一种较高频带利用率的无线传输数字调制

ａ叶技２０１１年第２４卷第２期　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．／Ｆｅｂ．１５．２０１　１　一种较高频带利用率的无线传输数字调制　倪炳巍　，张　月　１３００１２；２．吉林交通职业技术学院机械系，吉林长春１３００１２）　（１．吉林交通职业技术学院外语系，吉林长春摘要介绍了一种新的具有极高频带利用率的数字调制技术——最小波形差键控（ＶＷＤＫ），其可在不损失信噪　比的前提下极大地压缩信号传输所需的频带。文中对ＶＷＤＫ的调制方式进行了理论分析，并给出了功率谱计算机仿真　图。对ＶＷＤＫ的频带利用率进行估计，给出了ＶＷＤＫ传输系统设计方案。　关键词最小波形差键控；频带利用率；功率谱；调制与解调　ＴＮ９１１．３　文献标识码Ａ　文章编号１００７—７８２０（２０１１）０２—０１９—０３　中图分类号Ａ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｄａｔａ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｗｉｔｈ　Ｈｉｇｈ　Ｂａｎｄ　Ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｆＮｉ　Ｂｉｎｇｗｅｉ　，Ｚｈａｎｇ　Ｙｕｅ。　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｉｇｎ　Ｌａｎｇｕａｇｅｓ，Ｊｉｌｉｎ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００１２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅ，Ｔｉｌｉｎ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｃｈｕｎ　１　３００１　２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＶＷＤＫ，ａ　ｎｅｗ　ｄａｔａ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｂａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｉｓ　ｔｅｃｈ—　ｎｉｑｕｅ，ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｂａｎｄ　ｎｅｅｄｅｄ　ｆｏｒ　ｄａｔａ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｃｏｍｐａｃｔｅｄ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ＳＮＲ．Ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ＶＷＤＫ　ｉｓ　ｅｘｐｌａｉｎｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｂａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ＶＷＤＫ　ｉｓ　ｅｓｔｉｍａｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｐｏｓａｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ＶＷＤＫ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ＶＷＤＫ；ｂａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；Ｐｏｗｅｒ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ；Ｍｏｄｅｍ　为了在已有模拟信道下提高数据传输效率，各种　正弦波，在频域就是一根非零频谱线，能量高度集　中，理论上带宽为０，当然也无法传递任何有用信　息。假设该正弦波的频率保持不变，波形略微抖动，　传输技术被广泛使用，而探寻新的通过压缩带宽来提　高数据传输效率的方法倍受关注。近年来，甚小频移　键控（ＶＭＳＫ）调制技术发展飞速，其频带利用率已达　到１５　ｂｉｔ／（Ｓ・Ｈｚ）。