بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک شبکه عصبی که عمل تشخیص مدولاسیون آنالوگ را انجام میدهد ارائه شده است. سیستم قادر به تفکیک انواع مدولاسیونهای دامنه -AM مدولاسیون فرکانس – FM مدولاسیون باند جانبی دو طرفه – DSB مدولاسیون باند جانبی بالایی USBو مدولاسیون باند جانبی پایینی.LSBمیباشد. شبیهسازی های انجام یافته روی شبکه سیستم دارای کارایی بسیار مناسب حتی تا نسبت سیگنال به نویز 5 دسیبل بود.
کلید واژه- شبکههای عصبی ، مدولاسیون، شناسایی، طبقه بندی، مخابرات آنالوگ
-1 مقدمه
نوع مدولاسیون یکی از متغیرهای مهم در سیگنالهای ارتباطی میباشد و تشخیص اتوماتیک آن عبارت است از دریافت سیگنالهای با مدولاسیون تصادفی بدون اطلاعاتی در مورد نوع مدولاسیون آنها و مشخص کردن و دسته بندی آنها در طبقههای شناخته شده از انواع مدولاسیونها. تشخیص اتوماتیک مدولاسیون در سیگنالهای ارتباطی یک ابزار مناسب در راستای اهداف غیرنظامی و نظامی، مخصوصاً در سیستمهای حفاظتی الکترونیکی میباشد. در گذشته سیستمهای رادار و ارتباطی به تفسیر اپراتور متکی بودند تا پارامترهای اندازهگیری شده را کلاسبندی و شناسایی کنند. این فرآیند تشخیص غیراتوماتیک وابسته به توانایی و شرایط اپراتور داشت که باعث کاهش سرعت و تشخیص در محیطهای با نسبت سیگنال به نویز پایین میشد.[1]
برای شناسایی سیستمها با سرعت و دقت بالا روشهای
پردازش اتوماتیک موردنیاز است که اخیرا توجه زیادی برای جایگزین کردن اپراتور با میکروکامپیوتر جلب شده است.روشهای متعددی برای شناسایی مدولاسیون از سال 1996تا کنون ارائه شده است که بیشتر این تکنیکها برای کلاسبندی سیگنالهای AM، DSB، SSB و FM بکاررفته است. اتوماتیک مدولاسیون به روشهای متعددی مثل الگوریتمهای تصمیم گیری هوشمند، تکنیکهای آنالیز طیفی و روشهای مقایسه آماری انجام می شود. این سیستمهای تشخیصی تلفیقی از دو زیرسیستم است که اولی نقش استخراج ویژگیها و دومی سیستم تشخیص الگو است که نوع مدولاسیون را تشخیص میداد.[2]در این مقاله این خط مشی براساس تشخیص الگو و کلاسبندی توسط شبکههای عصبی مصنوعی است.مطالعات کلیدی برای این کار بر روی تغییرات دامنه، تقارن طیفی و فاز لحظهای میباشد. سیستم پیشنهادی قادر است که نوع مدولاسیون ورودی را تشخیص و دمدولاتور اختصاص یافته شده را انتخاب کند.
-2 نمایش سیگنالهای مدوله شده آنالوگ
سیگنال مدوله شده - S - t بوسیله رابطه - - 1 قابل بیان است که - a - t پوش سیگنال,f c فرکانس کاریر، - φ - t فاز،θ0فاز اولیه و ac توان کاربر را کنترل میکند. که نوع مدولاسیون خاص بوسیله آشکارسازی اطلاعات - a - t وφ - t - قابل تشخیص است.در ادامه معادلات ریاضی برای انواع مختلف مدولاسیون - - FM, SSB, DSB, AM و وابستگی آنها به دامنه و فاز نشان داده خواهد شد. که این وابستگیها در ادامه کمک خواهند کرد تا انواع مدولاسیونها را از یکدیگر متمایز کنیم.
