CC BY
116
Распознавание видов модуляции радиосигналов с использованием моментов высокого порядка
Представлены результаты исследования методов распознавания видов цифровой модуляции радиосигналов с использованием моментов (кумулянтов) высокого порядка. Показано, что кумулянты различных порядков имеют различные разделительные свойства для разных типов модуляции. Приведены результаты анализа существующих методов распознавания с использованием кумулянтов высокого порядка. Предлагается новый метод, обладающий более широкой представительностью распознаваемых видов модуляции за счет комплексного применения кумулянтного анализа и оценки распределения мгновенных фаз сигнала.
Ключевые слова: кумулянтный анализ, распознавание видов модуляции, радиосигнал.
Стогов АА, Терешонок М.В.,
Чиров Д.С., Кузьмин Г.В.,
МТУСИ
Одик.и И’ ПГр>ГПС;КТИЕ--.^У тутгй ППЛС-1ТИК глсрсмс! II1ЫЧ
✓ нфоксышун чкац^онньк систем яеляется создсьче чнтеллек-туильныт о£-~п44 и ЕЯ ЭИ н персдичм ДЦННЫТ. Сдной из зчдич интчпт\е1Гтуагьноч ?ьгяется 'пвттомшчческое распоэнс-
виние киди цнфриций н&изыл. I нык ч-кГт^ишь. 3
-|(ЗСТТ7Я11ЮС иромя 0пу^пии>В01*0 большое кс-пич^стио р^1х1Т
■ Ю динИОЙ 1*4*. Основным ОШИ'ХеМ МрЁД1 СИйЁМЫК ОчиЬ ■ЯПЛП1ГТГ.-Я ИСП>5Р«>ЭуПМиГ Прг-ЗНГКИ рп^ппп 1-5ГКПНИЯ Рч101ПИЧН1| С наборе! ПОИ^Ч^кОЕ оЕ^течяВСО" рС^ПнЧНуС 1 реДСТС 31чТ£гЛ э-ногтп. рпгполилппелишк лчппп I (И<{кр>гкпсъй ллог./пс ц* и.
■^спол^зсеанию мо.чвнгое (иуму.гйктоЕ1 различного- порядке: С К.ЛЧГ’ГТПГ примпгм ПИДОП г.-сдулянии рПДИПСИПКЭППВ
посвящено- достаточно большое копичг-:тво оабэт [ I. 2]. Б ^|и ■ 1и 11л регоча* покозани, чт Моменты и кумуляты бысо-«ЧН порздке-б ОЙТЧЭДСЮТ Е-ЫСОКС^ степенью РС1-2Д9 ЛЧмОСТЧ ДЛ7 иизг^-шых ендов шидуляьин сншипис.
Применение гумулчнтоЕ- высокого порвдка р почести» ириЗнйкйв р£-;.||03ни-кй11нн О&уСлашчЁнО СийиуЮщимИ фйый-рОМН, Кумулянте** |семииым|ИМНТси4.| <:гучпйной рдли'-ии. |ИЗыЕМ1ёТЫ к.ОЭфОиииен I рйЗ-Л&жЁннй ЛйГОрифмй
ксфсжтпристтг-.-тгкг:?: функции сгучпйнрй пппичшш п егтел™
НОЙ ояд:
т.,,) £*<■;?■ (и
I I г..
■{уму^ьгн 4.’, ноэываютс? средним ;-ач=н/-
=&., лиспе раю Л аст*меарией и эксцессом случайной БвЛк-
ЧИИЦ ГГОТПГТГТПС!! И Ю. Г-уЩе!С7|Иу|ГТ ПЛЯ.1Ь V/"ХД^ КумуЛЯ|ПОк| ^ АЛГ1ИП11ТПМИ П1. глучпйнпй пспичиш^ п чпгхнгхтти:
щ £-. .'г;-. ^-1 I £; ч п, с-, I !ЗС|£, I с,
1'0-аТЧЖДЧНв поп/рнфмо ЧПрч1К.ттеристч,--?>7К.ОЧ фуНКЩ^ы [/(.V, г ) -и|м сивокуниосш дву* случайны* в-г-личин й С1#1нги-
-юй ряк ипр“деляе I куиулмни двумерниго вериятниелчюго распределения:
|'| 0{ Г. _Г ) =
л= V О^П[>Т
и!,'#!
