无线电信号分析技术

无线电信号分析技术
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内容总览
第一部分：数字无线电监测系统 第二部分：无线电信号频谱分析 第三部分：无线电信号时频分析 第四部分：无线电信号参数分析 第五部分：信号分离技术
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第一部分：数字无线电监测系统
——下一代无线电监测系统
一、概述 二、数字无线电监测系统组成 三、数字信号采样 四、数字接收机关键指标 五、I、Q输出
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四、工程实现方法
信号采样——模拟信号数字化
u(n),
n=0,1,2,…
数字信号处理
计算步骤：
FFT
（1） u ( n ) U ( k )
（2）
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四、工程实现方法（续）
数字信号处理 计算步骤（续）：
（3） （4）
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五、应用
1、调制方式识别
调制方式 瞬时幅度
调幅 随时间变化
调频
固定值
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二、离散傅立叶变换（DFT）
采集得到数字信号x(n) , n=0,1,2,3,…….
DFT: 1;
,k=0,1,2,3…N-
其中X(k)为复数，含有幅度相位信息。
IDFT:
n=0,1,2,3…,N. -1;
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三、加窗问题
计算离散时间信号需要用到信号在全体 时间上的值，在实际应用中我们仅能在 有限时宽内观测信号，相当于对信号进 行加窗。 加窗的结果导致信号能量的泄漏。 由于泄漏，加窗不仅扭曲了谱估计，也 降低了谱的分辨率。
从中看出： IP3是关键指标
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五、I、Q输出
许多数字接收机提供I和Q两路输出。 数学含义：
其中：
不含射频信息，但含有基带信息。 称为信号的同相分量和正交分量。
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第二部分：无线电信号频谱分析
一、概述 二、离散傅立叶变换（DFT） 三、常用算法：FFT
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一、概述
频谱管理是无线电管理工作的重点 频谱分析是无线电管理的工具 频谱分析仪是常用的频谱分析设备 频谱分析工具——离散傅立叶变换
数学表达式： n为数据长度，其取值大于N。
类似于离散傅立叶变换，是信号序列的DFT。 Matlab 语句：tfrstft(x,t,N,h)
其中：t 时刻， N 为长度，h 为归一化的频 率平滑窗。
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三、时频分析应用
对于ASK和FSK信号调制方式识别非 常容易。 举例一：ASK和FSK信号。 举例二：大功率无绳电话开机密码 解码。
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频谱解释
实信号： ——共轭对称性
物理含义：正负频率分量对 称，相位相反。
实信号的频谱
正、负频率对称
பைடு நூலகம்
解析信号
解析信号的频谱
f>0,频谱为2U(f)
f<0,频谱为0
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3、参数计算
三个特征参数：
瞬时幅度 瞬时相位 (t) argtan[v(t)]
u(t)
瞬时频率
f (t) 1 d(t) 2 dt
主瓣宽度越小，旁瓣数目越多。
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三、常用算法：FFT
FFT 是DFT的快速计算方法 Matlab 语句： fft(x(n),N) x(n)为数字采样信号； N为离散傅里叶变换数据x(n)的长度。 特点：使用简单、经济方便
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FFT的关键指标
1、频率分辨率： , fs为信号采样速率 2、实际频率： ,n为FFT输出序列 3、对称性： 输出数据关于n/2对称，相 位相反。因此n/2以上数据无意义。
瞬时幅度：a(t)
瞬时相位：(t)2f0t(t)
瞬时频率：
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二、信号参数分析目的
手段：获取瞬时幅度、瞬时频率、瞬时 相位； 从而全面掌握信号特征，识别信号类型 ； 完成信号参数测量和识别解调等任务。
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三、希尔伯特变换
1、解析信号
实信号： u (t) a (t)c o s2 f0 t (t)
解析信号：
相位： (t)2f0t(t)
虚部： v (t) a (t)sin 2 f0 t (t)
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问题：为什么使用解析信号？
回答： 解析信号易于获取信号的三
个参数，为信号分析提供手段。
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2、希尔伯特变换
实信号： 希尔伯特变换：
物理解释：对信号进行一次正交相移， 从而产生正交信号。
正交含义：u(t)•v(t)dt 0
采样方式： 1、基本采样
采样原则：采样数值能够准确地确定原信号。 适用范围：基带信号 采样速率：fs≥2fmax ， fmax为信号最高频率
2、带通采样
适用范围：中频信号 采样速率：
n 为满足上述条件的最大正整数。
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四、数字接收机关键指标
1、A/D 位数 确定A/D转换灵敏度、信噪比
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一、概述
模拟无线电监测系统的演进； 数字信号处理技术发展的结晶； 采集和存储信号的数字采样信息； 通过数字信号处理技术实现信号再生、 复原以及参数测量。
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二、数字无线电监测系统组成
天线
馈线
带通滤波 低噪放
宽带滤波 A/D
一本振
基本数字接收机
信
号
计算机
处
理
单 扩展功能
元
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三、数字信号采样
N(512)点fft输出系列
. n/2以上数据无意义
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第三部分：无线电信号时频分析
一、目的 二、短时傅立叶变换(STFT) 三、应用
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一、时频分析目的
频谱分析缺点：不能反映信号频谱 随时间的变化；
时频分析目的： 分析信号频率随时间的变换规律， 为信号分析提供更多的信息。
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二、短时傅立叶变换STFT
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三、加窗问题（续1）
令{X(n)}为被分析信号，如果序列时宽为区间 0≤n≤l-1内的l个样本，这相当于用长度为l的矩 形窗乘，即：
令 W 为窗函数序列的傅立叶变换
W(ω)的傅立叶变换
则
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频率 14
三、加窗问题（续2）
还可以给信号加其它的窗 加窗遵循规律 带宽准确性高：
主瓣宽度越大，旁瓣数目越少。 分辨率准确性高：
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举例一：2FSK（实际信号）
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举例二：
大功率无绳电话开机密码解码
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第四部分：无线电信号参数分析
一、无线电信号 二、信号参数分析目的 三、希尔伯特变换 四、工程实现方法 五、应用
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一、无线电信号
无线电信号表达式：
u (t) a (t)c o s(2f0 t(t))
三个参数
n 为A/D 位数，B 为模拟信号带宽，fs为采样信号频率 2、采样速率 fs决定数字接收机可以处理的模拟信号带宽
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四、数字接收机关键指标(续)
3、接收机动态范围
其中，IP3为放大器三阶截点的输出功率； G为放大器增益；
NF为噪声系数（含放大器、下变频器和A/D 噪声系数）；
BF为为滤波器带宽。