【正文】 頻譜會(huì)大量丟失，產(chǎn)生很大的失真、衰落，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸誤碼甚至完全失敗。尤其是傳輸速率在1200bps以上時(shí)，這種直接調(diào)制的方式就完全不可取了。為了實(shí)現(xiàn)在無(wú)線信道上的可靠、高速的數(shù)據(jù)傳輸，就必須在常規(guī)的超短波調(diào)頻電臺(tái)內(nèi)部植入一個(gè)調(diào)制解調(diào)器（MODEM），發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)通過(guò)該MODEM的調(diào)制器把脈沖信號(hào)（即數(shù)據(jù)信號(hào)）轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，接收時(shí)則正好經(jīng)歷一個(gè)相反的過(guò)程，通過(guò)MODEM的解調(diào)器把接收到的模擬信號(hào)還原成脈沖信號(hào)。 從原理上看，數(shù)傳電臺(tái)并不復(fù)雜，無(wú)非是在傳統(tǒng)的調(diào)頻電臺(tái)的基礎(chǔ)上加上了一個(gè)MODEM。但實(shí)際上，數(shù)傳電臺(tái)無(wú)論在技術(shù)發(fā)展層面還是在市場(chǎng)推廣層面，已經(jīng)走過(guò)一段相對(duì)漫長(zhǎng)而且復(fù)雜的歷史，現(xiàn)狀如何？又何去何從？也許是眾多業(yè)界同仁十分關(guān)心的問(wèn)題。 我們現(xiàn)在所說(shuō)的數(shù)傳電臺(tái)，在歐美日等西方發(fā)達(dá)國(guó)家起步較早。早在上世紀(jì)六、七十年代，以MOTOROLA為代表的通信廠商開(kāi)始涉足無(wú)線數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，超短波數(shù)據(jù)通信只是其中的一個(gè)分支。當(dāng)時(shí)在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，調(diào)頻對(duì)講機(jī)已經(jīng)開(kāi)始普及，同時(shí)由于對(duì)工業(yè)自動(dòng)化程度的要求也越來(lái)越高，越來(lái)越多的領(lǐng)域需要建立遙控、遙測(cè)系統(tǒng)，取代昂貴的、效率低下的人工作業(yè)，于是無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)就應(yīng)運(yùn)而生。不過(guò)由于當(dāng)時(shí)的頻率合成等技術(shù)還沒(méi)有成熟，同時(shí)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也不大，因此那時(shí)的數(shù)傳電臺(tái)實(shí)際上比較“簡(jiǎn)陋”，只是在原有的調(diào)頻對(duì)講機(jī)或車載電臺(tái)的基礎(chǔ)上加裝了一個(gè)低速率的調(diào)制解調(diào)芯片，所以嚴(yán)格來(lái)說(shuō)只是一款話音電臺(tái)的“改裝機(jī)”，還不是真正意義上的專業(yè)的數(shù)傳電臺(tái)。當(dāng)時(shí)較為典型的MODEM芯片之一就是MOTOROLA的MC145442。這也是最早采用FSK（頻移鍵控）制式的MODEM芯片之一，與常規(guī)的話音電臺(tái)配合后可以在超短波窄帶信道上實(shí)現(xiàn)最高300bps的傳輸速率。以后發(fā)展起來(lái)的MSK、FFSK、GMSK、QPSK、CPFSK等等，五花八門的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，以及AM79M7512B、TC310FX60FX46FX909 、FX589等一系列從低速向高速發(fā)展的MODEM芯片，直至現(xiàn)在常用的利用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）設(shè)計(jì)的軟件MODEM，都是在早期的FSK原理技術(shù)的基礎(chǔ)上，隨著集成電路及軟件技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)過(guò)不斷改良而發(fā)展起來(lái)的，萬(wàn)變不離其宗。即便是MC145442這樣的低速芯片，直至今天，仍然還有人在使用它，還沒(méi)有成為文物，足見(jiàn)其穩(wěn)定性及生命力。我國(guó)在無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)方面，與歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，起步較晚，至少落后了20年左右，但發(fā)展較快。