(2)
Порядкам кумулянта назывпюг сунииу 17 + Л1- Совместными кумулянтами иапыыиптгл кумупялты, для катары* и п,
м г отличны от 0. Для двумерного распределения Гагусса отличим от 0 толыш кумулянты 1-га и 2-го порядков. Совместные кумулянты огт-исы&ают различные статистические связи1
56
МВДЯДУ СГТуЧСИИНММ РОЛИЧИНПМИ Еспи всуму-
ЛЯмТы равны У, ГО £Х1уЧйЙНЬ*Ё ВЁЛИЧННЫ СТСИИСТИч-К.!*! й*3й-Бйс^Ими. Первый С1_чамеи1 ный кумулнн! ^ | и«1ис:ываеп корреляцию и1у'4ийны:<. вн-личин.
Скнобная мддд раагюэ«а&ания видов модуляц.ии с ис-
пол^^овин^-м №МЦН1Ш цькикиш порядка Зи]ииамиВ!1СЯ в СПрДуТОЩ-р.ЧА. Если Г1р?ДСТС1РИ7Ь С№М@СТНМ@ рогпе-
Зниьием.ою кОкишекСиОЮ еншилй X как:
13|
гд“- _Г - комплекса сопряженный сигнсзп^ тагди выражение-д 1ч кумулннса 6уде1 им^нь вид:
К
с
■V...............-V , V........................Г
^э и! ч \4\ в-'дно. что сзвместнье гумулянть- случайной вйМшьгксний а^лн 1ины и ей с:ш 1р«женний мри ,! Ь ^ ;. ду I
.!прг.1|Г|^ИЛЛ:ЛЬ С и 11Н. I мч«;к.ук1 £В|^Ь минщу зоре' И^1р-,и'^ ^Онннм И -ЭЗрЧ-ППЬНО' ото-бр^ж^нным р^Пр^Д^лением мгно йеннйй ф>йз-и. СНГНйЛй.. ИйПрФ1Мвр.
Л?2 , = |М|№[х, -Ь. Г, Г]..
или вы[Х1Ж.С!й кумулянт чер^-э моменты:
(клу 2(£,Х£ =-5г1(.1 ЧГГ'|-
Р^.г^пнтппкмис -ГВЙПЙСПЯП кумутлннтпд ДЛИ рпяличник тм-пов- медуляции различны. Истедов^иния, лречведеи^ые ь [3],
покоштали^, '-гго одми г.илм мг.дупяции цппппппЬршп! ю рягтпо
знавать с чепользе-еанием дсумуля^тсв 4-го № редка г друте 2 ш И Т.Д. Дл-Я ПрИК1Ер<1 на рис*. 1”3 ПрНВЕУЗЕНЫ гргк|жки лп-конов оаспределения эн-ачении ряда кумулянтов для роэлич-в)ык типов модуляции 4:иг^пи. Синкрони^иция анализируемых '“ипюгюе- пю несущей и таетовой частотам, № осуществлялись,. ОСШ = 20 ДБ.
^йч
■7 -1 П -1 Т -1 Г. -1.И -17-11 ЛЙ ЛП -ПГ. -П.Я -П Л -П.3 -П
^ч!'Н|НЛ и'и
Д1-.М--Л ;ц а .| д:^уд В |-5|{л-д И - ^.у Р|*£. 1. ;1 ^«щилшщ иу.чут^-н и С
им и^^ЛЧ' -1ЫХ. Г1- 1УВ >ЛСД7ПЯЬ-1И ^1-■ чинив
Т-Сотт #1-2012
■з із
■1ГЙ
и
1
1 у.
