱),完成比特流的恢复,调制参数：波特率、调制指数、调制偏移 调制类型：线性调制(PSK/QAM)、FSK、多载波等,4FSK信号，小波变换谱,相位轨迹图，QPSK,瞬时频率 4FSK,信号识别概述,完成各类通信体制的确认,
4、编码识别：信源编码、信道编码、交织方式等,完成信息的恢复,协议还原,未加密信号直接还原短波大部分信号,加密信号需要破译,信号识别概述,(1).利用三倍冗余进行同步,误码率0.01,正确率约95%,误码率0.05,正确率约75%,信号识别概述,2/3大数判决,根据3倍冗余对49个位置上的3个比特取多数判决输出,解交织,去掉最后一个bit,将48个bitA1B1A24B24进行重新排列,得到A1A24和B1B24.,纠错译码,设得到的24bit序列R=C+E,译码矩阵H=PT I12,则利用CHT=0,有RHT=(C+E)HT=EHT=S,在求出S后,应该根据S和E的一一映射关系,建立查找表,得到
5、错误图样E,从而得到C.,Golay编码的可纠3个错误,因此可能的错误图样数量就有,信号识别概述,12,比特流转换,得到传送信息.,对传送信息的合理性进行判断,得到最可能的一组进行输出,开始的字头必须是TO,结尾应该是THISIS, TO/THRU/REPEAT/THISIS字后的ASCII字应为数字或字母,TOSAM TOSAM TOSAM TOSAM COMMAND A THISIS JOHN,ALE信息携带内容的基本组成单位是字.每个字由字头和数据组成,总长度为24bit,字头共有8个,分别为DATA,THRU, TO, THISWAS, FROM, THISIS,COMMAND, RE
6、PEAT,用3bit从000111进行表示.,字头后共有三个数据,每个数据用7bit的0-127的ASCII字符来表示.,信号识别概述,13,对于编码层的识别具有很高的难度，短波通信大多数编码方式及协议是公开的，可采用专用的解码软件。 在已知编码层的各环节信息下的解码也具有很高的专业性。,信号识别概述,14,信号识别相关软件,15,实时(自动分析),离线(手动分析),覆盖短波主流体制和调制类型,识别处理的带宽较窄，复杂信道下性能一般,包括39种通用简单的调制类型,黑鸟信号识别,AMMOS,只具备调制域信号分析能力,多径和衰落信道下性能一般,具备调制和编码识别能力,W51/61PC,具备调制方式
7、和编码识别能力(Code Check),覆盖短波主流体制和调制类型,LG118,具备提取调制层信息所需的多种信号处理工具,57所信号识别软件,具备提取调制层信息所需的多种信号处理工具,LG115,具备帧结构、典型信道及信源编码识别的能力。 具备信源、信道编码的解码能力。,自动识别软件尚无法满足自动化监测的需要，需要辅以手动分析。,信号解码相关软件,16,W51/61PC,各类解码软件类型丰富、覆盖面广，可靠性高，可以满足日常工作的需要,W51/61PC-涵盖主流信号类型,FLdigi,其它解码软件,PC HFDL-短波数据链解码,MMSSTV-解码满扫电视及其它常规数据链,JVCOMM32、M
8、ULTIPSK等,17,2009 Technical Analysis 1305 ( -A),信号分析概述 LG118简介 信号分析方法 信号分析举例,LG118介绍,LG118是一款信号离线分析软件，通过各类数字信号处理手段可完成如下的功能 信号的参数分析和测量(波特率，载波频率,调制指数) 调制类型的确认 信号的解调(FSK,PSK/QAM,CPM等，比特流层) LG118的本质为一图形界面的信号分析工具箱。其使用对象为掌握各类信号分析方法的各类专业用户。,19,LG 118 presentation,Thales Communications France,LG118介绍,主视窗,菜单,
9、状态列,档案及管理功能按键,工作位置,20,LG 118 presentation,Thales Communications France,LG118介绍, Time/frequency display 时间/频率, Amplitude/time display 波幅/时间,Polar view 星座图,Spectral display 频谱,Phase trajectory 相位轨迹,Eye diagram 眼图,21,LG 118 presentation,Thales Communications France,LG118介绍,各类滤波器：抽取滤波器，带通/带阻滤波器，自定义滤波器,自
10、相关/互相关运算,M律运算,瞬时频率/相位计算,自相关/互相关运算,插值运算,谱相关计算,时/频图运算及显示,。 。 。,利用各类处理工具，可以构建并形成信号的参数提取和调制识别的处理方案和流程。,22,2009 Technical Analysis 1305 ( -A),信号分析概述 LG118 典型信号分析方法 信号分析举例,典型信号分析方法,波特率估计-三种典型算法,调制参数提取-波特率,信号的谱相关的f=f0的截面谱在波特率处出现离散谱线。,典型方法1-循环谱,信号适用范围广：所有线性与非线性数字调制信号 环境使用范围广：多径衰落及低信噪比 计算量较大： 需要进行二维运算,BPSK俯视
