1、2信号分析概念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识别 信号分析框架信号分析框架调制参数识别调制参数识别信号解调信号解调调制类型识别调制类型识别编码识别编码识别比特流解调比特流解调信息还原信息还原信号通信体制信号通信体制非加密传输信息非加密传输信息4信号识别概述信号识别概述短波信号特点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
2、。信号调制信号调制16路路QPSK39路路QPSK8FSKQPSK信号速率信号速率单路75Bd单路44.44Bd125Bd1500Bd通信体制通信体制CODAN9001MIL-STD-188-110AMIL-STD-188-141A(ALE)测高仪信号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。信号调制信号调制2FSK信号速率信号速率50100100100频率间隔频率间隔170170170170通信体制通信体制BaudotSitor-BPACTOR-IGMDSS5信号识别概述信号识别概述短波信号分析的特点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
3、带来困难。通信体制通信体制Baudot信号速率信号速率45.45075100150200频率间隔频率间隔170170/200/250/400/500340/400/450/500500/850850500调制方式调制方式2FSK信号调制信号调制8路信号路信号单路速率单路速率10062.562.562.575单路调制单路调制ASKBPSKQPSK8PSKQPSK通信体制通信体制测高仪？CLOVER2000CH 4+4信号识别概述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
4、初步外特征利用时域可看出信号的初步外特征参数：参数：通断规律及对应时间、带宽通断规律及对应时间、带宽 初步的通信体制初步的通信体制(TDMA)信号识别概述信号识别概述FSKFSK、多载波与、多载波与PSKPSK的区分的区分FSK与多载波信号有时不易区分与多载波信号有时不易区分模拟信号与数字信号的区分模拟信号与数字信号的区分2FSK，h=1.72FSK，h=2PSK系列系列2路路PSK信号信号无法估计波特率、精确载频无法估计波特率、精确载频等调制参数等调制参数无法进行调制类型的识别无法进行调制类型的识别(PSK(PSK信号的进制，多载波的信号的进制，多载波的调制调制)编码层信息获取编码层信息获取
5、信号识别概述信号识别概述完成调制参数和调制类型的分析完成调制参数和调制类型的分析各类信号处理方法各类信号处理方法(相位轨迹图相位轨迹图/频率分布图频率分布图/星座图星座图/小小波变换波变换/循环谱循环谱)完成比特流的恢复完成比特流的恢复调制参数：波特率、调制指数、调制偏移调制参数：波特率、调制指数、调制偏移调制类型：线性调制调制类型：线性调制(PSK/QAM)、FSK、多载波等、多载波等-600-400-2000200400600-10-5051015202530354FSK信号，小波变换谱信号，小波变换谱相位轨迹图，相位轨迹图，QPSK信号识别概述信号识别概述完成各类通信体制的确认完成各类通
6、信体制的确认编码识别：信源编码、信道编码、交织方式等编码识别：信源编码、信道编码、交织方式等完成信息的恢复完成信息的恢复协议还原协议还原未加密信号直接还原未加密信号直接还原短波大部分信号短波大部分信号加密信号需要破译加密信号需要破译信号识别概述信号识别概述(1).(1).利用三倍冗余进行同步利用三倍冗余进行同步 491minmin()(49)()(98),149kkidE ks kiS kis kiS kik 0510152025303540455001002003004005006007008009001000误码率误码率0.01,正确率约正确率约95%0510152025303540455
7、00100200300400500600700800误码率误码率0.05,正确率约正确率约75%信号识别概述信号识别概述n2/32/3大数判决大数判决根据根据3倍冗余对倍冗余对49个位置上的个位置上的3个比特取多数判决输出个比特取多数判决输出n解交织解交织去掉最后一个去掉最后一个bit,将将48个个bitA1B1A24B24进行重新排列进行重新排列,得得到到A1A24和和B1B24.n纠错译码纠错译码设得到的设得到的24bit序列序列R=C+E,译码矩阵译码矩阵H=PT I12,则利用则利用CHT=0,有有RHT=(C+E)HT=EHT=S,在求出在求出S后后,应该根据应该根据S和和E的的一一
