1、對于遙測發(fā)射機的調(diào)制的選擇設(shè)計一個用于遙感勘測的發(fā)射機需要仔細(xì)考慮調(diào)制方案。對于這樣的一個系統(tǒng)，天氣遙測發(fā)射機需要以384b/s (48 B)的速度發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自多路變送器(傳感器)測量溫度、壓力、濕度、風(fēng)速和全球定位系統(tǒng)(GPS)數(shù)據(jù)(協(xié)調(diào)和時間數(shù)據(jù))的輸出。使用從402到406MHz的4MHz的分配帶寬及200個20-kHz的頻道使得發(fā)射器工作在特高頻帶的低段。 發(fā)射機包括三個基本部分：基帶、帶有高頻合成儀的射頻級和同步回路。本文集中分析發(fā)射機的基帶回路，包括對射頻級所需信號的處理和預(yù)備，例如脈沖成形、誤差修正、譯碼、交叉存取和調(diào)制。 脈沖成形使得干擾的影響最小化，它通過一個同

2、步/正交調(diào)制為展頻處理限制一個信號的帶寬： 其中：d(n)為輸入數(shù)據(jù)(二進(jìn)制或多級數(shù))，g(t)為脈沖波形信號，s(t)為成形信號。 各種各樣的脈沖波形可以用來限制帶寬，包括升余弦公式和高斯公式。在時域范圍內(nèi)，升余弦公式為： 其中，r為滑動系數(shù)(0 < r < 1)。 既然在使用中信噪比(SNR)非常低，當(dāng)氣球上升時，發(fā)射機不能穩(wěn)定，一些信號衰落是不可避免的，因此，需要使用誤差檢測和校正措施。卷積編碼器隨同回旋交錯機對于低信噪比下的數(shù)字式發(fā)射機是一個相當(dāng)不錯的想法。交錯機通過很大范圍的數(shù)據(jù)分配區(qū)間誤差從來最小化區(qū)間誤差。卷積編碼器依靠向源符號增加足夠的冗余和連續(xù)或用小塊連續(xù)地處理信

3、息取得無誤傳輸。 圖1顯示一個四態(tài)的卷積編碼器，比率定義為輸入位的數(shù)目與輸出位數(shù)目的比。這個系統(tǒng)有一個輸入和兩個輸出，結(jié)果譯碼率為二分之一。卷積編碼器的狀態(tài)數(shù)由延遲單元(存儲器)所決定，輸出不僅由輸入電流決定，還與先前的輸入或輸出有關(guān)。換句話說，譯碼器是一個有限狀態(tài)的機器。 通常，對于k/n這樣一個比率的卷積譯碼器對于一個信息輸入位有k個移位寄存器，n個輸出譯碼位由寄存器的內(nèi)容和輸入信息位以線性組合(異或門)所確定。當(dāng)比率是1/n時，一種出名的鑿孔技術(shù)可以運用以取得更高比率的卷積譯碼器。 編碼的形式由發(fā)生器或發(fā)生器序列所決定： 發(fā)生器可以寫成多項式D的形式，D為一個單元延時。 發(fā)生器可以表示成

4、二進(jìn)制的形式，如g0 = 1 1 1和g1 = 1 0 1，這里，1代表與異或加法器有連接而0就代表與異或加法器沒有連接。他們也可以表示成八進(jìn)制系統(tǒng)，如7, 5。當(dāng)前系統(tǒng)使用了不同的發(fā)生器，并帶有運用MATLAB的數(shù)學(xué)分析/仿真程序由MathWOrks工具來實現(xiàn)171, 131發(fā)生器的卷積運算。 在多路情況下，發(fā)射機需要一個交錯器來改善位誤碼率。在當(dāng)前的運用中，一個回旋交錯器伴隨著卷積乘積編碼器使用。在交錯的過程中(圖2)，每一個單元代表一位，伴隨著分布的鄰近位在接受端輕松恢復(fù)。 選擇校正調(diào)制有很多重要的尺度，包括發(fā)射機的總費用、面積、電源和所需的發(fā)射機的移動性。對于當(dāng)前的運用，發(fā)射機是可置部

