??? 摘? 要:? 討論了一種采用新的超窄帶UNB技術的短波單邊帶(HF-SSB)廣播系統。利用甚小波形差鍵控VWDK調制的類正弦波以及高調制效率特點，從而得到更好的脈沖壓縮性能和測量精度。對VWDK結合SSB-SC的調制方式進行了理論分析，并給出了仿真結果。數值實驗表明保證10-5誤碼率（BER）的前提下，該系統傳輸所需信噪比為11分貝（dB）。最后，利用多個載波的超窄帶頻分復用（FDMA）復合方式，提供超大容量的超高速信息傳輸，仿真數據表明在5個頻道復用時，信噪比為20dB即可達到10-5誤碼率。?
??? 關鍵詞: 甚小波形差鍵控; 超窄帶; 單邊帶; 頻分復用
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??? 超窄帶的技術思路就是使表示邏輯“0”、“1”的載波波形不同，這樣理論上每個載波周期可以傳1bit。依此思路，美國的H. R. Walker從早期的可變相移鍵控（VPSK）發展成了以甚小移鍵控(VMSK)為典型代表的超窄帶傳輸，展示了用30kHz的標準蜂窩時隙傳T1碼率的驚人效果，C/W>50b/s/Hz?？紤]到原始的VMSK信號是基于矩形波或三角波調寬再濾波成形，而理論上帶寬最窄的信號當屬正弦波，因此東南大學的吳樂南等人提出直接產生類似正弦波的調制信號——類正弦VMSK調制。該項技術得到了包括VMSK發明人Walker在內的美國一些大學和公司專業人士的關注。同時，為了體現自主知識產權，將其重新命名為甚小波形差鍵控(VWDK)，獲得多項發明專利。該技術的關鍵思路就是：用單周期類正弦波作為載波，利用正弦波過零點時刻的差異（即相位差）表示邏輯“0”、“1”，同時實現已調信號與正弦信號之間的波形差異最小。?
??? 為了改善短波通信質量，發展了單邊帶調幅技術。這種單邊帶通信可以大大減小發射功率，節約頻率資源，同時相應地減少電波間干擾，因此自上世紀70年代以來全世界的短波通信逐漸都改用單邊帶技術。為了合理運用頻率資源，我國對3kHz～300GHz的頻率段進行了劃分。其中短波調幅廣播及單邊帶通信使用3.5MHz～29.7MHz（HF）頻段，電臺間隔是9kHz。?
??? FDMA有采用模擬調制，也有采用數字調制方式的?？梢杂梢唤M模擬信號用頻分復用方式(FDM/FDMA)或一組數字信號用時分復用方式(TDM/FDMA占用一個較寬的頻帶)，調制到相應的子頻帶后傳送到同一個地址。本系統采用的就是前者。FDMA的主要優點是簡單、技術較成熟；FDMA信號不需要進行同步或中心定時；每個信道基本獨立于其他信道。?
1 VWDK調制及系統參數的估計?
??? VWDK調制在周期T內的一般表達式如下[1]：?
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??? 運用功率譜估計方法得出類正弦VMSK信號的功率分布，如圖1。
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??? 從圖1中可以看出類正弦VMSK信號的功率譜由兩部分組成，第一部分是一些線譜，第二部分是一條連續譜。線譜與類正弦波相一致，而連續譜反映隨機信息。當波形控制參數α(0<α<1)增大時，考慮三點影響：(1)線譜在基頻處不斷增強，而在諧波處則大幅減小，越來越反映出正弦特性;(2)連續譜和線譜的主要部分逐漸集中到基頻周圍的一個小區域，同時將頻譜的上、下邊帶分開，反映出了甚小移鍵控VMSK(Very Minimum Shift Keying)調制技術的特點;(3)因為其功率譜更集中，從而它的傳輸帶寬更窄，帶寬效率更優。但是隨著調控參數α不斷接近于1，線譜不斷集中到基頻上，連續譜也逐漸退化，表明代表邏輯1和0的調制波形差異不斷減少。事實上，當調控參數α=1時兩調制波形變成了同一波形——正弦波。而正弦波不能表示任何信息。為此，當調控參數α接近于1時，這種類正弦VMSK的抗干擾性能將減弱，以致于調制信號在接收端將變得越來越難解調。?
我國對占用帶寬的定義為：某一頻帶的帶寬，在此頻帶的頻率下限之下和頻率上限之上所發射的平均功率(雜散功率)分別等于某一給定發射的總平均功率的規定百分數β/2。通常，除另作規定外，β/2值應取0.5%，即99%帶寬。根據拓展Shannon公式可以得出理論上的信道帶寬[2]，本文運用Matlab仿真估算出信號帶寬，同時確定帶寬與參數的關系，從而選擇合適的系統參數。假設采樣頻率fs=50kHz，具體步驟如下:?
??? (1)發送1 000bit數據，在參數T(帶寬B與A無關，取A=1）變化的情況下，估算得到VWDK調制信號的99%帶寬W。得到W與T的關系曲線如圖2，可見帶寬W隨著T的增大而減小。?
