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,实现调制和解调的电路往往是唯一的。如今,大多数现代无线电都是软件定义无线电(SDR),在这类无线电中,调制和解调等功能都是通过软件的方式实现的。DSP算法执行以前指定给调制器和解调器电路的工作。调制过程是从要传输的数据被送至产生两个数据输出的DSP器件开始的,这两个数字输出用来定义接收器端恢复数据所需的振幅和相位信息。DSP产生两个基带流,这两个基带流被发送至数模转换器(DAC),从而产生模拟当量。这些调制信号向混频器提供载波。载波信号与混频器之间有90°的相移。从混频器获得的正交输出信号合在一起产生要传输的信号。如果载波信号的频率为最终的传输频率,那么该复合信号将被放大,然后被发送至天线。这个过程称为直接转换。载波信号的频率也有可能是较低的中频(IF)。该中频信号通过另一个混频器被上变频至最终的载波频率,然后被施加到发射器功放。在接收器端,来自天线的信号被放大,然后下变频至中频,或者直接下变频至最初的基带信号。来自天线的放大信号与载波信号一起被施加到混频器。施加到混频器的载波信号之间也有90°的相移。8:..混频器产生最初的基带模拟信号,然后该信号在一对模数转换器(ADC)中转换成数字信号,并被发送至DSP电路,该电路中的解调算法用来恢复最初的数字数据。这里要考虑三个重点。首先,调制和解调过程采用两个正交信号。如果相位和振幅将要在调制或解调过程中保存和捕获时,DSP算法就需要两个正交信号。其次,DSP电路可能是传统的可编程DSP芯片,也可能通过实现算法的固定数字逻辑来实现。固定逻辑电路尺寸更小速率更快,由于在调制或解调过程中具有低延迟而往往得到优先使用。第三,如果调制方式为QPSK或QAM,发射器中的功放就需要是线性放大器,这样才能真实地再现振幅和相位信息。如果采用ASK、FSK和BPSK调制方式,可以要使用效率更高的非线性放大器。对更高频谱效率的追求频谱是有限的资源,它总是供不应求。多年来,美国联邦通信委员会(FCC)和其他政府机构已分配了大多数电磁频谱,并且大多数频谱都处在积极使用的状态。现在,蜂窝和陆地移动无线电领域存在频谱供不应求的局面,从而限制了高数据速率等业务的拓展和新用户的加入。解决这个问题的一个方案是通过将更多用户压缩到相同或更少的频谱中并实现更高的数据速率来提高使用效率。改进的调制和访问方案可能会有所帮助。最密集的频谱区之一是联邦政府、州政府和消防局和警察局等当地公共安全机构使用的陆地移动无线电(LMR)和专用移动无线电(PMR)频谱。目前,认证分配的频谱150至174MHzVHF频谱和421至512MHzUHF频谱。大多数无线电系统和手持机都使用占用25kHz信道的FM模拟调制。已经要求所有的这类无线电都切换到信道。这种转换称为窄带转换,它可以使可用信道数翻倍。窄带转换有望提升无线电访问信道的能力。此外,窄带还意味着可以在系统中增加更多的无线电。这种转换必须在2013年1月1日之前进行。否则机构或公司可能会失去认证或者被罚款。由于对新无线电系统和手持机的需求仍存在,因此这种转换的成本将非常高。未来,FCC有望授权从信道进一步转换到信道,这样就又在不增加分配的频谱量的情况下将容量增加了一倍。这种转换尚未提供时间表。新设备可以使用模拟或数字调制方式。通过调整调制指标并使用其他窄带转换技术可以将标准模拟FM置于信道上。不过,信道中的模拟FM无法工作,因此必须使用数字技术。数字技术可以将语音信号转换成数字信号,并使用压缩技术产生可以调制到窄带的极低速率的串行数字信号。这种数字调制技术有望满足窄带转换目标,并带来一些额外的性能优势。