《無線電監(jiān)測(cè)與測(cè)向定位》課件第3章

第3章無線電監(jiān)測(cè)信號(hào)的特征分析3.1概述

3.2模擬無線電信號(hào)特征分析

3.3數(shù)字信號(hào)特征分析

3.4多路復(fù)用和特殊無線電信號(hào)特征分析

3.1概述

3.1.1無線電信號(hào)特征的分類

對(duì)無線電信號(hào)的特征，目前尚沒有統(tǒng)一、嚴(yán)格的分類。下面按照長(zhǎng)期以來人們對(duì)無線電信號(hào)特征的習(xí)慣分類加以介紹。

1.信號(hào)的內(nèi)部特征與外部特征

信號(hào)的內(nèi)部特征通常指無線電信號(hào)所包含的信息內(nèi)容。除信息內(nèi)容以外，無線電信號(hào)所具有的其他所有特征統(tǒng)稱為信號(hào)的外部特征。所以，內(nèi)部特征和外部特征是完整反映無線電信號(hào)特征的兩個(gè)方面。

2.通聯(lián)特征與技術(shù)特征

無線電信號(hào)的外部特征主要表現(xiàn)為通聯(lián)特征和技術(shù)特征。

通聯(lián)特征主要反映無線電通信聯(lián)絡(luò)的特點(diǎn)，主要包括通信諸元、聯(lián)絡(luò)情況和聯(lián)絡(luò)關(guān)系、電報(bào)作業(yè)特點(diǎn)、手法音響特點(diǎn)等內(nèi)容。通信諸元是指由頻率、呼號(hào)、通信術(shù)語和通聯(lián)時(shí)間構(gòu)成的通信聯(lián)絡(luò)的幾項(xiàng)重要元素，是監(jiān)聽敵方無線電信號(hào)的基本元素。聯(lián)絡(luò)情況和聯(lián)絡(luò)關(guān)系是指聯(lián)絡(luò)次數(shù)(頻繁程度)、通信網(wǎng)絡(luò)組成等方面的內(nèi)容。電報(bào)作業(yè)特點(diǎn)是指電報(bào)的種類、電報(bào)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。

手法音響特點(diǎn)是指信號(hào)的音響情況以及人工莫爾斯電報(bào)的手法特點(diǎn)。通聯(lián)特征是靠耳聽偵察以及在此基礎(chǔ)上的分析判斷得到的。技術(shù)特征是指無線電信號(hào)在技術(shù)方面反映出來的特點(diǎn)，主要是用信號(hào)的波形、頻譜和技術(shù)參數(shù)來表征的，技術(shù)參數(shù)有信號(hào)的頻率、電平、帶寬、調(diào)制指數(shù)、跳頻信號(hào)的跳速、數(shù)字信號(hào)的碼元速率以及電臺(tái)的位置參數(shù)等。信號(hào)的技術(shù)參數(shù)需要通過測(cè)量才能得到。通過對(duì)信號(hào)技術(shù)參數(shù)的分析、判斷，可以得到信號(hào)種類、通信體制、網(wǎng)絡(luò)組成等方面的信息。3.1.2技術(shù)特征

1.信號(hào)的一般技術(shù)特征

信號(hào)的一般技術(shù)特征所對(duì)應(yīng)的技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)比較容易分析識(shí)別和提取測(cè)量。

一般技術(shù)特征中各種信號(hào)共有的特征主要有：

(1)工作頻率。對(duì)包含有載頻的無線電信號(hào)，如AM信號(hào)、ASK信號(hào)等，工作頻率指載頻頻率；對(duì)于不包含載頻的信號(hào)，如SSB信號(hào)，由監(jiān)測(cè)測(cè)量得到的工作頻率一般為信號(hào)頻譜的中心頻率。

(2)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與帶寬。

(3)信號(hào)的波形與相對(duì)電平。信號(hào)的波形可以在顯示器上顯示出來，它是識(shí)別信號(hào)的重要依據(jù)。嚴(yán)格來講，信號(hào)的電平應(yīng)該在監(jiān)測(cè)接收機(jī)的輸入端測(cè)量，但實(shí)現(xiàn)起來難度很大。實(shí)際測(cè)量的信號(hào)電平一般是經(jīng)過監(jiān)測(cè)接收機(jī)內(nèi)部電路放大處理后的相對(duì)電平。

(4)信號(hào)的來波方位，這是由無線電測(cè)向確定的。

(5)電波的極化方式。在短波、超短波采用地面波和天波傳播的情況下，信道對(duì)電波的極化方式影響很大，在監(jiān)測(cè)接收無線電信號(hào)時(shí)，一般不考慮電波的極化問題。但對(duì)某些微波通信信號(hào)而言，如微波接力通信信號(hào)，信道對(duì)電波的極化影響較小，監(jiān)測(cè)接收必須考慮電波的極化問題。為此，需要測(cè)量電波的極化方式。偵察或監(jiān)測(cè)接收到的無線電信號(hào)都是經(jīng)過調(diào)制的已調(diào)信號(hào)，不同的調(diào)制信號(hào)具有不同的調(diào)制特征，描述不同調(diào)制信號(hào)特征的技術(shù)參數(shù)主要有：