無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)概念在我國(guó)的形成，應(yīng)該是在改革開(kāi)放后的80年代初期，但在整個(gè)80年代，由于我國(guó)的軟件及硬件技術(shù)還比較落后，系統(tǒng)集成水準(zhǔn)還比較低，因此數(shù)傳電臺(tái)也只是在水利、電力、自來(lái)水等極少數(shù)的幾個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行一些試驗(yàn)性的、小范圍的、小批量的應(yīng)用?？吹綗o(wú)線數(shù)據(jù)通信的發(fā)展前景，當(dāng)時(shí)的國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)還專門辟出了223~235MHz的無(wú)線數(shù)據(jù)通信專用頻段，避免了與當(dāng)時(shí)的150MHz、450MHz等語(yǔ)音通信設(shè)備爭(zhēng)奪有限的頻率資源，這一有遠(yuǎn)見(jiàn)的做法為日后數(shù)傳電臺(tái)及遙控遙測(cè)系統(tǒng)的快速發(fā)展奠定了良好的政策基礎(chǔ)。 進(jìn)入90年代初期，隨著改革開(kāi)放的深入，以電力、水利、自來(lái)水、石油、環(huán)保、熱網(wǎng)等為代表的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要行業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)自動(dòng)化程度的要求也日益提高。我國(guó)的遙控遙測(cè)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“三遙”系統(tǒng)或SCADA系統(tǒng)）市場(chǎng)由此由實(shí)驗(yàn)階段逐漸進(jìn)入了高速發(fā)展階段，從民用到軍用，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，需求量也越來(lái)越大。數(shù)傳電臺(tái)于是進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展期。最常見(jiàn)、最典型的遙控遙測(cè)系統(tǒng)有：電力負(fù)荷監(jiān)控系統(tǒng)、配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)、水文水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)（即流域防汛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）、自來(lái)水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)、鐵路信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)、熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、輸油供氣管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)、集中抄表系統(tǒng)、地震測(cè)報(bào)系統(tǒng)、無(wú)線電子稱重系統(tǒng)（主要用于港口碼頭的裝卸作業(yè)）、自動(dòng)報(bào)靶系統(tǒng)、無(wú)人飛機(jī)控制系統(tǒng)、防火防盜系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等等自動(dòng)化系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)的大江、大河、主要湖泊、水庫(kù)基本上安裝了類似系統(tǒng)。 從事電力負(fù)荷監(jiān)控系統(tǒng)的著名系統(tǒng)集成商有：南京新聯(lián)電子有限公司、上海華冠電子設(shè)備有限公司、上海協(xié)同科技股份有限公司、中原電子信息公司等。 從事水文水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的著名系統(tǒng)集成商有：中國(guó)水利水電科學(xué)院自動(dòng)化所、南京水利水文自動(dòng)化研究所、長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文科學(xué)研究所、北京燕禹水務(wù)科技有限公司等，正是在這些行業(yè)領(lǐng)頭羊的帶領(lǐng)下，各行各業(yè)的遙控遙測(cè)系統(tǒng)技術(shù)上日臻成熟、市場(chǎng)上走向輝煌。 不過(guò)，在90年代中期以前，我國(guó)在223~235MHz頻段的數(shù)傳電臺(tái)的年用量還不到2萬(wàn)臺(tái)（不含發(fā)射功率小于5W的小功率及微功率產(chǎn)品），而且嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，在這一頻段還沒(méi)有一款嚴(yán)格意義上的數(shù)傳電臺(tái)，還是靠“改裝機(jī)”當(dāng)家。