С -9 В
Значение С20
■ ря« вели-к
РиС. 2. Зикиш |>йС|ДОЩЫЛй*1КП ЇНи*І*НИЙ ї.уму.і|ИН |Щ* дпп различным тигк» модуляции сигнал а и
сив
Оле
1
V-- Л ■&■ А * Л :> і1- ^ ■>’■ »> -її- & .й & £■ Л
ґч- .^- .“Ч- ^ч- у.- *4- I-! Ь%- 5Л- І^і- Су Еу
І а |-:=у. Р КИ.Ц а Iі Е?.-^ О Оі кдє.-Є □ q-JV.1t: |
РиС. 3. Зиро™ рОСі-|>ЄдЄлбнч* і=чичЄччн ьумулчніО й?^ для ризличньїх іипое «ицулицик іінгншив
Рп.^улитпті.1 ПНҐЗПМ.1П ДОННІЛК, предгтадпенних нп рис 1 -3.,
ПОКШЬІВіаКЇТ, ЧТО С И'іі іС-.ііьііі аііінийм ку«уЛйНТй л-.ОжнО
уьеренно їїидїміиііь ^иіншіьі Р5К, Р5К-2 н РАМ, і: ии іользови-
чиє*, - Г>К-2, РАМ. ОАМ-16, а по ІЇл. - Р5К-2. Р5К-4.
РАМ. Таким образом, распознавание &^дое модуляции с ик:гюльілгизпииам кумуляї ітпв витких гшрядкоп ппключаггтся в подборе соотЕ-етствуешик кумулянтов и логических условий для рг.иілпив кпі ікрптігай лпдочи.
Иі известньїх мегодов роспозлавания видав модуляции
сипнаплп с. игпетпі.папаниг.м ку^упяі-гггіп и мампитап гвійглкого порядка лаиболее интересньїади, с точки і-рения гюлнотьі напори рлптпнппігагіаділк пидоп Алпяупїщи^ епгїяіггтпи [1 ] и [3 ]
В работе [1] предпогаегея иерархлчесшй -схемо роспо-
ЛНПППНИЯ іМ-РЯК,. ІИ-ОЛЛЛ И М-РАМ ЛИП.ПП МПД.уЛЯІІ.ИН
[см_ рчс. 4).
Однин иш і4пд.пгтткгап дпннпт м-гтгуїп япппгтгя ггггутг.тпип г.
соста&е роспоінавоашк вндов м.сдуляиии Г5К-сигжиюв. І Іаи-
^іге^гт-угіжтіпно я [І] рсик^стся зодрчп рпсполисінпмия л#вдугга-
дий дня четьір^к классов РоК-8, ОАМ-1 6, РАМ-4 и ВРЗК. Рос-
ЇІОЛІЮППИИГ. схуі ІІ^ГТПІТДГТТД ПГі Кр«ТГ^»ИК? |Л'|ф| :
\.Ч9 --.'І Н-■ і*цк -Г-
< і\ | ■■■.■ 1.02 —> 0АМ - їй. .;5І
і.гй-'[с+ 'т. і.г;я-^/'.иг- і
І .Ніч ^ <\ |—■ Й7'.'ї/,г
Для 4-л ії.пс;ссб5іі гтдачм щч ОСШ - І С- дЬ ч дуічтепьнс-
■ІІИ ^ИІ шми І ии І.надколов иривмльмо рсх:і юзние-і он Ііолее
95% образцов- контропьнои виярки. При уБел^чении дпи-
гепьмооти си гнило в до 250 симсшіоа и вьіиіе доі_ггигае-м:я
9^%- р^яутьтат правкгішсго роспо-з^авснин емдое- мриугации РЗК-З^ ОАМ.-16, ІРА>^-4 и ВР5К_ "Іреллошеч'іій в. [1] №іцм рослознавония дііч 4-л еидо& .чйідугнции исспедовон на усюч-чивиоіь к итнаиігельнай риослрийке по нсиуш^ей чисюте. Зкс-
пдр^м.ент прокдален для сигналсь дпигелЕ+іостью 250 см^ео-Т-Сотт #1-2012
лсе, ОСШ " 20 дЬ.. относитапьная росстройко по несуїдей частоте порядки В/ЇІ. Ре:їупьситьі пклкизили, ЧТО Кіри?срий [іУп| ПРИ
■іппи'.ии роГіТроРии по иссуі іі,ПЙ чґігтатп иг пппгюпягтт рп.лли-
нотй ангнали -с модуляцией РіК-ї, ОАМ -16 я БР5К.