目前已经开发了新的调制技术和协议(包括P25、TETRA、DMR、dPMR和NXDN)来满足这一要求。法规第90部分和/或欧洲电信标准学会(ETSI)标准(如针对LMR的TS-102490和TS-102-658)的要求。最流行的数字LMR技术P25目前已在美国信道上得到广泛使用。其频分多址(FDMA)技术可将分配的频谱分成或信道。P25项目的第I阶段使用四符号FSK(4FSK)调制技术。早期推出的标准FSK使用两种频率或使用两种频率或音调(tone))来实现1bit/Hz的频谱效率。不过,4FSK是使用四种频率的FSK技术的一种变体,该技术可以实现2bit/Hz的效率。使用该方案时,该标准可以在的信道中实现9600bit/s的数据速率。使用4FSK技术时,载波频率出现±或±600Hz的频移,以实现四个符号。在第2阶段,使用一种兼容的QPSK调制技术在信道中实现类似的数据速率。发生±45°或±135°的相移,以实现四个符号。现已开发出一款独一无二的解调器,它可以检测到4FSK或QPSK信号,以恢复数字语音。仅需要发射端的另一调制器即可实现从第1阶段到第2阶段的转换。美国以外的地区使用最广泛的数字LMR技术是TETRA,即陆地中继无线电。这种ETSI标准在欧洲以及非洲、亚洲和拉丁美洲应用相当广泛。其时分多址(TDMA)技术可将四个数字语音或数据信号复用至25kHz信道。9:..单个信道可用来支持每个用户的数字数据的四个时隙的数字流。这相当于相邻的信道中的四个独立信号。这种调制方式是-DQPSK,(DMR)在信道中使用4FSK调制技术。这种调制技术通过使用双时隙TDMA方式在信道中实现等效的信道。语音通过数字方式进行编码,带纠错功能,,这是一种数字专用移动无线电标准。此ETSI标准也使用4FSK调制技术,。可以选择一个信道用来传输语音或数据。基本数据速率为4800bit/,,这两种技术并不兼容。由于所有这些数字技术都是类似的,并且在标准频率范围内工作,因此飞思卡尔(Freescale)公司开发出了一款整合RF收发器和ARM9处理器的单芯片数字无线电,该无线电经过编程后可以适用于任何数字标准。如果不使用多个协议的话,MC13260片上系统(SoC)可以成为手持机无线电的基础。NovelSat公司推出的一种称为NS3调制的新技术就是提高给定信道的频谱效率并增加数据吞吐能力的调制技术的另一个实例。***在距地球22,300英里的围绕赤道的轨道上。这称为地球静止轨道,该轨道上的卫星以与地球同步的方式旋转,因此它们的运动轨迹是固定的,这使其成为一个非常合适的从地球上的一个位置到另一位置的信号中继平台。卫星上有多个转发器,它们可以捡拾来自地球的弱上行线路信号,并将该信号以不同的频率重新发送。这些转发器是线性设备,具有固定带宽,。带宽固定时,数据速率也是固定的,并且由调制技术和多址技术决定。问题是如何满足由于对更高通信能力的日益增长的需求而引起的提高远程卫星中的数据速率的要求。解决方法很简单,就是创建和实现频谱效率更高的调制技术。NovelSat公司正是按照这个思路做的。该公司的NS3调制技术可以将带宽容量提高多达78%.这种提高来自以前推出的APSK调制技术的修订版。常用的卫星传输标准DVB-S2是一个可以使用QPSK、8PSK、16APSK和32APSK调制方式和不同的正向纠错(FEC)方案的单个载波(一般是L波段950至1750MHz)。最常见的应用是视频传输。NS3技术通过多个振幅和相位符号提供64APSK调制方式,提高了频谱效率,在DVB-S2技术的基础上有所提升。此外还包含了低密度奇偶校验(LDPC)码。这种整合可以在72MHz的转发器中实现358Mbps的最高数据速率。