在整個(gè)九十年代，我國(guó)先后流行過(guò)凱德LM2225/LM22TAD的MD250、泰和KG5日立M338/M33大吉T2000等多個(gè)進(jìn)口產(chǎn)品，還有數(shù)不清的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品。其中包括MOTOROLA的GM950I，這些產(chǎn)品說(shuō)是數(shù)傳電臺(tái)，其實(shí)完全是語(yǔ)音電臺(tái)的翻版，只是工作頻段能對(duì)上號(hào)而已。這些產(chǎn)品在應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸前還需要做不少的改裝工作，配上內(nèi)置或外置的MODEM，這樣一來(lái)既增加了系統(tǒng)集成商的工作量，又因?yàn)楦难b降低了產(chǎn)品的可靠性。另外，由于受技術(shù)限制，改裝產(chǎn)品傳輸速率普遍不高，一般在3001200bps之間。這樣的速率對(duì)于一般的小系統(tǒng)問(wèn)題不大，但對(duì)于象電力負(fù)荷監(jiān)控系統(tǒng)這樣的用戶數(shù)量往往成百上千的大系統(tǒng)而言，速率低了對(duì)于系統(tǒng)的巡檢周期的縮短顯然十分不利，制約了系統(tǒng)容量的擴(kuò)展，影響了寶貴的頻率資源的利用率。所以這些產(chǎn)品已經(jīng)先后因停產(chǎn)或其它原因淡出無(wú)線數(shù)傳市場(chǎng)。到了90年代中后期，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的加快，遙控遙測(cè)市場(chǎng)也進(jìn)入高速成長(zhǎng)期，數(shù)傳電臺(tái)的年用量至少以每年2萬(wàn)臺(tái)左右的增幅快速遞增，同時(shí)技術(shù)上也不斷進(jìn)步。特別是國(guó)外一些較大的無(wú)線通信設(shè)備制造商，看到無(wú)線數(shù)據(jù)通信在中國(guó)良好的市場(chǎng)前景后，也由原來(lái)的觀望轉(zhuǎn)變?yōu)楦吨T實(shí)施，開(kāi)發(fā)了一系列比較專業(yè)的數(shù)傳電臺(tái)，改變了“改裝機(jī)”當(dāng)家的局面。日精公司與國(guó)內(nèi)的專業(yè)數(shù)傳電臺(tái)供應(yīng)商藍(lán)波電子公司在經(jīng)過(guò)大量市場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上合作開(kāi)發(fā)、率先推出了ND系列帶內(nèi)置MODEM專業(yè)的數(shù)傳電臺(tái)，配有標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率從1200到19200bps，功率從10mW到25W，產(chǎn)品性價(jià)比高、覆蓋面廣，在行業(yè)內(nèi)有較高的知名度，尤其在電力、水利等高端市場(chǎng)的市場(chǎng)占有率相當(dāng)高。隨后美國(guó)的MDS公司、新西蘭大吉等公司也先后推出了專業(yè)的數(shù)傳電臺(tái)。緊接著主要集中在深圳的數(shù)家國(guó)內(nèi)公司或自行研發(fā)，或仿制日精、MDS的數(shù)傳電臺(tái)，涌現(xiàn)出了不少產(chǎn)品，表明了國(guó)內(nèi)的數(shù)傳電臺(tái)生產(chǎn)商不甘落后、奮起直追的決心。雖然與進(jìn)口產(chǎn)品相比，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品在技術(shù)上、器件上、生產(chǎn)工藝上尚有不小差距，但只要假以時(shí)日、經(jīng)過(guò)不懈的努力，相信會(huì)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。 進(jìn)入21世紀(jì)后，由于電力行業(yè)電力緊張等原因，對(duì)數(shù)傳電臺(tái)的需求量進(jìn)一步放大，數(shù)傳電臺(tái)似乎迎來(lái)了黃金時(shí)代。但隨之而來(lái)的是數(shù)傳電臺(tái)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也日趨白熱化，從而迫使數(shù)傳電臺(tái)在技術(shù)上進(jìn)一步提升的同時(shí)，成本則進(jìn)一步下降。記得90年代初期一臺(tái)25W的改裝機(jī)要賣到4~5千元甚至上萬(wàn)元，而現(xiàn)在4~5千元幾乎可以買到兩臺(tái)專業(yè)的25W數(shù)傳電臺(tái)。 綜上所述，數(shù)傳電臺(tái)的發(fā)展歷程，從技術(shù)角度可以簡(jiǎn)單地概括為：從改裝到專業(yè)、從低速到高速、從硬件到軟件；從市場(chǎng)角度可以簡(jiǎn)單地概括為：從試點(diǎn)到普及、從壟斷到競(jìng)爭(zhēng)、從高價(jià)到低價(jià)。