Г-эв ҐГ„
ЕЛЛ И\Ч
ШЙХ
3|
№
ЧЛМ
рлмад • • р.-іШзоі
РЯК|;.^ РЯКГ4І
\'їЬг. \'їі V« ^аМіч;.—
Р(#с. 4. И^рар«НЧВДШЙ рСКП^4*40№нИй видов модупяцлй ркіірисигнипие \6\
По р^-Зупь-тотіоиА ЧНОЛРЧО МССП^ДРЕКЗНИЙ, пр^дст^В^дмных =і [1] и нровЄиЄннь4Х и^іорогии доммСнй ірудо, .чбжнО Сикій-ЗИрОЕИТГЬ алгоритм РОСПОЭНОРОМНЯ Р5|^ ОДЛА и РДМ, пред-^.ТОёЛённый нй риС. 5.. ИнЁйрнйнТный к СиНЖрони^йідии При-9М№ксі по несущей чсістаґітч сигнаиа.
НемОСійік.о>л дО-лноіО и. моииіі^ мвів^нСїі аісіуиі;ів*#е ь роспознсвоемом нобор^ ТИПОВ .МгОДуЛЧМЛЙ частотном модуляции |.РіК |. НйИІІІУіІІЖНІІОІЬ И^рИМЁНё'НИШ ШІІ ОрИІ.УиІЗ, і ірЄці_! Оь-
ленного на рис. 5, для различения Р$К<игналае заключается в
іОАД- чій зни‘і£?ю«ії в,и6рС:нмоіО крп йрі^і діві Р5К- и Р^К.-сипісглсщ і її:>:е:дит: я □ ещрюй е^злости *(є^й. таЕІ-лицу(.
Зріачения лажолателті дг дл-н Р5Кя и РЗК^-ситиалов
СС;_1. дЬ ґЗК-2
£С -0,7 В -ом -ом -■.01
8 -0,9 7 -Г; $7 -0 97 -г. о.1;
' Л -0.5 = -0,95 -0,?5 -1,04
с.уч О.УЗ 0.УЇ
12 -о.гв
С ■0.32 -с-.эз -0.31 .0.^/
Решение проблемы различения сигналов Г5К может ле-іжпті. п. айлпгти лпгшпгтнпт применения жу^лупынтнот анп лига и вдешеи распределений рознести .мгновенных фсаз. ИсКОЛі-3 и3 ЛОННІ.ІМ Тїтбпиііі.^ с ИСЛОГЬІ.?ОППІНІ^>А кумупзнтт!! ^
еозможко отличить Р5К- и 1*$К-сигкчпы от сигнопов с модуляций РАМ м ОАМ.. Дол1ЁЁг ис:і.і_ін и і: рё-^улыо ійв.ґ оірив^деи-цы?с ИИ из общего »и*псса Р5К- и Р5К-сигнолов с іисполь^зо-
аи ни.і±.м IV.,
У;"^1 ВОЗМОЖНО ВЫДН! іение ІЛіІНШІОВ 11 Р5К~й
Амщ.улвцнкй (.тікічєчі.ия данных псмсозатсшїй для чтога типся уюдуля^ии блмзкм к нулю). Из оставшийся смеси сигналов РЯК и Р^К-2,4 мсмеїнз выделить сипкшы РЙІС с №:лольз[:таанн-ем метода оценки р-аспоеделения разности мгновенный фаэ, который лпкгючпгггся п їтлгузуюіцпм.