5、件并且只使用一次或兩次，因此必須降低成本。發(fā)射機也應(yīng)該盡量小、盡量輕。發(fā)射機設(shè)計在+9-VDC電源下運行。受限的供應(yīng)電源要求發(fā)射機工作在非線性情況下，這就意味著要使用等幅波包調(diào)制方法。由于發(fā)射機的移動性，振蕩效應(yīng)和多普勒效應(yīng)可以導(dǎo)致死區(qū)而使接收器沒有信號應(yīng)該引起關(guān)注。盡管卷積編碼增強了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理器的一個附加的負(fù)載并使得電源消耗上升，但它卻能最小化由于多普勒效應(yīng)、衰退效應(yīng)以及多徑效應(yīng)而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)損失。考慮效率而仔細(xì)選擇調(diào)制形式，它將能滿足在+9-VDC電源下系統(tǒng)的性能要求。 按振幅移鍵方式，載波的幅值按照傳輸數(shù)據(jù)而變化。依照二進(jìn)制傳輸，載波幅值將以圖2中兩種值中的一種出現(xiàn)。由于信號幅值的波動，

6、調(diào)制方法自身在噪聲信道的效率并不高，但它通常結(jié)合其他的調(diào)制方案來跳高系統(tǒng)的光譜效率。 依靠頻率作為調(diào)制參數(shù)，就是頻率移鍵(FSK)。當(dāng)使用二進(jìn)制數(shù)來調(diào)制載波頻率時，圖4所示的兩種載波頻率就產(chǎn)生了。頻率分離(頻差)可以選擇從而可以產(chǎn)生正交(/2相位)傳輸。FSK調(diào)制在噪聲存在情況下是十分有效的，但需要結(jié)合例如相位解調(diào)等其他的調(diào)制方式來增加頻譜帶寬。FSK的二進(jìn)制帶寬(BFSK)為：BW = 4fb,，這里fb為基帶數(shù)據(jù)頻率，或： d(t)為+1或1由二進(jìn)制輸入所決定；為固定偏移。傳輸信號要么為： 要么為： 信號的角頻率wH = w0 + 或wL = w0。BFSK信號可以由圖5的簡單調(diào)節(jié)器而產(chǎn)生

7、。在這個結(jié)構(gòu)里，兩個平衡調(diào)制器交替使用，一個的載波角頻率為wH，另一個為wL。EH和EL的振幅依照圖5的圖標(biāo)產(chǎn)生，因此調(diào)節(jié)器的功能如同開關(guān)一樣。因此，BFSK的信號可以重新寫成等式10，它可與二進(jìn)制相位移鍵(BPSK)相比較。在BFSK中，兩個術(shù)語的幅值在0 和1之間交替變化，同時在BPSK中，幅值在1和1之間交替變化。BFSK信號的終點之間的距離比BPSK信號分離點之間的距離要短。通過比較三角恒等式11或交替變化的等價表達(dá)式12，可以進(jìn)一步提高BFSK和BPSK的方案。 第一個術(shù)語沒有攜帶任何信息。在這個公式中第二個術(shù)語與BPSK相似，并伴隨著由sint所形成的數(shù)據(jù)這樣一個較小的差別。因此，

8、BFSK并沒有分享BPSK的噪聲電阻。多頻相移鍵控包含多級傳輸而非二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其總帶寬B=2Mf，其中M為符碼(碼元)數(shù)，fs為符碼率。因此，M進(jìn)制FSK比其它調(diào)制方案(如M進(jìn)制PSK)要求有更寬的帶寬。與其它調(diào)制方案(如BPSK.)相比，隨著M上升，誤碼率率下降。 在相移鍵控調(diào)制(PSK)系統(tǒng)中，載波的相位隨著數(shù)據(jù)的變化而變化，通過保持載波幅度大體不變，本方案可提供較好的噪聲阻抗。將PSK 與ASK兩者相結(jié)合可大大地提高頻譜效率。發(fā)送一個波形做為載波，用基帶信號作為調(diào)制波就可實現(xiàn)二進(jìn)制移相鍵控BPSK(BPSK信號也可視作調(diào)幅信號)。 在典型的PSK信號頻譜中，主瓣 (90?以上的信號功率都