[15]第一章緒論，介紹了研究背景及目的，簡(jiǎn)述了MSK的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀。 第二章講述了無(wú)線數(shù)傳模塊的發(fā)展歷程。 第三章對(duì)MSK(最小移頻鍵控)進(jìn)行了信號(hào)分析和原理研究。 第四章介紹自己的設(shè)計(jì)，包括理論研究和實(shí)際實(shí)現(xiàn)。 結(jié)論，分析了設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題和解決問(wèn)題的辦法。參考文獻(xiàn)。 第2章 數(shù)字調(diào)制技術(shù) 第2章 數(shù)字調(diào)制技術(shù)調(diào)制是對(duì)信號(hào)源的編碼信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合傳輸?shù)男问降倪^(guò)程。即是把基帶信號(hào)（信源）轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的帶通信號(hào)。帶通信號(hào)叫做已調(diào)信號(hào)，而基帶信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào)。調(diào)制可以通過(guò)使高頻載波隨信號(hào)幅度的變化而改變載波的幅度，相位或者頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)?！叩膸捫省叩墓β市剩狗蔷€性失真能力強(qiáng)→低的帶外輻射→對(duì)多徑衰落不敏感，抗衰落能力強(qiáng)→抗干擾能力強(qiáng)→成本低易于實(shí)現(xiàn) 調(diào)制方案的性能評(píng)估：功率效率和帶寬效率頻譜搬移，實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)搬移到相應(yīng)的頻段實(shí)現(xiàn)可以分為兩步：首先進(jìn)行基帶信號(hào)調(diào)制，然后上變頻到所需的頻段?？垢蓴_性，具有快速特性頻譜有效性，即有效性：bit/s/Hz[2] 調(diào)幅和調(diào)頻調(diào)頻是移動(dòng)通信系統(tǒng)中最普遍的模擬調(diào)制技術(shù)，在抗干擾和抗衰落性能方面優(yōu)于調(diào)幅制。在調(diào)頻中，由于信號(hào)幅度的改變不攜帶信息，所以，只要接收到的調(diào)頻信號(hào)在FM門限以上，突發(fā)性噪聲對(duì)調(diào)頻系統(tǒng)的影響就沒(méi)有對(duì)調(diào)幅系統(tǒng)那么大；調(diào)頻系統(tǒng)中可以通過(guò)改變調(diào)制指數(shù)，也就是占用的帶寬，來(lái)獲得更好的信號(hào)噪聲性能；調(diào)頻信號(hào)是一種恒包絡(luò)信號(hào)，傳送的功率是固定值，可使用C類功率放大器；具有捕獲效應(yīng)。在當(dāng)代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般都使采用調(diào)頻制。此外，單邊帶調(diào)制技術(shù)開(kāi)始在移動(dòng)通信中越來(lái)越有前途。和模擬調(diào)制一樣，數(shù)字調(diào)制也有調(diào)幅，調(diào)頻，和調(diào)相三種擊敗形式，并可以派生出其他多種形式。數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制相比，其原理并沒(méi)有太大區(qū)別。不過(guò)模擬調(diào)制是對(duì)載波信號(hào)的參量進(jìn)行連續(xù)調(diào)制，在接收端則對(duì)載波信號(hào)的調(diào)制參量連續(xù)的進(jìn)行估值；而數(shù)字調(diào)制都是用載波信號(hào)的某些離散狀態(tài)來(lái)表征所傳送的信息，在接收端也只要對(duì)載波信號(hào)的離散調(diào)制參量進(jìn)行檢測(cè)。數(shù)字調(diào)制信號(hào)，在二進(jìn)制時(shí)有振幅鍵控（ASK），移頻鍵（PSK）和移相鍵控（PSK）三種基本形式。數(shù)字調(diào)制方法分為線性和非線性兩種。在線性調(diào)制中，已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，只不過(guò)頻率位置搬移了；在非線性調(diào)制中已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與基帶信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不同，不是簡(jiǎn)單的頻譜搬移，而是有其他新的頻率成分出現(xiàn)。