Г* н :?-Иіі
NL.WLH I LU К
НУМ^ЛЯІГГОСІ
ч» v U-PftK
Mil
л..
< .1:=—л-»-*- м-алм
Рис. 5. Алгиригм роспозниеинчя е-идив мадулщж инвариантный е скі іхрапизации приемника па нссущс-н частоте-емп іапа
Для распознавания FSK- а Г5К-смгнало& пр*дпагаетсй
ИГТЮЛЬЛПСПТЬ П1ВПЧ<Н11*а ро гшасти феи мгжду птг-четамы сиг
Лр{ пт) р{пТ) р{(н 1)1 \-
<*]
где р(лГ) мгнашгяитя ф-nrwi где гі т л п г. мпмг.мт прсАлоки
ГґТ г а КОНКрГЇТНОР „ПНОЧПНИС индпкеп і уСГГСЗНПИПИПСЗІТГСЯ с учгггам поэможнпго гінгїгчг.і-іиз мгаксимплілой скороти пнопи-эируе**ого согнало. Для Г5К-счгнолоеі при изменении зюач-е-
ІНЯ МОДуПЯІ ІИ08І ІІйГО ПЛрПМатрП ііпипг.лміїиа лнпчпыия пикпг\ функции плотности вероятности значений ) будут
мри.і.йдиіьСм но Значеним О, Л- / 2 г Л". j.T.' Z (за исключением ІИІ HOJKJB- Р5К-4 СО І-ДЬИІ Ij'.v. HQ Л,/4Ї- В к llp-ёд Ійійе I Си дли рОСі ЮЗнаьОнин ий-Юльініїійіь ОСОбе-инОО и ПонЄдЄнин Сі іу-ЧСТЙ14Пт проі^пггтп ^г^етТ"! ГІпрпмотрам, мпийплпг. полно
ОТрГЯМСПКНЦИІА РАЗЛИЧИЯ рПСПО-ЭНОЯ<1С:МЫХ самлкупностой. SIB.IiieiLH Величини
Я Г, / Гл і
где r,, - F.pf5M3 Прєбнр/ПНИЧ ггучаймопо проілеггп ■ VJ(,n * икгереале ^ А, 7.гг! і J, г, - Брелля пребывания случай ногс-
ПОСд^СІІ \f:( „1\ ь инТер-ЙСЛО*. [.І.-г X, vt К] .
[7т і. 'Iі.т Я [і ].т S. LJt <]■
Для рисіпаа-іюваї іия сигногио. F.SK и -PSK использует с; я бы-
ро:*:ение vi
л = -^ X ^ ^ ■
W її',' і ,іГ) = І. <Х*и
И
[iv 5- н]^/“.т к. чт к]1-. [ііл- х. і:;,т н].
11 ^ ( ?і Т ) -^1 IpU І ИВНО.М Cliy'IUe. РсЛОЮЦЄЄ І ірОВИЛО И, Д Д №-
itOM случае с-оглядит елнздукицмы образом:
!?, 0.- принимается гипстегп -іс^гнап
fj, z 0. 7 - принимс^тс ч 'ипэтеас! «-сигнал ' УК»;
fj. ■■■: - происжщит оїксзі от прлиіПУій решения.
Алійриілл рйіііич^нгаї Г5К-іИГгі(кПйЬ ОТ Др^ґГил іинОк гииО-дулямии г рглгтг ппсы нг р-кг 6
і.'-. .