11、图,BPSK三维图,调制参数提取-波特率,QPSK,4FSK,AM,调制参数提取-波特率,瞬时幅度谱在波特率的整数倍处呈现衰减的离散谱线。,QPSK信号，瞬时幅度谱,典型方法2-瞬时幅度谱,信号适用范围广： 所有的线性调制信号(PSK/QAM等)，且呈现相同的特征。,计算量小：简单的傅立叶变换。,接收环境适用范围广： 多径和衰落和较低信噪比。,调制参数提取-波特率,典型方法3-小波变换谱,瞬时幅度谱在波特率的整数倍处呈现衰减的离散谱线。,信号适用范围广：所有数字调制信号。,4FSK信号，小波变换谱,计算量较小：简单的滤波与傅立叶变换,QPSK信号，小波变换谱,接收环境适用范围较广：衰落和低信噪
12、比,调制进制估计,三种典型算法,调制参数提取-M次方谱,典型方法1-M次方谱,接收环境适用范围广：多径和衰落条件下,计算量较小：简单的数字处理与傅立叶变换,可同时精确估计出载波频率。,信号适用范围广： MPSK/MQAM标准线性调制信号呈现出三谱线特征(特征1) Pi/2DQPSK等偏移调制呈现出双谱线特征(特征2),调制参数提取-M次方谱,MPSK信号的M次方谱的最高离散谱线对应M倍载波频偏。,方形MQAM信号的4次方谱的最高离散谱线对应4倍载波频偏; 圆形MQAM信号的单圈状态数为M，则M次方谱的最高离散谱线对应M倍载波频偏。,8PSK, PSD of s8,16QAM, PSD of s
13、4,特征1,VS,VS,调制参数估计-M次方谱,/2DBPSK信号的平方谱呈现两个幅度相近的离散谱线。分别对应-Vs/2+2fc与Vs/2+2fc；, /4DQPSK信号的4次方谱呈现两个幅度相近的离散谱线。分别对应-Vs/2+4fc与Vs/2+4fc；,OQPSK信号的平方谱呈现两个幅度相近的离散谱线。分别对应 -Vs+2fc与Vs+2fc；,特征2,OQPSK,PSD of s2,2VS,VS,Pi/2DBPSK, PSD of s2,Pi/4DQPSK PSD of s4,VS,调制参数提取-调制进制,典型方法2-瞬时相位,适用范围广：线性与非线性调制数字信号,计算量较小：简单的数字处理
14、,信道适用范围较广：衰落信道和较低信噪比,调制参数提取-瞬时相位,MFSK信号的相位轨迹图为线性特征，分叉数为M。,MPSK信号的相位轨迹图为非线性特征，分叉数为M+1。,相位轨迹图，8FSK,相位轨迹图，QPSK,MPSK信号在码元间隔产生相位变化, 在码元内相位不变。,MFSK信号在码元内相位线性变化，码元间隔变换方向。,瞬时相位QPSK,瞬时相位4FSK,调制参数提取-调制进制,典型方法3-瞬时频率,信号适用范围广：所有MFSK数字调制信号,计算量较小：简单的数字处理,信道适用范围较广：衰落信道和较低信噪比,调制参数提取-瞬时频率,对MFSK信号的瞬时频率进行直方图统计，则应有M个状态。
15、,4FSK瞬时频率统计图,QPSK瞬时频率统计图,由于成型滤波的影响，MPSK信号瞬时频率连续变化，无明显规律。,MFSK信号在码元间隔频率跳变，码元内频率不变，呈现阶梯分布。,MPSK信号频率统计图没有明显特征。,瞬时频率 4FSK,瞬时频率 QPSK,36,37,2009 Technical Analysis 1305 ( -A),Thales Communications France,信号分析概述 LG118简介 信号分析方法 信号分析举例,38,2009 Technical Analysis 1305 ( -A),Thales Communications France,手动信号分析
16、一般流程,听信号时域的声音(略，对采集有要求),信号分析方法,看信号的频谱（笔记：这里指的是幅度-频率谱）,对信号进行适当的去噪和抽取滤波,运用信号处理方法估计信号参数和调制类型,PSK/QAM：波特率，中心频率，调制类型,对信号进行解调,FSK：波特率，中心频率，调制偏移，调制类型,CPM：波特率，中心频率，调制指数，调制类型,FDM: 载波数，载波间隔，中心频率，子载波的调制参数(波特率，中心频率，调制指数等),39,2009 Technical Analysis 1305 ( -A),Thales Communications France,参数测量辨别: OOK modulation,
17、中心频率测量,功率谱密度(或频谱),波特率测量,瞬时幅度,功率谱密度(或频谱),Central frequency,Carrier frequency,PSD of OOK (MORSE),5938.65 ms,6009.18 ms,Instantaneous Amplitude of OOK (MORSE),Signal analysis (4/12),听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为OOK信号 滤除信号带外噪声 进行波特率估计（功率谱密度） 解调,OOK modulation 识别和参数提取方法,41,2009 Technical Analysis 1305 ( -A),Thales
18、 Communications France,参数测量辨别: BFSK/MFSK modulation,状态数和频移,瞬时频率统计图,Instantaneous frequencies histogram FSK-4 100 bauds modulation index 0.9,波特率估计,瞬时频率(差分)谱,谱相关,中心频率的估计,相位树状图,Signal analysis (5/12),功率谱密度,PSD,FSK-2,h=1.8,Instantaneous frequencies histogram FSK-2 modulation index 1.8,相位树状图，FSK-8,h=2,瞬时
