【文章內(nèi)容簡介】 可得到解調(diào)輸出的二進制信息。 QPSK正交調(diào)制方框圖 QPSK相干解調(diào)框圖(2)差分相移鍵控BPSK信號中，攜帶調(diào)制信號信息的是載波相位，它的變化時以為調(diào)制載波的相位為參考基準(zhǔn)的。它利用了載波相位的絕對數(shù)值來傳遞信息，屬于據(jù)對調(diào)相的方法。對于這種信號，用恢復(fù)本地載波的相干解調(diào)法萊解調(diào)相移鍵控信號存在相位模糊問題，可能會導(dǎo)致解調(diào)完全失敗。二進制差分相移鍵控(2DPSK)，與上述絕對調(diào)相不同。2DPSK利用前后碼元的相對相位變化來傳送信息，因此成為相對調(diào)相。實現(xiàn)相對調(diào)相的方法是先對數(shù)字基帶信號進行差分編碼處理，將基帶信號由絕對碼表示變?yōu)橛媒?jīng)差分編碼的相對碼表示，再用該相對碼進行絕對相移鍵控[6]。二進制差分相移鍵控通常也成為二相相對調(diào)相。 DPSK調(diào)制器原理圖由于DPSK信號時用前后碼元的相位來傳送信息的，因此，還可以直接比較前后碼元載波相位的方法來完成差分相干解調(diào)。把DPSK已調(diào)信號精確延遲一個碼元間隔時間，然后再與信號自身相乘，相乘的結(jié)果就反應(yīng)了前后碼元的相對相位關(guān)系，再經(jīng)過低通濾波后，就可直接經(jīng)采樣判決恢復(fù)出原始數(shù)字信息。這種方法用信號本身作為比較的基準(zhǔn)，無需恢復(fù)相干的本地載波，因此，也可以看成非相干解調(diào)或半相干解調(diào)。這種方法將差分譯碼的過程與解調(diào)結(jié)合進行，故不再需要單獨的差分譯碼環(huán)節(jié)。 DPSK差分相干解調(diào)器原理方框圖對于DPSK信號，采用差分相干解調(diào)的方法無需專門的本地想干載波，而且在抗頻偏嫩里抗多徑效應(yīng)以及抗相位抖動能力方面，其性能均優(yōu)于采用相干解調(diào)方法，但在抗白噪聲能力方面有所損失。 正交調(diào)制正交調(diào)幅(quadrature amplitude modulation簡稱QAM)是利用兩個頻率相同，但相位相差90176。的正弦波作為載波[7]，以調(diào)幅的方法同時傳送兩路互相獨立的信號的一種調(diào)制方式[8]。這種調(diào)制方式的已調(diào)波信號所占頻帶僅為兩路信號中的較寬者，而不是兩路頻帶之和，因而可以節(jié)省傳輸帶寬。隨著數(shù)字調(diào)制技術(shù)的進步，正交調(diào)幅與解調(diào)的概念已擴展到MQAM，其中M可取值136128和256等，最常用的是16QAM和64QAM。QAM調(diào)制由兩路獨立的信號和分別振幅調(diào)制頻率為，但相位差為90176。(即互相正交)的載波。然后在相加器中相加，得到輸出信號為[9] () 。 正交調(diào)幅原理性方框圖。輸入信號分別與兩個相互正交的正弦波相乘，分別得到兩個結(jié)果： () ()后面經(jīng)過濾波，濾除分量后，即可得到原來的信號和。 正交解調(diào)的原理性方框圖由上述結(jié)果可知，只要兩路載波是嚴格正交的，兩路信號之間就不會有干擾。QAM也可采用多進制方式，即MQAM。MQAM比相應(yīng)的MPSK調(diào)制的抗干擾能力強，故在現(xiàn)代通信中越來越受重視[10]。另外，QAM通常由符號率確定占用帶寬，因此每個符號的比特越多，效率就越高。 擴頻方法介紹擴展頻譜通信(Spread Spectrum Communication），建成擴頻通信。擴頻技術(shù)是一種信息處理傳輸技術(shù)。擴頻技術(shù)是利用同欲傳輸數(shù)據(jù)(信息)無關(guān)的碼對被傳輸信號進行頻譜擴展，使之占有遠超過被傳輸信息所必須的最小帶寬[11]。 擴頻信號特性擴頻通信特點：(1)擴頻信號時不可預(yù)測的偽隨機的寬帶信號；(2)擴頻信號帶寬遠大于欲傳輸數(shù)據(jù)（信息帶寬）；(3)接收機中必須有與寬帶載波同步的副本。傳輸信息時所用的信號帶寬遠大于傳輸這些信息所需最小帶寬的一種信號處理技術(shù)。發(fā)射端展寬頻帶是用獨立于所傳數(shù)據(jù)的碼來實現(xiàn)，接收端用同步的相同碼解擴以恢復(fù)所傳數(shù)據(jù)。擴頻的基本方法有：直接序列擴頻(DS)、調(diào)頻(FH)、跳時(TH)、和線性調(diào)頻(Chirp)等4種，目前人們所熟知的新一代手機標(biāo)準(zhǔn)CDMA就是直接序列擴頻技術(shù)的一個應(yīng)用。