8、映射关系一一映射关系,建立查找表建立查找表,得到错误图样得到错误图样E,从而得到从而得到C.Golay编码的可纠编码的可纠3个错误个错误,因此可能的错误图样数量就有因此可能的错误图样数量就有1232424242427620242324CCC12信号识别概述信号识别概述n比特流转换比特流转换,得到传送信息得到传送信息.n对传送信息的合理性进行判断对传送信息的合理性进行判断,得到最可能的得到最可能的一组进行输出一组进行输出开始的字头必须是开始的字头必须是TO,结尾应该是结尾应该是THISIS,TO/THRU/REPEAT/THISIS字后的字后的ASCII字应为数字或字母字应为数字或字母nTOSA
9、M TOSAM TOSAM TOSAM COMMAND A THISIS JOHNTOSAM TOSAM TOSAM TOSAM COMMAND A THISIS JOHNnALEALE信息携带内容的基本组成单位是字信息携带内容的基本组成单位是字.每个字每个字由字头和数据组成由字头和数据组成,总长度为总长度为24bit24bit字头共有字头共有8 8个个,分别为分别为DATA,THRU,TO,THISWAS,FROM,THISIS,COMMAND,REPEAT,用用3bit从从000111进行表示进行表示.字头后共有三个数据字头后共有三个数据,每个数据用每个数据用7bit7bit的的0-127
10、0-127的的ASCIIASCII字符来表示字符来表示.13信号识别概述信号识别概述n对于编码层的识别具有很高的难度，短波通信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，可采用专用的大多数编码方式及协议是公开的，可采用专用的解码软件。解码软件。n在已知编码层的各环节信息下的解码也具有很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。高的专业性。14信号识别概述信号识别概述技术类别技术类别概念概念技术特点技术特点适用范围适用范围主要优势主要优势主要缺点主要缺点能够自动、实时进行参数测量与调制识别1.处理速度快2.无须专业信号处理知识1.灵活性不足2.存在限制条件(带
11、宽、调制方式等)对常规大批量信号的处理利用相关信号分析知识，通过人工手段进行信号分析识别可灵活、深入对信号进行处理1.需要专业的信号处理知识2.处理速度较慢对疑难信号进行深入分析15信号识别相关软件信号识别相关软件实时实时(自动分析自动分析)离线离线(手动分析手动分析)覆盖短波主流体制和调制类型覆盖短波主流体制和调制类型识别处理的带宽较窄，复杂信识别处理的带宽较窄，复杂信道下性能一般道下性能一般包括包括39种通用简单的调制类型种通用简单的调制类型黑鸟信号识别黑鸟信号识别AMMOS只具备调制域信号分析能力只具备调制域信号分析能力多径和衰落信道下性能一般多径和衰落信道下性能一般具备调制和编码识别能
12、力具备调制和编码识别能力W51/61PC具备调制方式和编码识别能力具备调制方式和编码识别能力(Code Check)覆盖短波主流体制和调制类型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具备提取调制层信息所需的多种信号处理工具多种信号处理工具57所信号识别软件所信号识别软件具备提取调制层信息所需的具备提取调制层信息所需的多种信号处理工具多种信号处理工具LG115具备帧结构、典型信道及信具备帧结构、典型信道及信源编码识别的能力。源编码识别的能力。具备信源、信道编码的解码具备信源、信道编码的解码能力。能力。n自动识别软件尚无法满足自动化监测的需自动识别软件尚无法满足自动化监测的需要
13、，需要辅以手动分析。要，需要辅以手动分析。16信号解码相关软件信号解码相关软件W51/61PCn各类解码软件类型丰富、覆盖面广，可靠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性高，可以满足日常工作的需要W51/61PC-涵盖主流信号类型涵盖主流信号类型FLdigi其它解码软件其它解码软件PC HFDL-短波数据链解码短波数据链解码MMSSTV-解码满扫电视及其它常规数据链解码满扫电视及其它常规数据链JVCOMM32、MULTIPSK等等172009 Technical Analysis 1305 (-A)LG118介绍介绍 LG118是一款信号离线分析软件，通过各类数字信