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??? (2)根據國家規定，電臺間隔是9kHz。若考慮鄰路保護間隔（按照CCITT標準，應為900Hz，這樣可以使鄰路干擾電平低于-40dB），SSB-SC的發射帶寬B<8.1kHz，VWDK調制的帶寬W=2B<16.2kHz。對比圖2，如當α=0.1時，要求T大約是大于15ms。?
2 VWDK調制的短波調幅廣播系統?
2.1系統概述?
??? 考慮到VWDK調制信號的上、下兩邊帶分離，為提高頻帶利用率，可采用單邊帶抑制載波（SSB-SC）的調制方式。同時為便于在解調端實現載波同步，應使載波頻率等于比特速率的整數倍，而比特同步可根據VWDK過零點時刻的差異實現。?
??? VWDK調制的HF-SSB廣播系統框圖如圖3所示。?
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2.2 SSB-SC射頻傳輸原理?
??? 單邊帶(SSB)調制的傳統實現方法主要有兩種：濾波法和正交法。濾波法使用邊帶濾波器分別濾出上、下邊帶信號，但是對邊帶濾波器的要求過高，不易實現。所以一般還是采用正交法來生成單邊帶信號。
??? 已調信號的時域表達式為：?
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其中，u-(t)為上邊帶信號，u+(t)為下邊帶信號。?
??? 單邊帶信號的解調要采用相干解調，如圖3所示。設接收機本地振蕩為cos(2πfct+φ)，接收到的已調SSB信號為:?
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??? 將r(t)與本地振蕩cos(2πfct+φ)相乘，再濾除二倍頻后的輸出為：?
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其中，N(t)為噪聲信號。?
??? 圖4顯示了VWDK信號的SSB-SC傳輸的上邊帶功率譜圖。?
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2.3 FDMA多址方式?
??? 在移動通信系統的FDMA方式中，每個信道用一個載頻，用單路單載波方式。設FDMA的系統容量用每個小區可用信道數目來度量。設系統總頻帶資源為W，一個信道的帶寬為B，小區群中小區的數目為M，則每個小區內可用的信道數目為[3]：?
??? N=W/(BM)????????????????????????????????????????????????? (8)?
??? 如果只考慮第一層同頻信道的干擾，對窄帶調頻調制的FDMA，假設要求的信干比門限(S/I)th(即信干比至少大于這個門限值)，可得：?
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??? 將式(9)帶入式(8)，得到FDMA的系統容量為：?
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??? 所以，當系統總頻帶資源和每個信道所需帶寬確定，每個小區分配到的信道數目取決于系統所需的信干比的要求。?
3 性能仿真?
??? 以下仿真中，SSB-SC系統采樣頻率fs=20kHz，載頻fc=7.0MHz，取碼元間隔（周期）T=15ms。假設
<500W。?
??? 表1顯示了當α取0.1～0.9時，要求的A和估算的VWDK調制帶寬。?
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??? 從表中可以看出，此時VWDK調制帶寬W=2B<16.2kHz，滿足帶寬要求。同時，隨著α的增大,VWDK調制帶寬明顯減小，可以進一步減小電臺間頻率間隔。?
??? 以下對VWDK調制的HF-SSB廣播系統性能做進一步分析。?
??? 首先，按照圖3所示系統結構，（參數設定如表1），在Matlab中做誤碼率仿真，得到系統性能曲線(發送10 000bit數據)，如圖5。當α=0.3時，系統誤碼率最低，若要求誤碼率<10-5，則SNR>11dB。?
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??? 其次，考慮不同小區群小區數目M取值，對系統整體性能的影響。這里只討論單個小區群的誤碼率，不考慮相鄰小區的同頻干擾?？紤]到國家無線電頻譜使用規定，把7.0MHz～7.1MHz頻段作為系統的傳輸頻段。假設電臺間隔9kHz。VWDK調制波形參數設置為：A=0.16,T=15ms，α=0.3；SSB-SC取上邊帶信號；信道為AWGN；每個小區發送10 000bit數據。系統誤碼率如圖6。當M=5時，SNR=20dB即可達到誤碼率<10-5。?
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??? 本文討論了一種新的HF-SSB廣播系統，利用VWDK調制的高頻帶利用率以及低誤碼率這些特點，提高了系統性能。同時，采用FDMA復用方式，提供了一種多電臺情況下的系統方案。通過對VWDK調制的參數選擇，滿足了信號帶寬的國家標準。選擇7.0MHz～7.1MHz頻段作為系統的傳輸頻段，考察了多電臺下該廣播系統的性能。通過以上分析，探索了一種采用UNB技術傳輸的新一代通信系統論證，提供超大容量的超高速信息傳輸，可省去空-時處理之繁與多天線接收實現之難。?
參考文獻?
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[3] 仇佩亮，陳惠芳，謝磊.數字通信基礎.北京：電子工業出版社，2007:96-102.?
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[5] WALKER H R.VPSK and VMSK modulation transmit?digital audio and video at 15 Bits/sec/Hz [J]. IEEE??Transactions on Broadcast Engineering, March 1997.?
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