而調(diào)頻、跳時等技術(shù)則主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，以避免機房通信信號被地方截獲或者干擾。擴頻的主要優(yōu)勢有：(1)抗干擾性能好。強擴頻通信系統(tǒng)擴展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾能力就越強。簡單的說，如果信號頻譜展寬10倍，那么干擾方面需要在更寬的頻帶上去進行干擾，分散了干擾功率，從而在總功率不變的情況下其干擾強度只有原來的1／10。另外，由于接收端采用擴頻碼序列進行相關(guān)檢測，空中即使有同類信號進行干擾，如果不能檢測出有用信號的碼序列，干擾也起不了太大作用，因此抗干擾性能強是擴頻通信的最突出的優(yōu)點。 (2)碼分多址能力強。由于擴頻通信中存在擴頻碼序列的擴頻調(diào)制，充分利用各種不同碼型擴頻序列之間優(yōu)良的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，在接收端利用相關(guān)檢測技術(shù)進行解擴，則在分配給不同用戶不同碼型的情況下，系統(tǒng)可以區(qū)分不同用戶的信號，這樣在同一頻帶上許多對用戶可以同時通話而互不干擾。(3)高速可擴展能力強。由于獨占信道且碼分多址，所以速率很高。，11位隨機碼元中只有1位用來傳輸數(shù)據(jù)，因此吞吐量的擴展能力強。相對于通用標(biāo)準(zhǔn)采用的相位變化DQPSK/DPSK調(diào)制技術(shù)，增強型采用了直序/脈沖位置調(diào)制(DS/PPM)技術(shù)。PPM(Pulse Position Modulation)，脈沖位置調(diào)制)技術(shù)使用了預(yù)置的8位碼元中的3位傳輸數(shù)據(jù)，這就使傳輸率產(chǎn)生了飛躍。(a)(b) 擴頻系統(tǒng)工作組成框圖(a)中，在發(fā)端輸入的信息先經(jīng)過信息調(diào)制形成數(shù)字信號，然后由擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號以展寬信號的頻譜。展寬后的信號再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。(b)中接收端把收到的寬帶射頻信號，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴頻碼序列去相關(guān)解擴。再經(jīng)信息解調(diào)、恢復(fù)成原始信息輸出。由此可見，—般的擴頻通信系統(tǒng)都要進行三次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的信息解調(diào)、解擴和射頻解調(diào)。與一般通信系統(tǒng)比較，擴頻通信就是多了擴頻調(diào)制和解擴部分。按照擴展頻譜的方式不同，現(xiàn)有的擴頻通信系統(tǒng)可以分為：(1)直擴方式直接序列擴頻 (Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式，簡稱直擴(DS)方式。所謂直接序列擴頻，就是直接用具有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)端去擴展信號的頻譜。而在接收端用相同的擴頻碼序列去解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。假設(shè)用窄脈沖序列對某一載波進行二相相移鍵控調(diào)制。如果采用平衡調(diào)制器，則調(diào)制后的輸出為二相相移鍵控信號，它相當(dāng)于載波抑制的調(diào)幅雙邊帶信號。圖中輸入載波信號的頻率為，窄脈沖序列的頻譜函數(shù)為，它具有很寬的頻帶。平衡調(diào)制器的輸出則為兩倍脈沖頻譜寬度，而被抑制的雙邊帶的展寬了的擴頻信號，可將頻譜為的擴頻信號，用相同的碼序列進行再調(diào)制，將其恢復(fù)成原始的載波信號。(2)跳頻方式跳變頻率(Frequency Hopping)工作方式，簡稱跳頻(FH)方式。所謂跳頻，比較確切的意思是：用一定碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷的跳變，所以成為跳頻。簡單的頻移鍵控如2FSK只有兩個頻率，分別代表傳號和空號，而調(diào)頻系統(tǒng)則有幾個、幾十個、甚至上千個頻率，有所傳信息與擴頻碼的組合去進行選擇控制，不斷跳變。發(fā)端信息碼序列與擴頻碼序列組合以后按照不同的碼字去控制頻率合成器。(a)(b) 跳頻原理圖。