-1-2 مدولاسیون دامنه AM
مدولاسیون دامنه یک سیگنال را میتوان توسط رابطه - - 2نشان داد.که m ضریب مدولاسیون, - x - t سیگنال مدوله شده و f cفرکانس کاریر میباشد. دامنهی لحظهای و فاز لحظهای برای این سیگنال در رابطه - - 3 نشان داده شده است.که منظور از abs اندازه یک سیگنال مختلط، منظور از angle زاویه یک سیگنال مختلط و منظور از Hilbert تبدیل هیلبرت سیگنال مدوله شده است.
-2-2 مدولاسیون DSB
مدولاسیون DSB یک سیگنال را میتوان توسط رابطه - - 4نشان داد. دامنهی لحظهای و فاز لحظهای برای این سیگنال نیز طبق رابطه - - 3 خواهد بود.
-3-2 مدولاسیون SSB
مدولاسیون SSB یک سیگنال را میتوان توسط رابطه - - 6نشان داد.x - t - سیگنال مدوله شونده و - y - t قسمت موهومی تبدیل هیلبرت سیگنال - x - t میباشد. که علامت منفی برای تولید سیگنال USB و علامت مثبت برای تولید سیگنال LSB به کار برده میشود دامنهی لحظهای و فاز لحظهای برای این سیگنال در رابطه - - 3 نشان داده شده است.
-4-2 مدولاسیون فرکانس - FM -
مدولاسیون فرکانس یک سیگنال را میتوان توسط رابطه - - 6نشان داد.در مدولاسیون فرکانس, فرکانس لحظهای به صورت خطی با سیگنال مدوله شد - x - t تغییر میکند و k f ضریب انحراف فرکانس میباشد.
-3 ویژگیهای سیگنالهای مدوله شده آنالوگ
بررسی عبارات فاز و دامنه لحظهای برای سیگنالهای مدوله شده در قسمت قبلی اطلاعاتی را برای جداسازی نوع مدولاسیون فراهم میکند. از آنجائیکه تغییرات پوش و فرکانس لحظهای از مقدار میانگین آنها بستگی به فرکانس کاریر ندارد. پارامترهای بدست آمده از پوش و فرکانس لحظهای میتواند برای تعین نوع مدولاسیون استفاده شود.اولین ویژگی تغییرات کافی در دامنه سیگنال است که این ویژگی تمایز اولیهای را بین سیگنالهای FM و AM ایجاد میکند. معیارهایی که در ادامه خواهیم داشت میتواند برای تمایز نوع مدولاسیونها به کار گرفته شود.** سیگنالهای FM پوش ثابتی دارند در حالیکه سیگنالهای AM،DSB و دارای پوش متغیری هستند.دارد در صورتیکه سیگنال FM تغییرات در فاز لحظهای دارند. تمایز بین سیگنالهای CW و FM بوسیلهی مقایسهی مقدار اختلاف فاز از فازآستانه میتواند آشکار شود.نمونه انواع مدولاسیونها مورد بررسی قرار گرفته است. در جدول - - 1 تغییرات در سیگنال مدوله شده آنالوگ خلاصه شده است.
-4 استخراج ویژگیها
به منظور کاهش تعداد ورودیهای شبکه عصبی فرآیندی به اسم استخراج ویژگی خواهیم داشت که یک سری از ویژگیهای کلیدی و برجسته را از اطلاعات خام حساب میکند. این ویژگیها حساس به نوع مدولاسیون و غیرحساس به نسبت سیگنال به نویز هستند. تشخیص مدولاسیون بستگی دارد به استخراج نمونههای دامنه و فرکانس لحظهای سیگنال نامعلوم لذا ویژگیهای زیر را تعریف میکنیم.برای مشخص کردن تغییرات پوش از ماکزیمم مربع تبدیل فوریه دامنه لحظهای سیگنال نرمالیزه شده استفاده میکنیم رابطه - . - 7ویژگی دوم برای مشخص کردن تقارن طیفی حول فرکانس کریر به کار میرود. که براساس توانهای طیفی برای مدولاسیونهای LSB و USB سیگنالها است رابطه - . - 8
