无线电入侵检测分类系统关键技术研究

作     者：朱万经 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马建国

授予年度：2012年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：无线电监测 频谱感知 调制信号分类 正交下变频 定时恢复算法 

摘      要：随着无线电通信、广播的发展,频谱资源显得愈发珍贵,需要有相应的设备对频谱的使用情况进行监管。本课题拟在软件无线电平台上实现无线电入侵检测分类系统,主要研究了应用于该系统的频谱感知算法、调制信号分类算法、正交下变频硬件电路、数模模数板卡控制IP核以及数字调制基带信号的定时恢复算法等。 改进原有的熵的计算方法,构建了基于频域近似熵的频谱感知以及调制信号分类算法,并通过蒙特卡罗仿真对这些算法进行验证,实现了无线电入侵信号的检测以及分类功能。根据方差分析的结果,基于频域近似熵的频谱感知算法能够感知到信噪比低至-28dB下的二进制频移键控信号。在调制信号信噪比为-20dB的情况下,能够实现高达91.4%的正确探测率（误探测率为10%的情况下）。基于频域近似熵的调制信号识别算法能够在信噪比为0dB的情况下,以100%的正确率识别2ASK、4ASK、8ASK、2FSK、4FSK、8FSK信号,对于2PSK、4PSK以及8PSK信号的平均识别正确率为91.55%。 采用ADI公司的芯片组,设计实现了经由12C总线控制的正交下变频电路。在1GHz条件下,该电路的噪声系数约为21dB。该下变频电路本振输出范围为137.5MHz-4.4GHz,整个下变频电路能够接收的射频范围为70MHz-2GHz。通过频域、时域的测试,该正交下变频电路能够完成所需的下变频处理。此外,通过定制化开发,整合了Xilinx的FMC150驱动IP核与AXI-Lite接口IP核,实现了AXI-Lite接口的数模模数板卡控制IP核,并构建了相应的片上系统。 最后,本论文也对基带信号定时恢复算法的FPGA实现进行了研究,应用Xilinx的System Generator工具,在FPGA上面实现了非同步采样的定时恢复算法。该算法可以完成1%以内的定时误差的恢复,通过测试,能够良好地恢复带有定时误差的采样信号的星座图;该模块可以用于无线电入侵检测分类系统中调制信号的解调,通过该模块能够恢复调制信号的码元时钟,获取其星座图,从而能够进一步获取数字基带信息。 本论文通过对无线电入侵检测分类系统的几个关键技术的研究,实现了70MHz-2GHz内射频信号的正交下变频,并通过软件无线电平台对基带信号进行采样存储,最终可以由基于频域近似熵的算法进行低信噪比条件下的频谱感知以及调制信号分类,定时恢复算法能够纠正一定的定时误差,恢复基带信号的星座图。通过测试,该系统能够在软件无线电平台上完成无线电入侵检测分类系统的基本功能。