基于深度学习的通信信号调制模式识别开题报告

 2022-12-12 11:52:57

1. 研究目的与意义

通信工程在现在的词语环境中看起来是一个饱含科技含量的词汇,但是信息交流的产生、发展却可以追溯到古代。有文字可考证的可以追溯到公元前14世纪,根据出土的甲骨文记载,早在殷商时期,我国就出现了有组织的通信活动:边境派将士防守,并且设置大鼓,一旦出现敌情就击鼓传信;在东周时期,我国就有了烽火台的创举;在秦朝的时期,中国就出现了专为政府服务的“邮人”;明朝末年,又出现了可以为寻常人家寄托相思的邮差。

现代远距离通信技术,无论是有线通信技术还是无线通信技术都是以电磁理论为基础的,比如:计算机、智能手机、卫星等。1820年,丹麦的物理学家奥斯特发现在磁针旁边放置一个与电池连接了的线时,磁针就会马上发生偏转,这是人类历史上第一次发现电与磁之间的联系;1831年法拉第通过发现了电磁感应现象,这一现象显示了电、磁现象之间的相互练习和转化,进一步揭示了电与磁的内在联系,为建立完整的电磁理论奠定了坚实的基础;1839年摩尔斯利用使电流交替地通电和切断所产生的不同信号,编制代表数字和字母的电码,发明了电信史上最早使用的编码,著名的摩尔斯电码,紧接着他研制成功了一台传递电码的装置——电报机,有线电报开创了人类信息交流的新纪元;1864年麦克斯韦提出了总结电磁现象的两组方程,定义了电磁波,预言了电磁波的存在,指出电磁波的传播速度与光相等;1876年贝尔发明有线电话;1896年马可尼发明无线电报,使大西洋彼岸收到了无线电信号,实现了欧洲和美洲的直接通信,无线电报也为人类通信技术开辟了一个崭新的领域;1904年弗莱迪通过给在灯泡中放置的一块金属片加上的高频交变电压,发明了世界上第一个真空二极管,交流电在通过这个装置后变成了直流电,它也能充当交流电整流和无线电检波的设备;1918年调幅无线电广播、超外差收音机问世;1925年开始采用三路明线载波电话、多路通信;1936年调频无线电广播开播;1937年发明脉冲编码调制;1938年电视广播开播;1946年世界上第一台大型电子计算机“埃尼亚克”被美国摩尔电子工程学校和宾夕法尼亚大学的电子计算机设计组研究成功,同年冯诺依曼对其做了一系列改进,提出计算机整体结构的组成,分为了:计算机、控制器、存贮器、输入和输出部分,还采用了二进制来代替十进制;1948年美国贝尔实验室发明了固态放大器件——晶体三极管,而晶体管的发明成为了电子学发展史上一个重要的里程碑;1950年时分多路通信应用于电话;1957年第一颗人造卫星发射成功;1958年第一颗通信卫星发射成功;1957年,美国德克萨斯仪器公司与仙童公司做出了世界上第一块集成电路,虽然这块集成电路只包含了四个晶体管和六个阻容元件,集成电路为各种电子设备提供了强大的物质基础,使人类的信息传输能力和信息处理能力达到了新的高度;1962年第一颗同步卫星发射成功,脉冲编码调制也进入实用阶段;这之后的50年中,通信技术得到了飞速发展,彩色电视、高速数字电子计算机相继问世,大规模集成电路、商用卫星通信、光纤通信系统、微处理机迅速发展,超大规模集成电路、长波长光纤通信系统广泛应用,综合业务数字网崛起,1g、2g、3g、4g、5g移动微博通信技术接连出现。

从古时候的飞鸽传书、人力传送到现如今的蜂窝移动通信、卫星通信,信息交流在人类的生活中起着至关重要的作用。通信工程则是一门专注通信过程中信息传输和信号处理的学科,我们研究的是用不同的形式把信息通过电脉冲的方式从发送端(信源)传输到一个或多个接收端,而接收端能否高效正确地分辨出信息则需要进一步的信号处理。这当中包括了编码、解码、过滤等过程。