Gw.Eau
< -і '«чдааі ;-ан-::; а
/х
-w:c4уи
ЕлГИН
ч
■
и-х
Зис. 6. Алгоритм zaj-ччс їй" zk" іалоа -оК Преимуществом ГОЄЦГСІЮЄімСіГО мепсцдо ЧЕЛЯЄТСЯ отсутствие пси6хчримох:ти сиик^кзі іил<]ции п^іиггм*] сипкіпиа пи п«
■сущей частота. В частнс-стм, .^етод іпоказсгл свою работоспо-
сіийнссіь при OIHOLH іепьний pUCUip'JHKe по неі^ущей часіите
ат І до 1000 Гц Ічастота дискретизации юигнола - -ЇЙ k!ll СИМСШІЬНШІ ^кирисіь — 12 kG'JU, КиїЗИ'ІСС lau UlL'ltf ШЁ —
1 f}?4] ■С.ідм ГЗ К О ДГЯННМІІ АИі~ТОД ОХ П -Э П Л ГД ДОСТАТОЧНО чуястдк-
it*. itMtiM к. ОСШ при приеме С£іінйлй_ П рйвЄиЄнмьіЄ Зік^і іердо-
.ViTiHTId ПГ.ИПЛППИ, ЧТП р?1.“ЬПИЧПНИГ ГкГНПЛОПі PSK и FSK, С ис-
пользовок.ие.м предлагаемого методо, єозмозйно при ОСШ йолпп 1 ? дБ
Таким обоа мм, предложен метод иі слгорРїТм распоэно-
ППЗІІИЯ ьидое- цчпдугяции, о4ієс:гкчи&пюідий рКЗГЛОПНСЗПСЗІВ№
ҐЗ-К, V'SK. РАМ.. v_5A^i модуляциЧ- инвариантным к расстройке по нес.уіщей чистота..
Лйтйритурй
І . А_ Svramii and Б_ badger.. ‘■'HicsarchicaJ- digital moduAaiion classifionhan i.isinq rumnlants, ’ ІЕЕБ Trans. Cjnmrmin., vofl. 4S3, no. ІЇ, ^ *16-W?e-. Morrh ?000
2. G. HuLddicisJo», M.P. For-guea, СІиь-іЗ'киІкдіі d Digikil
Modulation I ypes in Multipath tnfvfrartTienlt, Ittt. pp_ 14УД-14УУ, 2DOI.
Л. A.F Ynungjf СіпіаіКг-гїііол «f DkvJkiI i4flnHiiJnhnn Typr.r, in Mullipciih environment Masier'b. The^t. NAVAL F’dSTGRAOUATU SCHOOL, W 2003. p.S3.
■4. Степанов A.It., іУіптвевь С.А. Методы камгадатерной- аб' “-“г.от-м сн ги аж» слї:тісїьа радоп^пяпк. М.: СІС5ЛСІіН-Пріх:с, 20DJ1. — ?0ГЇ г
Modulation type recognition using high order cumulanls
A.A. Stogov, M.V Tereshonok, D.S. Chirov, G.V. Kuzmin
The report concerns results of methods of digital modulation type recognition based on high order cumulanls. It is shown that different order cumulants have different separating properties for different modulation types. The results of existing recognition methods are stated. A new method capable of w'der variety of modulation types recognition is proposed. The proposed method advantages are conditioned by combination of cumulant analysis and phase distribution estimation techniques.
Keywords: cumulant analysis, digital modulation recognition, radio signal.
References
1. A. Swami and B. Sadler, "Hierarchical digital modulation classification using cumulants," IEEE Trans. Commun., vol. 48, №3, pp. 416-428, March 2000.
2. G. Hata'christos, M.P. Fargues, Classification of Digital Modulation Types in Multipath Env'ronments, IEEE, pp. 1494-1498, 2001.
3. A.F. Young, Classification of Digital Modulation Types in Multipath Enwonmente, Master's Thesis, NAVAL POSTGRADUATE SCHOOL, June 2008, p.83.
4. Stepanov A.V, Matveev S.A. Methods of computer processing of radio communication systems signals [Metody kompyuternoj obrabotki signalov sistem radiosvyazi]. — Moscow: SOLON-Press, 2003. — 208 p.
58
T-Comm #1-2012