在收端，為了解調(diào)跳頻信號，需要有與發(fā)端完全相同的本地擴頻碼發(fā)生器去控制本地頻率合成器，使其輸出的調(diào)頻信號能在混頻器中與接收信號差頻出固定的中頻信號，然后經(jīng)中頻帶通濾波器及信息解調(diào)器輸出恢復(fù)的信息?？傊?，調(diào)頻系統(tǒng)占用了比信息帶寬要寬得多的頻帶。 頻域跳變示意圖(3)跳時方式跳變時間(Time Hopping)工作方式，簡稱跳時(TH)方式。與跳頻相似，跳時是使發(fā)射信號在時間軸上跳變。首先把時間軸分成許多時片。在一幀內(nèi)哪個時片發(fā)射信號由擴頻碼序列控制，可以把跳時理解為用一定碼序列進行選擇的多時片的時移鍵控。由于采用了窄得很多的時片去發(fā)送信號，相對說來，信號的頻譜也就展寬，了。[12]。在發(fā)端，輸入的數(shù)據(jù)線存儲起來，由擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴頻碼序列去控制通斷開關(guān)，經(jīng)二相或四相調(diào)制后再經(jīng)射頻調(diào)制后發(fā)射。在收端，由射頻接收機輸出的中頻信號經(jīng)本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴頻碼序列控制通=斷開關(guān)，再經(jīng)二相或四相解調(diào)器，送到數(shù)據(jù)存儲器再定時后輸出數(shù)據(jù)。只要收發(fā)兩端在時間上嚴格同步進行，就能正確地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。 跳時系統(tǒng)原理圖跳時也可以看成是一種時分系統(tǒng)，所不同的地方在于它不是一幀中固定分配一定位置的時片，而是由擴頻碼序列控制的按一定規(guī)律跳變位置的時片。跳時系統(tǒng)的處理增益等于一幀中所分的時片數(shù)。由于簡單的跳時抗干擾性不強，很少單獨使用。跳時通常都與其他方式結(jié)合使用，組成各種混合方式。(4)寬帶線性調(diào)頻方式寬帶線性調(diào)頻(Chirp Modulation)工作方式，簡稱Chirp方式。如果發(fā)射的射頻脈沖信號在一個周期內(nèi)其載波的頻率作線性變化，則成為線性調(diào)頻。因為其頻率在較寬的頻帶內(nèi)變化，信號的頻帶也被展寬了，這種擴頻調(diào)制方式主要用在雷達中。 線性調(diào)頻原理圖發(fā)端有一鋸齒波去調(diào)制壓控振蕩器，從而產(chǎn)生線性調(diào)頻脈沖。它和掃頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號一樣。在收端，線性調(diào)頻脈沖由匹配濾波器對其進行壓縮，把能量集中在一個很短的時間內(nèi)輸出，從而提高了性噪比，獲得了處理增益。匹配濾波器可采用色散延遲線，它是一個存儲和累加器件，其作用機理對不同頻率的延遲時間不一樣。如果脈沖前后兩端的頻率經(jīng)不同的延遲后一同輸出，則匹配濾波器輸出信噪比的改善時脈沖寬度與調(diào)頻頻偏乘積的函數(shù)。一般，線性調(diào)頻在通信中很少使用。(5)混合方式在上述幾種基本的擴頻方式的基礎(chǔ)上可以組合起來構(gòu)成各種混合方式。例如DS／FH、DS／TH、DS／FH／TH等等。一般說來，采用混合方式看起來在技術(shù)上要復(fù)雜一些，實現(xiàn)起來也要困難一些。但是，不同方式結(jié)合起來的優(yōu)點是有時能得到只用其中一種方式得不到的特性。例如DS／FH系統(tǒng)，就是一種中心頻率在某一頻帶內(nèi)跳變的直接序列擴頻系統(tǒng)。 DS/FH 信號頻譜圖，一個DS擴頻信號在一個更寬的頻帶范圍內(nèi)進行跳變。DS/FH系統(tǒng)的處理增益為DS和FH的處理增益之和。因此，有時采用DS/FH反而能比單獨采用DS或FH獲得更寬的頻譜擴展和更大的處理增益。甚至有時相對來說，其技術(shù)復(fù)雜性比單獨用DS來展寬頻譜或用FH在更寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)頻率的跳變還要容易些。對于DS/FH方式，它相當(dāng)于在擴頻方式中加上時間復(fù)用。采用這種方式可以容納更多的用戶。在實現(xiàn)上，DS本身已有嚴格的收發(fā)兩端擴頻碼的同步。加上跳時，只不過增加了一個通—斷開關(guān)，并不增加太多技術(shù)上的復(fù)雜性。對于DS/FH/TH，它把三種擴頻方式組合在一起，在技術(shù)實現(xiàn)上肯定是復(fù)雜的。但是對于一個有多種功能要求的系統(tǒng)，D