RadioML2016.10.a数据加载和介绍

news2024/11/26 21:43:10

RadioML2016.10.a

For the RadioML 2016.10.a dataset, perform data loading and visualization.

数据集 RadioML 2016.10.a 官方链接https://www.deepsig.ai/datasets/https://www.deepsig.ai/datasets/

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具体的调制技术以及SNR

[('QPSK', 2), ('PAM4', 8), ('AM-DSB', -4), ('GFSK', 6), ('QAM64', 8), ('AM-SSB', 12), ('8PSK', 8), ('8PSK', 12), ('QAM64', -6), ('QAM16', 2), ('QAM16', -20), ('PAM4', -6), ('WBFM', -18), ('AM-DSB', 16), ('CPFSK', 10), ('WBFM', 6), ('BPSK', 4), ('BPSK', -2), ('QPSK', -20), ('CPFSK', -8), ('AM-SSB', 6), ('QAM64', -20), ('QAM16', 12), ('GFSK', -20), ('AM-SSB', -12), ('CPFSK', 0), ('AM-DSB', 6), ('BPSK', -16), ('QPSK', -6), ('8PSK', -12), ('CPFSK', -18), ('BPSK', -10), ('QPSK', 8), ('PAM4', 14), ('AM-DSB', -10), ('GFSK', 12), ('QAM64', 2), ('WBFM', -4), ('AM-SSB', -18), ('QAM64', -4), ('GFSK', -4), ('AM-DSB', 8), ('PAM4', -16), ('QPSK', -16), ('BPSK', 16), ('8PSK', -8), ('CPFSK', 16), ('WBFM', 0), ('QPSK', 6), ('BPSK', 14), ('AM-DSB', -8), ('GFSK', -10), ('CPFSK', -2), ('AM-SSB', 8), ('GFSK', 18), ('QAM16', 6), ('QAM16', -16), ('QAM64', 18), ('AM-SSB', -2), ('CPFSK', 6), ('BPSK', 0), ('BPSK', -6), ('8PSK', -14), ('CPFSK', -12), ('AM-SSB', 2), ('WBFM', 10), ('AM-DSB', -12), ('PAM4', 4), ('GFSK', 10), ('QAM16', -6), ('QAM64', 4), ('PAM4', -20), ('8PSK', 10), ('AM-SSB', -16), ('QAM64', -10), ('GFSK', -6), ('AM-DSB', 2), ('PAM4', -10), ('QPSK', -2), ('WBFM', -14), ('WBFM', 12), ('8PSK', 0), ('QPSK', 12), ('PAM4', 10), ('AM-DSB', -14), ('GFSK', 0), ('QAM64', 14), ('AM-SSB', 18), ('QAM64', -8), ('QAM16', 0), ('GFSK', -16), ('PAM4', -4), ('QPSK', -12), ('WBFM', -20), ('CPFSK', 12), ('WBFM', 4), ('PAM4', 18), ('BPSK', 10), ('BPSK', -4), ('QPSK', -18), ('PAM4', -2), ('CPFSK', -6), ('AM-SSB', 4), ('AM-DSB', -20), ('8PSK', 16), ('WBFM', 18), ('QAM16', 10), ('QAM16', -12), ('CPFSK', 8), ('8PSK', -16), ('8PSK', -20), ('AM-SSB', -6), ('CPFSK', 2), ('QPSK', 16), ('AM-DSB', 4), ('AM-DSB', -18), ('8PSK', -10), ('CPFSK', -16), ('8PSK', -6), ('QPSK', 10), ('PAM4', 0), ('BPSK', -20), ('GFSK', 14), ('QAM16', -2), ('QAM64', 0), ('8PSK', -4), ('AM-SSB', -20), ('QAM64', -14), ('GFSK', -2), ('AM-DSB', 14), ('PAM4', -14), ('QPSK', -14), ('WBFM', -10), ('CPFSK', 18), ('8PSK', 4), ('QPSK', 0), ('BPSK', 12), ('AM-DSB', -2), ('GFSK', 4), ('QAM64', 10), ('AM-SSB', 14), ('WBFM', 8), ('QAM16', -10), ('PAM4', 16), ('QAM16', 4), ('QAM16', 18), ('QAM16', -18), ('QAM64', 16), ('PAM4', -8), ('WBFM', 16), ('WBFM', 14), ('AM-SSB', -4), ('QAM16', -4), ('BPSK', 6), ('BPSK', -8), ('BPSK', 18), ('CPFSK', -10), ('AM-SSB', 0), ('PAM4', 6), ('QAM64', -18), ('QAM16', 14), ('QAM16', -8), ('PAM4', -18), ('AM-DSB', 18), ('AM-SSB', -10), ('QAM64', -12), ('AM-DSB', 0), ('BPSK', -14), ('QPSK', -8), ('WBFM', -16), ('CPFSK', -20), ('8PSK', 2), ('QPSK', 14), ('PAM4', 12), ('AM-DSB', -16), ('GFSK', 2), ('QAM64', 12), ('AM-SSB', 16), ('QAM64', -2), ('8PSK', 14), ('GFSK', -14), ('AM-DSB', 10), ('WBFM', -8), ('QPSK', -10), ('CPFSK', 14), ('WBFM', 2), ('QPSK', 4), ('BPSK', 8), ('AM-DSB', -6), ('CPFSK', -4), ('AM-SSB', 10), ('WBFM', -2), ('8PSK', 18), ('QAM16', 8), ('QAM16', -14), ('8PSK', -18), ('8PSK', -2), ('AM-SSB', -8), ('CPFSK', 4), ('QPSK', 18), ('BPSK', 2), ('BPSK', -12), ('WBFM', -6), ('CPFSK', -14), ('GFSK', 16), ('PAM4', 2), ('GFSK', 8), ('GFSK', -12), ('QAM64', 6), ('GFSK', -18), ('AM-SSB', -14), ('QAM64', -16), ('QAM16', 16), ('GFSK', -8), ('AM-DSB', 12), ('PAM4', -12), ('QPSK', -4), ('WBFM', -12), ('8PSK', 6), ('BPSK', -18)]