14、号处理手段可完成如下的功能n信号的参数分析和测量(波特率，载波频率,调制指数)n调制类型的确认n信号的解调(FSK,PSK/QAM,CPM等，比特流层)n 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。19LG 118 presentationThales Communications FranceLG118介绍介绍主视窗菜单状态列档案及管理功能按键工作位置20LG 118 presentationThales Communications FranceLG118介绍介绍时间/频率波幅/时间星座图频谱相位轨迹眼图21LG 118 presenta
15、tionThales Communications FranceLG118介绍介绍 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。222009 Technical Analysis 1305 (-A)循环谱方法循环谱方法性能较好适用范围广计算量较大瞬时幅度谱法瞬时幅度谱法性能较好适用范围窄计算量较小小波变换谱法小波变换谱法性能较好适用范围较广计算量适中信号的谱相关的f=f0的截面谱在波特率处出现离散谱线。典型方法典
16、型方法1-循环谱循环谱信号适用范围广：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：环境使用范围广：多径衰落及低信噪比 计算量较大：计算量较大：需要进行二维运算/2*2/21()lim()()eTjtxTTRx t xtdtT2()()ejfxxSfRd 频 率循环频率-10000-8000-6000-4000-200002000400060008000-10000-8000-6000-4000-200002000400060008000 BPSK俯视图俯视图 BPSK三维图三维图 频 率循环频率-10000-8000-6000-4000-20000200040006000800
17、0-10000-8000-6000-4000-200002000400060008000 频 率循环频率-10000-8000-6000-4000-200002000400060008000-10000-8000-6000-4000-200002000400060008000瞬时幅度谱在波特率的整数倍处呈现衰减的离散谱线。典型方法典型方法2-瞬时幅度谱瞬时幅度谱信号适用范围广：信号适用范围广：所有的线性调制信号所有的线性调制信号(PSK/QAM等等)，且呈现相同的特征。，且呈现相同的特征。0002()()/diJffSfQfQffiTT计算量小：计算量小：简单的傅立叶变换。简单的傅立叶变换。接
18、收环境适用范围广：接收环境适用范围广：多径和衰落和较低信噪比。多径和衰落和较低信噪比。典型方法典型方法3-小波变换谱小波变换谱-600-400-2000200400600-10-505101520253035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：信号适用范围广：所有数字调制信号。所有数字调制信号。)2(222)(4)(sin)(41),()(cicctitcjcicttjicicajiattjiMFSKeaaSdteSdteSaaCHWT计算量较小：计算量较小：简单的滤波与傅立叶变换简单的滤波与傅立叶变换-4000-3000-2000-1000010002000300
19、04000-20-1001020304050接收环境适用范围较广：接收环境适用范围较广：衰落和低信噪比衰落和低信噪比三种典型算法三种典型算法M律方法律方法性能较好适用范围较广计算量小瞬时频率法瞬时频率法性能较好适用范围较窄计算量小瞬时相位法瞬时相位法性能较好适用范围较广计算量小0()/MMckSfFtfM fkT典型方法典型方法1-M次方谱次方谱接收环境适用范围广：接收环境适用范围广：多径和衰落条件下多径和衰落条件下计算量较小：计算量较小：简单的数字处理与傅立叶变换简单的数字处理与傅立叶变换可同时可同时精确精确估计出载波频率。估计出载波频率。信号适用范围广：信号适用范围广：MPSK/MQAM标