9、集中在此 )和副瓣間的分貝差為14 dB。如此高的副瓣會導(dǎo)致鄰道干擾，因此需降低副瓣的功率。通過對基帶信號和低通濾波可有效抑制(盡管不能完全消除)不必要的副瓣信號。然而，這樣會造成有用信號失真，導(dǎo)致信號通道中某個數(shù)據(jù)位和其鄰近數(shù)據(jù)位的局部重迭 ，這一現(xiàn)像被稱為碼間干擾。可采用均衡濾波器使碼間干擾ISI最小化。 如圖6所示，可采用信號混頻器相應(yīng)地改變載波的幅度、相位或頻率以實現(xiàn)對載波的調(diào)制，混頻器輸出兩種信息狀態(tài)，分別代表1和0。與混頻器相比，正交調(diào)制器可同時改變載波的任一參數(shù)(幅度、相位或頻率)以表示相應(yīng)信息。正交調(diào)制器由一個移相器，兩個混頻器另加信號混頻級組成。 正交調(diào)制器產(chǎn)生一個正交相位位

10、移鍵控信號，該信號可用式13表示，其中： QPSK基帶信號的相位突變會引起高頻頻譜成分，頻譜寬度也相對變寬。基帶的頻譜范圍較大，并隨著載波的傳輸被移到載波附近，但其頻結(jié)構(gòu)不變。 當(dāng)符碼率為1/Tsb,時，QPSK中的相位發(fā)生突變(可高達(dá)180度) ，Tb為數(shù)據(jù)率。 這類相位突變會使載波幅度發(fā)生本質(zhì)變化，導(dǎo)致QPSK通信系統(tǒng)中的故障。許多系統(tǒng)在其發(fā)射機中采用非線性功率輸出級以抑制幅度變化，然而，也因為其非線性，這些輸出級會在主瓣范圍外產(chǎn)生頻譜成分，從而抵消帶通限制過濾效應(yīng)，并導(dǎo)致通道間干擾。Staggered 或正交(偏移)QPSK (OQPSK), 將相位變化限制在90度 (常用來代替180度

11、)。 通過將相移限制在90度，QPSK數(shù)據(jù)列被逐個延遲數(shù)據(jù)率的半個周期，信號包封不會為0。BPSK的誤碼率與 QPSK 及 OQPSK相同。 最小移頻鍵控的一個重要特性就是其相位的連續(xù)性。偏移正交相移調(diào)制QPSK 和MSK一樣，調(diào)制后的傳輸數(shù)據(jù)占用半個正弦波周期。MSK 的信號重迭為常量，避免了像OQPSK系統(tǒng)中的90度相位突變。在MSK中，與正交載波相乘的基帶信號波形比偏移四相相位鍵控OQPSK中陡峭的方波要平滑許多。與此同時，MSK的主瓣頻寬為QPSK主瓣頻寬的1.5倍;而MSK的副瓣頻寬較小，這使得濾波更為容易。 MSK的數(shù)學(xué)表達(dá)式為式14。MSK信號為正交信號，其中的每項與數(shù)據(jù)相乘，為

12、使其平滑，數(shù)據(jù)通過正弦波調(diào)制。 因其波形類似OQPSK的修改版 ，故也可稱它為"shaped OQPSK."。可將MSK信號按FSK信號形式顯示。 通過使用三角等式，MSK的方程可為15式，式中兩項的幅度可用式16中的EH 、 EL來取代，則MSK信號如式17所示。 若de(t) and do(t) 為雙極值 +1、 1，與此同時EH、EL的值分別為0 、1。盡管傳輸信號的幅度保持不變，但其角頻率為 wH 或 wL，有點像FSK信號。至于位間隔Tb,的正交狀態(tài)，以下結(jié)果是令人滿意的： 考慮到三角等式2sin(A)sin(B) = cos(A + B) cos(A B),，可

13、見，在以下條件時信號可保持正交狀態(tài)： 從而有21式。 當(dāng) m n = 1且fL 0.時，可得fL 與fH間的最小差值。當(dāng)m、n為最小值，即n = 1 且 m = 2時, 則 fH = 3fb/4 、 fL = fb/4. 當(dāng) wL wH = 2 , 則 = 2(fb/4). 正因如此，這一調(diào)制方案被稱之為最小相移鍵控(MSK) 至此，輸入數(shù)據(jù)已被調(diào)制成半個正弦波形。在高斯MSK (GMSK)中,輸入數(shù)據(jù)用高斯脈沖調(diào)制。與MSK相比，其相移被降至小于/2，且相位狀態(tài)間的過渡也更平滑。 高斯脈沖的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下： 其中：=3dB帶寬 在連續(xù)相位調(diào)制方案中，載波的相位變化更為平滑。然而，若要使這一平滑的相位變化保持其連續(xù)性，就要將之前的符號(symbol)存儲于存儲器L，當(dāng)L=