前面的字符串如 ‘QPSK’, ‘PAM4’, ‘AM-DSB’ 等代表不同的调制技术，而紧随其后的数值代表信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）的值，用于描述信号强度与背景噪声强度之间的比率。在无线通信和信号处理的研究中，信噪比是一个非常重要的参数，它影响着接收信号的质量和处理算法的效果。

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具体来说有8种数值和3种模拟

模拟调制:

  • AM-DSB（双边带调幅）
  • AM-SSB（单边带调幅）
  • WBFM（宽带调频）

数字调制:

  • 8PSK（8位相移键控）
  • BPSK（二进制相移键控）
  • QPSK（四相位键控）
  • CPFSK（连续相位频移键控）
  • GFSK（高斯频移键控）
  • PAM4（4级脉冲幅度调制）
  • QAM16（16位四元振幅调制）
  • QAM64（64位四元振幅调制）

模拟调制和数字调制的主要区别在于它们处理信号的方式，以及它们在通信系统中的应用。这些差异决定了不同的调制方式如何被获取和使用。

模拟调制

模拟调制主要用于传输连续变化的模拟信号。它通过改变载波信号（例如无线电波）的振幅、频率或相位来编码信息。这些类型的调制包括：

  • AM（调幅）:
    • AM-DSB（双边带调幅）：调制信号同时影响载波的振幅，保留上下两个边带。
    • AM-SSB（单边带调幅）：调制信号只保留一个边带，减少带宽使用并提高传输效率。
  • FM（调频）:
    • WBFM（宽带调频）：信息通过改变载波的频率来编码。宽带调频用于如FM广播中的高质量音频传输。

数字调制

数字调制涉及将模拟信号转换为数字形式，并通过改变载波的特定属性（如相位、振幅或频率）来传输数字比特。这些调制方式更适合数字数据的传输，如计算机网络、移动电话和其他数字通信系统。主要方式包括：

  • PSK（相位键控）:
    • BPSK（二进制相位移键控）：每个符号携带一个比特，通过载波的两种相位表示。
    • QPSK（四相位键控）：每个符号携带两个比特，使用四种不同的相位。
    • 8PSK：扩展了QPSK，每个符号携带三个比特，使用八种不同的相位。
  • FSK（频移键控）:
    • CPFSK（连续相位频移键控）：不仅通过改变频率来表示不同的比特，而且确保在信号的相位在整个传输过程中保持连续，从而减少信号的频谱扩散。
  • GFSK（高斯频移键控）：一种FSK，其中频率变化是通过高斯滤波器平滑的。
  • QAM（四元振幅调制）:
    • QAM16，QAM64：通过同时调制振幅和相位来传输更多比特，例如16QAM每个符号携带4个比特，64QAM携带6个比特。
  • PAM（脉冲幅度调制）:
    • PAM4：每个符号通过四个不同的振幅级别来携带两个比特。

总的来说，数字调制通常提供更高的数据传输速率和更好的误码性能，适合现代数字通信系统。模拟调制则在需要传输模拟信号，如传统广播电视和无线电通信中，仍然发挥着重要作用。

信噪比的作用：

  1. 性能评估：通过在不同的信噪比条件下测试算法，可以评估系统在各种噪声环境下的性能和鲁棒性。
  2. 训练和测试：在机器学习和模式识别中，使用不同信噪比级别的数据进行训练和测试可以帮助开发能够适应多种信道条件的模型。
  3. 模拟真实情况：通过模拟从低到高的信噪比，可以更好地了解系统在实际应用中可能遇到的各种情况。

信噪比通常用分贝（dB）作为单位，其计算公式为：

image-20240618103735363

其中的P是信号和噪声的功率。正值代表信号强度大于噪声强度，而负值表示噪声强度大于信号强度。

代码

相关代码可参考：https://github.com/daetz-coder/RadioML2016.10.a

数据解压，加载部分参考Step1_unzip_load.ipynb

展示每一种 Type/SNR 的第一条数据用于可视化，为了方便处理，将数据存入csv文件中

output_data_multi.csv 表示收集了RadioML 2016.10.a 所有类型的数据

output_data_single.csv表示仅仅收集了一种(QAM64)类型的数据

image-20240618135515235

modulation_types_by_snrimage-20240618135618210

different_types_by_snr

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