20、准线性调制信号呈现出三谱线特征标准线性调制信号呈现出三谱线特征(特征特征1)Pi/2DQPSK等偏移调制呈现出双谱线特征等偏移调制呈现出双谱线特征(特征特征2)MPSK信号的信号的M次方谱的最高离散谱线对应次方谱的最高离散谱线对应M倍载波频偏。倍载波频偏。方形方形MQAM信号的信号的4次方谱的最高离散谱线对应次方谱的最高离散谱线对应4倍载波频偏倍载波频偏;圆形圆形MQAM信号的单圈状态数为信号的单圈状态数为M，则，则M次方谱的最高离散谱线对应次方谱的最高离散谱线对应M倍载波频偏。倍载波频偏。1f 特征特征1VS2f1fVS2f1f/2DBPSK信号的平方谱呈现两个幅度相近的离散谱线。分别对应信
21、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与与Vs/2+2fc；/4DQPSK信号的信号的4次方谱呈现两个幅度相近的离散谱线。分别对应次方谱呈现两个幅度相近的离散谱线。分别对应-Vs/2+4fc与与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与与Vs+2fc；2VS1f2f1fVS2f1fVS2f1f典型方法典型方法2-瞬时相位瞬时相位适用范围广：适用范围广：线性与非线性调制数字信号线性与非线性调制数字信号计算量较小：计算量较小：简单的数字处理简单的数字处理信道适用范围较广：信
22、道适用范围较广：衰落信道和较低信噪比衰落信道和较低信噪比MFSK信号的相位轨迹信号的相位轨迹图为线性特征，分叉数图为线性特征，分叉数为为M。MPSK信号的相位轨迹信号的相位轨迹图为非线性特征，分图为非线性特征，分叉数为叉数为M+1。相位轨迹图，相位轨迹图，8FSK相位轨迹图，相位轨迹图，QPSKMPSK信号在码元间隔信号在码元间隔产生相位变化产生相位变化,在码在码元内相位不变。元内相位不变。MFSK信号在码元内相信号在码元内相位线性变化，码元间位线性变化，码元间隔变换方向。隔变换方向。瞬时相位瞬时相位QPSK瞬时相位瞬时相位4FSK典型方法典型方法3-瞬时频率瞬时频率信号适用范围广：信号适用范
23、围广：所有所有MFSK数字调制信号数字调制信号计算量较小：计算量较小：简单的数字处理简单的数字处理信道适用范围较广：信道适用范围较广：衰落信道和较低信噪比衰落信道和较低信噪比对对MFSK信号的瞬时频率信号的瞬时频率进行直方图统计，则应有进行直方图统计，则应有M个个状态。状态。4FSK瞬时频率统计图瞬时频率统计图QPSK瞬时频率统计图瞬时频率统计图由于成型滤波的影响，由于成型滤波的影响，MPSK信号瞬时频率连续信号瞬时频率连续变化，无明显规律。变化，无明显规律。MFSK信号在码元间隔频信号在码元间隔频率跳变，码元内频率不变率跳变，码元内频率不变，呈现阶梯分布。，呈现阶梯分布。MPSK信号信号频率
24、统计图没频率统计图没有明显特征。有明显特征。瞬时频率瞬时频率 4FSK瞬时频率瞬时频率 QPSK36谱相关谱相关存在性存在性瞬时幅度瞬时幅度谱存在性谱存在性M次方谱存在性次方谱存在性 (有两种特征有两种特征)小波变换小波变换谱存在性谱存在性瞬时频率瞬时频率分布图分布图相位轨迹图特征相位轨迹图特征MFSKMPSKMQAM(方形方形)MQAM(圆形圆形)Pi/2DBPSKPi/4DQPSKOQPSKMSK(GMSK)372009 Technical Analysis 1305 (-A)Thales Communications France382009 Technical Analysis 130
25、5 (-A)Thales Communications France听信号时域的声音听信号时域的声音(略，对采集有要求略，对采集有要求)信号分析方法信号分析方法看信号的频谱看信号的频谱（笔记：这里指的是幅度（笔记：这里指的是幅度-频率谱）频率谱）对信号进行适当的去噪和抽取滤波对信号进行适当的去噪和抽取滤波运用信号处理方法运用信号处理方法估计信号参数和调制类型估计信号参数和调制类型PSK/QAM：波特率，中心频率，调制类型：波特率，中心频率，调制类型对信号进行解调对信号进行解调FSK：波特率，中心频率，调制偏移：波特率，中心频率，调制偏移，调制类型，调制类型CPM：波特率，中心频率，调制指数：波