振幅鍵控屬于線性調(diào)制，而移頻鍵控屬于非線性調(diào)制?？梢?jiàn)，這些特點(diǎn)與模擬調(diào)制時(shí)也是相同的。非線性調(diào)制可能具有線性或恒定載波包絡(luò)，主要取決于基帶波形的脈沖成形。影響數(shù)字調(diào)制的因素：抗擾性，抗多徑衰落的能力，已調(diào)信號(hào)的帶寬以及使用，成本等因素；好的調(diào)制方案在低信噪比的情況下具有良好的誤碼性能、具有良好的抗多徑衰落能力、占有較小的帶寬、使用方便、成本低。[16]對(duì)于不同的應(yīng)用的要求，需要在選擇數(shù)字調(diào)制方案時(shí)進(jìn)行折衷。主要是通過(guò)功率有效性和帶寬有效性來(lái)反應(yīng)。 ⑴功率有效性：反映調(diào)制技術(shù)在低功率電平情況下保證系統(tǒng)誤碼性能的能力，可表述成在接收機(jī)輸入端特定的誤碼概率下，每比特的信號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比。 ⑵ 帶寬有效性：反映調(diào)制技術(shù)在一定的頻帶內(nèi)容納數(shù)據(jù)的能力，提高數(shù)據(jù)率意味著減少每個(gè)數(shù)字符號(hào)的脈沖寬度。帶寬效率反映了對(duì)分配的帶寬是如何有效利用的，可表述成在給定的帶寬條件下每赫茲的數(shù)據(jù)通過(guò)率。 帶寬效率有一個(gè)基本的上限，由香農(nóng)定理： 其中C為信道容量，B為RF帶寬，S/N為信噪比?？傻茫? 二進(jìn)制移頻鍵控用基帶數(shù)字信號(hào)控制載波頻率，稱為頻移鍵控（FSK）。當(dāng)傳送“1”碼時(shí)送出一個(gè)頻率，傳送“0”碼時(shí)送出另一個(gè)頻率，稱為二元移頻鍵控（2FSK）。 2FSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式在二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）中，當(dāng)傳送“1”碼時(shí)對(duì)應(yīng)于載波頻率，傳送“0”碼時(shí)對(duì)應(yīng)于載波頻率。其中，，為頻率為的載波初始相位，為頻率為的載波初始相位。令為的反碼，即則有：當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)。 則2FSK信號(hào)可表示為： 其中，我們?cè)诜治鲋屑僭O(shè)為單個(gè)矩形脈沖序列，其表達(dá)式為：因此可知相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)2ASK調(diào)幅信號(hào)之和。 2FSK信號(hào)的波形2FSK信號(hào)波形可看作兩個(gè)2ASK信號(hào)波形的合成。下圖是相位連續(xù)的2FSK信號(hào)波形。圖2－1相位連續(xù)的2FSK信號(hào)波形 2FSK信號(hào)的功率譜密度可將2FSK信號(hào)表示成兩個(gè)2ASK信號(hào)的和，令: 其中為的反碼，則相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)可表示為 2FSK信號(hào)的功率譜密度的特點(diǎn)：2FSK信號(hào)的功率譜密度也由連續(xù)譜和離散譜組成。其中，連續(xù)譜由兩個(gè)雙邊帶譜疊加而成，而離散譜出現(xiàn)在和的兩個(gè)載頻位置上。 若兩個(gè)載頻之差較小，如小于，則連續(xù)譜呈現(xiàn)單峰；如載頻之差增大，則連續(xù)譜將出現(xiàn)雙峰。如圖所示：圖2－2 2FSK信號(hào)的功率譜密度波形相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)的帶寬約為 如令，并稱為頻移指數(shù)，則 其中，為碼速。相位不連續(xù)的2FSK信號(hào)存在載波譜線，浪費(fèi)功率，只用于設(shè)備要求簡(jiǎn)單的通信場(chǎng)合。[3] 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法一：用一個(gè)矩形脈沖序列對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)頻。圖2－3 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生（一）方法二：鍵控法圖2－4 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生(二)鍵控法是利用矩形脈沖來(lái)控制開(kāi)關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。 2FSK信號(hào)的解調(diào)一 ：非相干解調(diào)對(duì)于2FSK信號(hào)，實(shí)際中常采用非相干解調(diào)的方法。非相干解調(diào)如圖所示。圖2－5 2FSK的非相干解調(diào)方框圖2FSK信號(hào)相當(dāng)于兩路不同載頻的