由于调制方式是APSK,因此TWTPA不必进行回退,以保留完美的线性度。因此与DVB-S2相比,它们能以更高的功率工作,,R,NS3都可以在DVB-S2基础上实现数据速率的提升。:..摘要:众所周知,扩频技术具有显着的抗干扰和抗衰落特性,并且具有低功耗,及低的被检测概率,因此,扩频技术被广泛的应用于民用和军用通信中。常用的扩频技术主要有三种:直接序列扩频,跳频和chirp扩频(ChirpSpreadSpectrum,CSS)技术。相比于前两者,Chirp扩频技术的抗多普勒频移能力更强,且可有效的抗深度衰落。由于水声信道的多普勒频移是不可忽略的,因此,有必要对chirp扩频技术进行深入的研究,使其能成为水声通信中一种新的调制体制。另外,近年来FRFT(FractionalFourierTransform,分数阶傅里叶变换)是信号处理领域一个研究热点,不同于普通的傅里叶变换,FRFT的基函数正是一系列chirp函数,这使得FRFT可用于检测chirp信号和chirp参数估计,因此,将其引入Chirp扩频系统。本文将介绍chirp扩频技术的基本原理,及其主要发展和应用,并对基于chirp扩频的多址方案进行讨论。最后还将介绍基于FRFT的Chirp扩频系统。。Chirp脉冲是正弦信号,在一定时间段内,其频率随时间线性增加或减小。与DSSS、FHSS相似,CSS利用了它的整个带宽去扩展信号的频谱,不同的是CSS不需要加入任何伪随机序列,它利用了Chirp脉冲自身的频率线性特征,其频率是连续变化的。CSS与DSSS的解扩原理也有相似之处。DSSS是通过PN序列扩频的,其解扩需要利用PN序列良好的自相关特性,即:其自相关远大于互相关。在接收端,如果本地PN序列与接收到的PN序列具有相同的相位时,相关运算出现最大值。所以可以通过自相关运算,对信号进行解扩,实现数据符号的检测。CSS的解扩利用了脉冲压缩原理。接收信号经过匹配滤波后,出现了尖峰脉冲,接收机可以通过对尖峰脉冲的能量捕获来进行数据符号的检测。匹配滤波在一定程度上可以看作是求自相关。所以可以认为CSS和DSSS都是通过对扩频序列(信号)求自相关来解扩的。与传统的扩频技术相比,Chirp扩频有其独特的优点:Chirp扩频的处理增益由信号的时间带宽积TB决定,而Chirp信号的时间带宽积远大于1,所以利用Chirp脉冲传送数据,有较强的抗干扰能力。Chirp扩频利用了非常宽的频带,即使在非常低的发射功率下,仍然可以抗多径衰落。同时Chirp扩频还能抗移动通信中常见的多普勒频移。【1】,二进制正交键控(BinaryOrthogonalKeying,BOK)调制和直接调制(DirectModulation,DM)。在BOK中,Chirp信号被用于表示调制后的符号;而在DM中,Chirp信号仅用于扩展已调信号的频谱。在BOK系统中,使用两个正交的线性调频信号。它们的线性调频率(chirprate)正好相反。一个是正的,称为up-chirp,一个是负的,称为down-chirp,分别用来表示不同的信号,例如,用up-chirp表示“1”,用down-chirp来表示“0”。Chirp扩频是一种低速的调制方式,为了提高数据速率,在BOK系统的基础上,文献【2】提出了一种多进制键控调制,称为MultipleChirp-rateShiftKeying(MCrSK),即用不同的调频率和Miki,...2,1,:..来对信息进行相应的映射。这类似于MFSK,但是该系统比MFSK鲁棒性更强,且频谱利用率更高。这种系统在设计的时候需考虑不同调频率的选取方案。