19、频率统计图,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为FSK信号 滤除信号带外噪声 进行波特率估计（谱相关等） 进行调制进制、频率数和中心频率的统计(信号瞬时频率直方图等) 信号解调,FSK modulation 识别和参数提取方法,43,2009 Technical Analysis 1305 ( -A),Thales Communications France,参数测量辨别: MPSK modulation,调制进制测量,M律方法活M/2律后谱相关方法,波特率测量,谱相关,Zero-crossing,瞬时包络的功率谱,QPSK，1200Bd,1次方和2次方后谱相关,中心频率测量,相位树状图,M
20、律方法,Signal analysis (6/12),PSD (or Spectrum),瞬时频率差分谱,观察星座图,相位树状图(M+1个分支),QPSK，相位树状图,44,2009 Technical Analysis 1305 ( -A),Thales Communications France,参数测量辨别: QAM modulation,Spectral correlation,1200 Hz,调制进制测量,信号极化图,波特率测量,中心频率测量,相位图,M/2次方后进行谱相关(圆形),2次方后进行谱相关(方形),Signal analysis (8/12),功率谱,谱相关,Zero-c
21、rossing,瞬时频率差分谱,包络的功率谱,星座图,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为FSK外其它单载波信号 滤除信号带外噪声 进行波特率估计（谱相关、瞬时幅度谱等） 根据M律(或M/2律后谱相关运算)的特征频谱，判断是否属于MPSK或QAM信号。(也可通过相位轨迹图等确认) 估计载波频偏(M/2律后进行谱相关,再通过极化图进行细估计) 信号解调后续处理,PSK/QAM modulation 识别和参数提取方法,46,2009 Technical Analysis 1305 ( -A),Thales Communications France,参数测量识别: OQPSK,pi/2DBPS
22、K,pi/4DQPSK modulation,PSD of s2,2VS,Phase trellis /2-DBPSK,Signal analysis (7/12),Phase trellis /4-DQPSK,Phase trellis OQPSK,/2 - DBPSK,/4 - DQPSK,OQPSK,VS,PSD of s2,PSD of s4,VS,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为FSK以外的单载波信号。 滤除信号带外噪声 进行波特率估计（谱相关等） 根据M/2律后谱相关运算的特征频谱，判断是否属于OQPSK，pi/2DBPSK或pi/4DQPSK信号，并确认信号类型。(也可通过
23、相位轨迹图等确认) 估计载波频偏(M/2律后进行谱相关,再通过极化图进行细估计) 信号解调后续处理,OQPSK，pi/2DBPSK,pi/4DQPSK modulation 识别和参数提取方法,48,2009 Technical Analysis 1305 ( -A),Thales Communications France,TECHNICAL PARAMETERS MEASUREMENT 参数测量辨别: CPM modulation,Measurement of the central frequency,Measurement of the Baud rate,谱相关,过零点统计,Modu
24、lation index measurement,(s1/h)谱,瞬时频率统计图,Signal analysis (9/12),功率谱,(s1/h)谱,CPFSK (1REC), h h0,CPFSK (1REC), h h0,CPFSK (1REC), h =h0,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为FSK外的单载波信号。 滤除信号带外噪声 进行波特率估计（谱相关等） 变化信号幂次h,当特征谱变化呈现上页的趋势时，可以基本确定为CPM信号,并估计调制指数和中心频率。 如果此时极化图或星座图仍不能呈现二维星座图特征，而为一圆圈，则可以进一步确定其调制方式为CPM 信号解调后续处理,CPM m
25、odulation 识别和参数提取方法,50,2009 Technical Analysis 1305 ( -A),Thales Communications France,参数测量辨别: FDM modulation,各载波频率间隔,自相关,波特率估计,谱相关,第一个音的频率,载波数估计,AUTOCORRELATION,Signal analysis (10/12),功率谱,功率谱,功率谱,听信号音频声音，观察信号功率谱，确认为多载波信号 滤除信号带外噪声 进行波特率估计（谱相关等） 利用自相关运算估计各个载波的间隔 从功率谱估计起始载波的中心频率 如有可能，滤出单路信号，按照单路信号的分析方法进行分析。,多载波信号 识别和参数提取方法,
