基于高效调制的超短波通信系统研究

摘 要 本文简述了高效调制国内外发展现状，围绕高效调制超短波通信关键技术，分别从调制解调技术、超短波通信系统CPM信号解调技术、数字低通滤波器的应用等角度，對超短波通信系统的高效调制技术进行了研究和探讨。

关键词 高效调制；超短波；通信系统

前言

超短波通信是指在一定的波段（30MHz～300 MHz）内，用无线电波进行信息传输的通信技术。相比于其他各波段，超短波机动灵活、可容纳的电台总数多，它以其绕射能力强于微波，信道带宽远大于短波，以及结构简单、传播方式稳定，抗干扰能力强等诸多优势，在军事和民用领域已得到广泛的应用。因此，建立基于高效调制的超短波通信系统，将调制核心技术用于现代信息传输，提高传输速率和抗干扰性能，已越来越成为专家学者研究的热点和探索的课题。

1 高效调制国内外发展现状

国外早在20世纪八十年代就开始了高效调制超短波通信系统新技术研究，早期由H.R.Walker博士提出，经历了可变相移键控、增强型可变相移键控、最小移键控、脉位反相键控、缺周期调制、最小边带调制等阶段，获相关专利。2005年，Photron公司率先完成该技术端到端的仿真、FPGA模型系统开发以及相关集成电路的设计及制作，与此同时，XG technology公司也取得了类似的成果，即将射频调制方案与窄带载波系统相结合，巧妙地使绝大多数能量集中于载频，边带能量被抑制于远低于可检测的水平，邻道不产生干扰，并通过公开测试。直至2007年，xG公司在美国代顿海滩建立了第一个xMax基站，这一具有里程碑意义的成果，开启了提高频谱利用率和高速数据传输的新纪元。

国内此项研究起步较晚，始于2000年，主体为高校，但一经探索，便迅速发展并取得了令人瞩目的进步。上海交通大学所采用的VMSK/2调制，获得了接近20bps/Hz的频谱利用率，他们2007年提出的甚小线性调频键控（VMCK）技术，通过控制信号初试而得到的正交甚小线性键控（OVMCK）的调制技术，极大地提高了信息传输速率和频谱利用率。同年，北京邮电大学学者提出了整数周期UNB调制方案，引入随机脉位键控调制，成功消除UNB调制信号功率谱中的离散谱，使频谱利用率达到100bps/Hz；东南大学在对国内外各类调制技术研究和总结的基础上，成功地建立了统一的二进制键控（UBSK）调制表达式。近年来，国内高效调制技术研究已逐步从理论走向应用[1]。

2 高效调制超短波通信关键技术与功能实现

2.1 关键技术

（1）数字调制。数字调制是超短波通信系统关键技术之一。因很多基带信号不适合在信道中进行直接传输，必须通过数字调制，把数字信号转换为可在信道中传输的模拟波形，即从信息序列中提取二进制数，将它们分成组，再从多个适合传输的波形中选择，然后进行优于模拟调制的、抗干扰和抗损耗性都较高的传输。

（2）CPM信号解调技术。CPM被称之为有记忆的调制方式，根据解调方式不同，可将CPM信号解调方法分为相干解调和非相干解调二种。CPM信号解调通过高斯噪声信道后，传送至接收机。接收机由信号解调器和检测器二部分组成，先由信号解调器完成波形到向量的转换，然后再由检测器根据向量判断波形的来源。

（3）数字低通滤波器。工程实践中，带通滤波器被置放于发射机靠近天线处，用以限制给定频率范围发射信号的泄露。超窄带通信系统对于射频带通滤波器的要求极高。为基带增加一个数字低通滤波器，降低射频端带通滤波器设计的压力，可大大增加系统应用的灵活性[2]。

2.2 功能实现

（1）高效的调制解调技术的功能实现，应根据具体情况和实际应用环境，对调制方式进行正确的选择。数字通信调制系统中，调制器将二进制数字序列映射成一组又一组信号波形，这些波形因幅度、相位、频率差异，或者它们之间两个、三个甚至多个参数的不同组合而表现各异。数字调制技术除了数字振幅调制（ASK），数字相位调制（PSK）和数字频率调制（FSK）三种主要形式外，还有脉冲幅度调制（PAM）、相位调制（PM）以及正交振幅调制（QAM）等多种调制方式。应对系统作全面的考量，综合考虑多方因素而选择合适的调制方式，以获得高效的性能。

（2）超短波通信系统CPM信号解调技术的应用，应首先对系统进行科学、合理的分析，针对其优缺点，提出适合该系统的CPM信号解调算法。CPM信号的最佳接收机通常采用相干解调的最大似然序列检测，即由相关器跟随一个最大似然序列检测器，相关器把接收到的信号变换成N维向量，再用N个正交基函数构成的信号空间与接收信号进行相关。对于载波比较难恢复的系统，应采用非相干解调，即差分序列解调，它利用差分的思想，通过前后码元差分的相位增量来完成检测。此外，还可用锁相环完成频率检测，以实现CPM信号的解调。

（3）数字低通滤波器。通过增加一个数字低通滤波器，可限制发射信号在给定频率范围之内，抑制码间干扰和防止信号的泄露。超窄带通信带宽超窄，为降低射频带通滤波器设计的实现难度，可用全数字方式，按照一定的准则设计基带低通滤波器，将码间干扰控制在一定范围。图1改进版调制器结构[3]。

3 结束语

综上所述，基于高效调制的超短波通信系统研究是一项复杂的综合性技术，只有从实际出发，结合超短波通信技术的发展，对超短波通信系统的关键技术、软硬件配置以及工作环境等进行认真的分析和研究，才能开发和设计稳定可靠、经济实用的高效调制的超短波通信系统，为移动通信、雷达、调频广播和导航等现代无线通信提供科学、及时和准确的服务。

参考文献

[1] 贾璐.一种超短波复合调制信号识别方法[J].通信对抗，2016，（1）： 13-15.

[2] 何荣涛.超短波收发信机的网格编码调制技术研究与实现[D].北京：北京邮电大学，2014.

[3] 郑秋宾.超短波无线通信系统物理层的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2009.

推荐访问:超短波 高效 调制 通信系统 研究