文献【3】提出的M-arychirpspreadspectrummodulation(MCSS)系统,本质上和MCrSK系统是相同的。DPSK-MCSS则是在差分编码的基础上进行多进制chirp调制,可降低系统对同步的要求。在DM系统中,信号先是经过数字调制,如DPSK,DQPSK等,后直接乘以一个Chirp信号,用于对已调信号进行扩展。在这里,chirp信号的功能与DSSS中PN序列的功能相同。这种调制方式简单,易于实现,整个系统只到了一种线性调频信号,接收端处理也较简单。DM系统的灵活之处在于它可以和各种不同的映射方式结合,可实现简单的多进制调制。,Chirp信号具有固有的抗干扰特性。特别是当存在多普勒频移和在多径衰落信道下传播时,chirp信号更能体现其优势。基于这些优点,越来越多的学者正在研究其在多用户环境下的性能。1996年,--userchirpmodulation(M-CM)【4】,该技术的重点在于多用户chirp调制信号的设计,即设计一种有效的线性调频率选取规则,使得每个用户占有相同的带宽并且能量相等。但是,随着用户数的增加,各用户的chirp信号之间的互相干扰影响也在不断的增加,从而使系统误码率增加,这就是所谓的多址干扰multiple-accessinterference(MAI)。为了提高该多用户系统在多径衰落信道下的性能,作者提出将FHSS技术和M-CM技术结合。FHSS技术是利用一个伪随机序列来控制跳频频图案,使信号的载波频率近似随机变化,在一定的信道带宽内跳变。FHSS技术在抗多径衰落方面性能优异,且扩频处理增益大,尤其适合在多径衰落环境下使用。文献【5】提出的FH/M-CM系统即是将整个多用户chirp信号组在不同的频段内随机的跳跃,理论计算和仿真实验证明,M-CM技术与FHSS技术结合后,性能显着提高。在FH/M-CM系统中,所有用户共用一个伪随机序列,即所有用户仍在同一个小频段内一起传输,这并没有从根本上减小MAI。为了进一步减小MAI,文献【6】提出了FH-CDMA/M-CM系统。FH-CDMA的基本原理是优选一组正交跳频码(伪随机序列),为每个用户分配一个唯一的跳频码,并用该跳频码控制信号载频在一组分布较宽的频率中进行跳变。换句话说,在FH-CDMA/M-CM系统中,由于每个用户拥有一个唯一的伪随机序列,同一时刻,所有用户所承载的信息载频相同的概率由1降为MN1(N为所划分载频数,M为用户数),这个概率是极小的。因此,可有效的减小用户之间的干扰,提高系统性能。(FRFT)是一种广义的傅里叶变换。与传统傅里叶变换相比,它适于处理处理非平稳信号,尤其是chirp类信号,因为分数阶傅里叶变换可以理解为chirp基分解。传统的chirp扩频系统在接收端使用匹配滤波器进行相干解调,使输出信号幅度增加,能量集中,从而将有用信号检出。相比于匹配滤波器,分数阶傅里叶变换对chirp信号有着更强的能量聚集性,可用于对chirp信号的检测和参数估计。因此,将FRFT与Chirp扩频技术相结合已经成为现阶段的研究热点。文献【7】提出一种基于FRFT的Chirp信号扩频二进制调制算法,利用Chirp信号在相应分数阶傅里叶域上的能量聚集特性,通过改变Chirp信号的调频率k的取值使其在分数傅里叶域上的能量聚集位置不同,从而:..】提出的FRFT-PPM系统是在FRFT变换域,根据峰值位置对信号进行PPM编码,在接收端由峰值位置的判决来解调相应的信息。从另一种意义上说,FRFT-PPM是文献【7】所提方案的多进制改进版本。与前者不同的是,FRFT-PPM系统中不改变所使用的线性调频率,而是利用信号的初始频率和相位信息,将信息比特进行编码后生成对应的的chirp信号,这些chirp信号在U域上是一