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基于星座圖聚類(lèi)分析的QAM信號調制識別算法及其DSP實(shí)現
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時(shí)間：2010-05-12
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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0引言
QAM(Quadrature Amplitude Modulation)正交幅度調制是移動(dòng)通信領(lǐng)域中常用的調制方式，它是用兩個(gè)獨立的基帶數字信號對兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調制，并利用這種已調信號在同一帶寬內頻譜正交的性質(zhì)來(lái)實(shí)現兩路并行的數字信息傳輸。由于QAM調制方式的廣泛應用，使得對QAM信號的調制識別研究具有很現實(shí)的意義。
ADSP TS201芯片是AD公司于2003年發(fā)布的TigerSHARC系列中的一款，其內核工作頻率高達600MHz，片內存儲器為24Mbit。TS201優(yōu)越的性能使得它在無(wú)線(xiàn)通信、軍事、工業(yè)等領(lǐng)域的應用更加廣泛。
本文首先討論基于信號星座圖聚類(lèi)分析的QAM信號識別算法，接著(zhù)對TS201芯片進(jìn)行了簡(jiǎn)介，最后在給出了DSP程序開(kāi)發(fā)流程的基礎上，利用TS201芯片完成了算法DSP實(shí)現。
1 QAM信號識別方法
信號調制樣式的自動(dòng)識別是軟件無(wú)線(xiàn)電臺必備的功能之一，并已被廣泛應用于電子對抗、通信情報、電子偵察等領(lǐng)域。待識別信號有4QAM、16QAM、32QAM、64QAM四種信號。這里討論一種QAM信號的識別算法，即：采用基于信號星座圖的聚類(lèi)分析和評價(jià)函數相結合的算法來(lái)識別信號。此算法首先對待識別的調制信號進(jìn)行星座圖的聚類(lèi)分析，再根據聚類(lèi)結果構造出一個(gè)評價(jià)函數，并利用評價(jià)函數得出識別結果。
1.1 信號星座圖的聚類(lèi)分析
聚類(lèi)分析常用于發(fā)現和提取數據間隱藏的分類(lèi)關(guān)系，并研究數據樣本之間存在的不同程度的相似性，同時(shí)找出一些能夠度量樣本之間相似程度的統計量，最后把一些相似程度大的樣本聚合為一類(lèi)。這里采用減法聚類(lèi)算法對星座圖進(jìn)行聚類(lèi)分析。
減法聚類(lèi)的原理為：將每個(gè)數據點(diǎn)作為可能的聚類(lèi)中心，并選擇合適的聚類(lèi)半徑來(lái)計算該點(diǎn)的數據密度，再將數據密度最大的點(diǎn)選為第一個(gè)聚類(lèi)中心，因其周?chē)哂凶罡叩臄祿c(diǎn)密度，在對各數據點(diǎn)的密度進(jìn)行修正后，使得該點(diǎn)附近的數據被排除作為數據中心的可能性，然后從剩余的可能作為聚類(lèi)中心的數據點(diǎn)中，繼續采用類(lèi)似的方法選擇下一個(gè)聚類(lèi)中心，這一過(guò)程一直持續到所有剩余數據點(diǎn)作為聚類(lèi)中心的可能性低于某一閾值時(shí)為止，從而得到樣本數據的聚類(lèi)點(diǎn)個(gè)數和位置。
信號星座圖的聚類(lèi)分析就是把待識別信號數據先映射到星座圖上，然后對星座圖進(jìn)行減法聚類(lèi)，便可得到各個(gè)QAM信號的星座圖聚類(lèi)點(diǎn)個(gè)數和相對于星座圖原點(diǎn)的位置。
1.2 識別算法
待識別信號是經(jīng)過(guò)射頻前端和數字下變頻處理之后的基帶數字信號，本文設計的信號識別算法如圖1所示。
圖中r1、r2、r3和r4分別表示4QAM、16QAM、32QAM和64QAM的聚類(lèi)半徑。通過(guò)MATLAB仿真發(fā)現，當各調制方式所對應的r取0.33、0.22、0.14和0.09時(shí)，進(jìn)行減法聚類(lèi)所得到的聚類(lèi)中心數目最接近該調制方式的調制階數。
針對待識別的每一類(lèi)信號，在聚類(lèi)半徑不同取值的情況下分別進(jìn)行減法聚類(lèi)。并提取聚類(lèi)點(diǎn)數M和參數R，然后利用評估函數C(M,R)對聚類(lèi)結果進(jìn)行評價(jià)，最后將評估函數的最大值所對應的信號類(lèi)型作為判決結果。
評估函數的定義如下：
其中：i=1，2，3，4，分別對應四種調制方式的聚類(lèi)結果。
變量R的定義：在方形QAM星座圖中，各個(gè)星座點(diǎn)都可以根據其距離原點(diǎn)的半徑值劃分到不同的圓上，最外層的四個(gè)點(diǎn)半徑值最大，內層的四個(gè)點(diǎn)半徑值最小。定義R為半徑的最大值和最小值的比值。Mci和Rci是不同調制方式的理論值，具體見(jiàn)表1所列。
y(x)是一個(gè)分段函數，定義如下：
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