２００１年，Ｓａｙｈｏｏｄ　Ｋ　Ｈ和吴乐南　提出了一种新型的采用类正弦波调制的ＶＭＳＫ，这种　则其频谱能量仍高度集中在载频的谱线上，但两旁会　出现与随机抖动相对应的连续谱，此外在载频的谐波　处也会出现离散的谱线，这是信号分析的结果。由于　波形的抖动较微小，连续谱和谐波离散谱的能量远低　于载频能量。如果载波波形的微小抖动受控于有用信　息，即可实现频谱利用率很高的调制　Ｊ。因此“最小　波形差键控”（Ｖｅｒｙ—ｍｉｎｉｍｕｍ　Ｗａｖｅｆｏｒｍ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｋｅｙｉｎｇ简称ＶＷＤＫ）的高效调制方式由此而来。　１．２、／＼／＼／ＤＫ调制原理与实现　ＶＭＳＫ具有较高的频带利用率，较高的信噪比和较低　的误比特率。而最小波形差键控（ＶＷＤＫ）是从ＶＭＳＫ　的类正弦波调制；发展起的，一种超窄带（ＵＮＢ）载　波调制技术。它通过对一个波形参数的调控，实现带　宽效率与解调性能之间的折衷。本文通过对ＶＷＤＫ　原理的深入研究，表明了理论与仿真结果的一致性，　从而验证了ＶＷＤＫ高频带利用率的可行性，并给出　ＶＷＤＫ是对等概率二进制信息进行最小波形差　键控的调制技术。原理概括如下：遇到逻辑“１”，在　时间间隔　内发送波形ｇ　（ｔ），而遇到逻辑“０”，则　在　内发送波形ｇ　（ｔ）。其中，ｇ　（ｔ）＝ｇ（ｔ，ｒ），　ｇ　（ｔ）：ｇ（ｔ，Ｔ，一　ｒ），ｇ（ｔ，丁）定义与波形如图１　所示　ｊ。　ｆ　ｓｉｎ　，０≤ｔ≤丁　了ＶＷＤＫ传输系统的设计方案。　１　ＶＷＤＫ的原理与仿真　１．１　ＶＷＤＫ调制理论来源　要提高频带利用率，就要在单位频带内传输更高　的数码率。带宽最窄的信号形式是正弦波。一个纯粹　收稿日期：２０１０．１０．２９　作者简介：倪炳巍（１９７０一），男，讲师。研究方向：电子工　程技术。　ｇ（ｔ，ｒ）＝｛【　．　ｓ　ｉｎ（　耵＋耵），　≤　（１）　ｗｗｗ　［１ｉ￣］ＨＺｉｋ叫ｉｌⅢ蛆　倪炳巍，等：一种较高频带利用率的无线传输数字调制　，４　１．３　ＶＷＤＫ的功率谱与仿真图　／　Ａ　Ｔ－Ｔ　＼　调制信号的功率谱直接决定其传输带宽及带宽效　／‘　图１　ＶＷＤＫ波形模型　率。若令ｒ：ＯＴ，而“０”作为波形调控参数就直接影　响着ＶＷＤＫ已调波的功率谱形状及相应的传输带宽。　当　—　时，已调波的能量越来越分散，带宽越来越　宽；而当　１时，已调波的能量越来越集中，带宽　越来越窄。功率谱的表达式如式（２）所示，图２为　取不同值时ＶＷＤＫ已调波的功率谱估计。　ｓ　其中，　为信号波形的周期，同时也是信息的符号宽　度和码元宽度；而ｆ＝１／　则为信号的波形频率，在　数值上也等于码元的传输速率；波形分两段分别定　义，每段都是类正弦波的半个周期，但是幅度分别为　Ａ　Ａ　和　，周期为２ｔｒ和２（　一下）。　０　４０　｛　（　，　（￡）ｅ＿ｊ　ｄ￡。　，　（　）ｅｊｔ￣ｔｄ　））　—懈　蠡一８Ｏ　Ｏ　５　频率　ｌＯ　Ｏ　５　频率　ｌＯ　Ｏ　频率　５　１Ｏ　Ｏ　频率　５　１Ｏ　０　－４０　８０　碍　一Ｏ　５　１０　０　５　ｌ０　０　５　１０　０　５　ｌＯ　频率　（ｅ）ａ＝Ｏ．６　频率　（ｆ）ａ＝０．７　频率　ｆｇ）ａ＝Ｏ．８　频率　（ｈ）ａ－－０．９　图２　０：０．２—０．９时ＶＷＤＫ信号的功率谱Ｐ　（　）　：　２　、／＼／＼／ＤＫ的传输系统　ｌ　解调系统工作原理：失真的ＶＷＤＫ接收信号经　过必要的放大后由ＡＤＣ转换为数字信号，经过逆滤　波器的数字滤波后，送入相干解调器，完成对相应　“０”、“１”序列的解调　．１＋　Ⅱ＋　ｌ∞　ＶＷＤＫ的传输系统分为调制系统和解调系统，　分别如图３和图４所示。调制系统工作原理：发送端　２　直接由图１表达式的一个周期内的已调波形ｇ（ｔ，　）　和ｇ（ｔ，Ｔ一彳）的离散采样值预先保存在存储器内，　然后在欲传输的信息序列的控制下按照时钟发生器提　供的采样频率来选择对应的ｇ（ｔ，丁）或ｇ（ｔ，Ｔ一下）波　形样本；选中的调制波形经滤波器滤波后，由ＤＡＣ　直接转换成模拟的已调波输出。　图４　ＶＷＤＫ解调系统　３数值分析　由于ＶＷＤＫ是一种载波调制方式，信息速率可以　等于载频，理论上可以达到射频载波的频率。即使在　相对容易实现的中频上进行处理，也能得到几十　图３　ＶＷＤＫ调制系统　ｋｂ・Ｓ。。。、数百ｋｂ・Ｓ　的传输码率。频带利用率，就　（下转第２６页）　ｗｗｗ。