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2. 研究内容与预期目标

如何更加快捷、方便的交换信息是多年来人类不断追求的目标,在高度发达的信息化社会中,使人们可以更加有效的产生、传输、保存、应用语音信息,对于促进社会的发展起着重要的作用。而用数字化的方法传递、识别、存储、增强语音信号又是整个数字化通信网中最重要、最基本、最关键的组成部分之一。语音信号处理技术是计算机接口与人机交互的重要手段之一,语音信号处理技术包含了语音识别、说话人的识别和确认、语种的鉴别和确认、关键词检测和确认、语音合成、语音编码等。

在信号的处理传递过程中,信息需要进行多次变换,由于基带信号频率很低,直接传输在信道中传输损耗大,这个时候就需要将各种基带信号转换成适用于信道传输的调制信号。调制的方式有很多种,按照调制信号的形式可以分为模拟调制和数字调制。用模拟信号的调制称为模拟调制;用数据或数字信号调制称为数字调制。相对于模拟信号调制,数字信号调制有着抗噪声能力强、易于加密安全性好、可以将来自于不同信源的信号融合在一起传输等优点。常用的数字调制信号包括振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)、相位键控(PSK)、和正交幅度键控(QAM)信号。振幅键控(ASK)是利用载波的振幅随数字基带信号的变化来传递信息的数字调制方式。频移键控(FSK)是利用载波的频率随数字基带信号的变化来传递信息的数字调制方式。相位键控(PSK)是利用载波的相位随数字基带信号的变化来传递信息的数字调制方式,包括绝对相位键控(PSK)和相对相位键控(DPSK)。正交幅度键控(QAM)是一种振幅与相位联合的键控方式,他的两个载波是同频正交的。

随着通信技术的飞速发展,信号调制的识别成为了认知无线电领域的重要技术环,而信号调制的识别不仅在军用领域有着重要作用,在民用领域当中也同样不可或缺,如频谱感知、无线电管理等。现在通信技术的高速发展使得各种抗干扰的抵抗能力愈发强大,这就对自动调制识别技术提出了更高的技术和性能要求。如何有效的实现信号调制的智能识别是当今复杂无线环境中接收信号检测的巨大挑战,由于无线信道的面临着干扰、环境噪声、接收端噪声等诸多因素的影响,不需要其他的先行信息,就能判断信号的调制方式,并检测提取出相应的调制参数困难重重。这些年,伴随着深度学习在模式识别领域取得的突破性进展,深度学习作为一种具有强大的特征提取能力的技术,在语音识别处理和视觉方面效果卓越。其中,深度学习中的卷积神经网络和循环神经网络是当中最典型的两种模型。随着许多科研人员也在探索深度学习技术在自动调制识别领域中的应用,这使得一种基于深度神经网络的识别算法产生,与传统类型算法相比,基于深度学习的信号调制识别技术具有更好的识别率。本次论文的预期准确率初步设定在70%。

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3. 研究方法与步骤

本次论文便是针对调制方式图像的深度学习,通过对图像样本的采集、模型选择、模型和训练算法的改进,来达到对图像的分类识别和目标检测的目的,以便于可以更高效准确的实现信号调制方式的识别。

因接收方容易受到复杂、难以建模的信道环境以及非线性干扰因素的影响,准确率初步设定在70%。

4. 参考文献

[1]李敏.数字通信信号自动调制识别技术的研究.哈尔滨工程大学

[2]何江.数字信号调制方式的识别.南京邮电大学

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5. 工作计划

2022年1月5日-2022年3月1日,有针对性的学习课题相关资料,学习相关学科的基础知识,学习实验所需软硬件的相关知识。

2022年3月2日-2022年3月20日,设定实验方案,采集实验数据。

2022年3月21日-2022年4月25日,进一步理论分析,进行实验,开发相关软硬件系统。

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