26、特率，中心频率，调制指数，调制类型，调制类型FDM:载波数，载波间隔，中心频率，子载波的调制参数载波数，载波间隔，中心频率，子载波的调制参数(波特率波特率，中心频率，调制指数等，中心频率，调制指数等)392009 Technical Analysis 1305 (-A)中心频率测量中心频率测量功率谱密度功率谱密度(或频谱或频谱)波特率测量波特率测量瞬时幅度瞬时幅度功率谱密度功率谱密度(或频谱或频谱)5938.65 ms6009.18 msSignal analysis(4/12)sV 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41200
27、9 Technical Analysis 1305 (-A)状态数和频移状态数和频移瞬时频率统计图瞬时频率统计图Instantaneous frequencies histogramFSK-4 100 bauds modulation index 0.9波特率估计波特率估计瞬时频率瞬时频率(差分差分)谱谱谱相关谱相关中心频率的估计中心频率的估计相位树状图相位树状图Signal analysis(5/12)功率谱密度功率谱密度PSD,FSK-2,h=1.8Instantaneous frequencies histogramFSK-2 modulation index 1.8相位树状图，相位树状
28、图，FSK-8,h=2瞬时频率统计图瞬时频率统计图 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432009 Technical Analysis 1305 (-A)调制进制测量调制进制测量M律方法活律方法活M/2律后谱相关方法律后谱相关方法波特率测量波特率测量谱相关谱相关Zero-crossing瞬时包络的功率谱瞬时包络的功率谱中心频率测量中心频率测量相位树状图相位树状图 M律方法律方法Signal analysis(6/12)PSD(or Spectrum)瞬时频率差分谱瞬
29、时频率差分谱观察星座图观察星座图相位树状图相位树状图(M+1个分支个分支)442009 Technical Analysis 1305 (-A)1200 Hz调制进制测量调制进制测量信号极化图信号极化图波特率测量波特率测量中心频率测量中心频率测量相位图相位图M/2次方后进行谱相关次方后进行谱相关(圆形圆形),2次方后进行谱相关次方后进行谱相关(方形方形)Signal analysis(8/12)功率谱功率谱谱相关谱相关Zero-crossing瞬时频率差分谱瞬时频率差分谱包络的功率谱包络的功率谱星座图星座图 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
30、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462009 Technical Analysis 1305 (-A)2VS1f2f421fffc/2-DBPSKSignal analysis(7/12)/4-DQPSKOQPSK1fVS2f1f421fffc821fffcVS2f1f 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
31、断是否属于OQPSK，pi/2DBPSK或pi/4DQPSK信号，并确认信号类型。(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482009 Technical Analysis 1305 (-A)Measurement of the central frequencyMeasurement of the Baud rate谱相关谱相关过零点统计过零点统计Modulation index measurement(s1/h)谱谱瞬时频率统计图瞬时频率统计图Signal analysis(9/12)功率谱功率谱(s1/h)谱谱CPFSK(1
32、REC),h h0CPFSK(1REC),h h0CPFSK(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502009 Technical Analysis 1305 (-A)各载波频率间隔各载波频率间隔自相关自相关波特率估计波特率估计谱相关谱相关第一个音的频率第一个音的频率载波数估计载波数估计Signal analysis(10/12)功率谱功率谱功率谱功率谱功率谱功率谱