Ｏｋ￣ｒＪｚｉｋ哪ｉ　ＯＩ　ｇ　２０　翟希述，等：基于Ｖｉｓｕａｌ　ｃ｝｝的串口通信程序设计　３　结束语　本文对在Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ｝｝２００８环境下使用串行通信组　件ＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＣｏｍＰｏｒｔ编程的方法作了探讨，通过Ｓｅｒｉ—　ａｌＰｏｒｔ组件属性、方法可以方便灵活地写出串口通信　程序、生成的软件界面友好、操作使用方便，实践证　明，效果良好。　参考文献　［１］王华秋．Ｖｉｓｕａｌ　ｃ＃．ＮＥＴ程序设计基础教程［Ｍ］．北　京：清华大学出版社，２００９．　图１软件程序流程图　［２］　Ｊａｍｅｓ　Ｆｏｘａｌ１．Ｖｉｓｕａｌ　ｃ＃２００８人门经典［Ｍ］．北京：人　民邮电出版社，２００９．　２．４生成的串口通信运行界面　［３］　张家祥．Ｃ＃范例解析［Ｍ］．北京：电子工业出版　社，２００２．　生成的串口通信运行界面如图２所示。　［４］　王振江，王添添．ｃ蜾程设计案例精编［Ｍ］．北京：中　国水利水电出版社，２００６．　［５］孔琳俊．３０天学通ｃ＃项目案例开发［Ｍ］．北京：电子　工业出版社，２００９．　［６］　李勇平，陈峰波．ＡＳＰ．ＮＥＴ（ｃ＃）基础教程［Ｍ］．北　京：清华大学出版社，２００６．　图２　串口通信运行界面　・＋　＋”＋．．——　“＋”＋”＋”—・　＋“＋”＋－．＋“　“＋”—　一—－　－－＋”十一．＋“＋”＋“＋一＋　＋”＋“＋ｎ＋”＋”＋・．－ｔ－－一　（上接第２０页）　是在单位频带内传输的数码率，单位为ｂ／（Ｓ・Ｈｚ）。若　信号的频率．厂＝１／Ｔ＝１５　ｋＨｚ时，数码率为１５　ｋｈ・ｓ～，　若信号的带宽为２００～３００　Ｈｚ，由频带利用率＝数码率／　带宽，即频带利用率可以达到５０～７５　ｂｉｔ／（ｓ・Ｈｚ）。而　当ｆ－－２０　ｋＨｚ时，调制效率可达１００　ｂｉ／（Ｓ・Ｈｚ），甚至　ｔ更高　调制效率比以往有较大提高，具有广泛的应用前景。　参考文献　［１］　Ｗａｌｋｅｒ　Ｈ　Ｒ．Ｈｉｓｈ　Ｓｐｅｅｄ　Ｂｉｎａｒｙ　Ｄａｔａ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓ—　ｔｅｒｎ［Ｐ］．ＵＳＡ：Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ４７４２５３２，１９８８．　『２　１　Ｗａｌｋｅｒ　Ｈ　Ｒ．ＶＰＳＫ　ａｎｄ　ＶＭＳＫ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｕｓｍｉｔ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｕｄｉｏ　ａｎｄ　Ｖｉｄｅｏ　ａｔ　１５　ｂｉｔｓ／ｓｅｃ／Ｈｚ　ｆ　Ｊ　１．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　ｏｎ　４　结束语　ＶＷＤＫ是一种载波调制方式，信息速率可以等于　载频，又由于传输信号的波形非常接近正弦波，占用　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ，１９９７（１）：９６—１０３．　［３］　Ｓａｙｈｏｏｄ　Ｋ　Ｈ，Ｗｕ　Ｌｅｎａｎ．Ｒａｉｓｅ　Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　Ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ｗｉｔｈ　Ｓｉｎｅ—ｗａｖｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ＶＭＳＫ［Ｊ］．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓ　ａｎｄ　ＲＦ　Ｍａｇ，２００１（４）：７９—８４．　带宽很窄，可以实现超窄带的高速数据传输。由于发　送端直接将调制波形的数字样本经Ｄ／Ａ转换后输出，　而接收端直接经Ａ／Ｄ后解调输出，整个系统实现全　数字化处理，容易集成。对于ＶＷＤＫ调制技术，只　［４］李小平，吴乐南．ＶＷＤＫ调制波的形优化［Ｊ］．电子与　信息学报，２００５，２７（１１）：１７１４—１７１６．　［５］　李小平，吴乐南．一类规范的类正弦ＶＭＳＫ调制的功率　谱分析［Ｊ］．电波科学学报，２００３，１８（６）：７２１—７２６．　［６］　吴乐南．超窄带传输与缩频通信体制［Ｊ］．电信快报，　２００４（２）：１６—１８．　需改变一个参数０，就可以控制信号带宽，而调制与　解调方式不变，系统控制灵活。虽然ＶＷＤＫ可以使　ＶＶＩＮＶ　。ｔｌｉ￣ｒｌｚｉｋｅｊｉ．０ｒｇ