·AM信號(hào)的調(diào)幅度；

·FM信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)；

·數(shù)字信號(hào)的碼元速率(或信息速率)和碼元寬度；

·FSK信號(hào)的頻移間隔；

·DS信號(hào)的擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度；

·FH信號(hào)的跳頻頻率集和跳速；

·多路復(fù)用信號(hào)的復(fù)用路數(shù)。上述技術(shù)參數(shù)都是可以直接測(cè)量的。根據(jù)直接測(cè)量的技術(shù)參數(shù)，又可以推斷出被監(jiān)測(cè)無線電系統(tǒng)的某些技術(shù)參數(shù)和技術(shù)特征。例如：根據(jù)信號(hào)的來波方位，可以利用測(cè)向定位確定發(fā)射臺(tái)的地理位置；根據(jù)信號(hào)相對(duì)電平和發(fā)射臺(tái)的地理位置，可以估算出發(fā)射臺(tái)的發(fā)射功率；根據(jù)信號(hào)帶寬可以估計(jì)出被監(jiān)方接收機(jī)的系統(tǒng)帶寬；根據(jù)信號(hào)的波形和頻譜結(jié)構(gòu)可以判斷信號(hào)的調(diào)制方式；等等。

2.信號(hào)的細(xì)微技術(shù)特征

信號(hào)的細(xì)微技術(shù)特征又簡(jiǎn)稱信號(hào)的細(xì)微特征，最先是出現(xiàn)在對(duì)雷達(dá)信號(hào)的分選識(shí)別中，后來又將這一概念應(yīng)用到對(duì)通信信號(hào)特征的分析中。但是，什么是無線電信號(hào)的細(xì)微特征，目前尚沒有公認(rèn)的確切定義。如果從籠統(tǒng)的概念上講，信號(hào)的細(xì)微特征應(yīng)當(dāng)是能夠精確反映信號(hào)個(gè)體特點(diǎn)的技術(shù)特征，這些技術(shù)特征主要有以下幾方面。

1)信號(hào)載頻的精確度

不論信號(hào)本身是否含有載頻，產(chǎn)生該信號(hào)的發(fā)射臺(tái)中總是有載頻，已調(diào)信號(hào)則是由基帶信號(hào)對(duì)該載頻調(diào)制而產(chǎn)生的。由于任何載頻都不是絕對(duì)穩(wěn)定的，因此，實(shí)際的載頻不會(huì)完全精確等于其標(biāo)稱頻率值，總是存在或大或小的偏差。以目前的短波單邊帶電臺(tái)為例，工作頻率一般為1.5～30MHz，用同一個(gè)晶體振蕩器通過頻率合成技術(shù)產(chǎn)生所需載頻，載頻的相對(duì)穩(wěn)定度一般為Δf/f=10－6～10－7。假如電臺(tái)在f＝10MHz的標(biāo)稱頻率上工作，那么，可能的最大頻率偏差為|Δf|=10×106×(10－6～10－7)=(10～1)Hz。如果用穩(wěn)定度更高的頻率(例如Δf/f=10－9)作為基準(zhǔn)頻率對(duì)其測(cè)量，只要信號(hào)存在的時(shí)間足夠長(zhǎng)，信噪比足夠大，則從理論上是可以測(cè)出該載頻的實(shí)際頻率偏差的。在采用頻率合成器產(chǎn)生所需載頻的情況下，一部電臺(tái)通常用一個(gè)晶體振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源，當(dāng)電臺(tái)在不同工作頻率上工作時(shí)，載頻的相對(duì)頻率偏差(Δf/f)是不變的，而絕對(duì)頻率偏差隨工作頻率而改變。對(duì)于不同的電臺(tái)，由于采用的不是同一個(gè)晶體振蕩器，因此，相對(duì)頻率偏差和絕對(duì)頻率偏差都是不同的。從理論上講，只要能對(duì)信號(hào)載頻作足夠精確的測(cè)量，根據(jù)頻率偏差的大小，是可以作為個(gè)體信號(hào)識(shí)別依據(jù)的。當(dāng)然，對(duì)信號(hào)載頻進(jìn)行精確測(cè)量，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上較為困難。

2)話音信號(hào)的語音特征

每個(gè)人講話都有自身的語音特征，用人耳聽辨是不難的。在無線電監(jiān)測(cè)中，如果能對(duì)被監(jiān)方講話者的語音實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別，對(duì)于識(shí)別被監(jiān)方無線電通信網(wǎng)臺(tái)并獲得有價(jià)值的信息資料都是很有意義的。語音識(shí)別只是無線電監(jiān)測(cè)的一個(gè)輔助手段。

3)發(fā)射臺(tái)的雜散輸出

任何發(fā)射臺(tái)在發(fā)射有用信號(hào)的同時(shí)，不可避免地總是伴隨有不需要的雜散頻率被發(fā)射出去。雜散頻率成分主要有互調(diào)頻率成分、諧波輻射、電源濾波不良引起的寄生調(diào)制等。不同的發(fā)射臺(tái)，由于電路參數(shù)及電特性的差異，其雜散輸出的成分和大小也不相同。如果監(jiān)測(cè)接收設(shè)備能對(duì)發(fā)射臺(tái)的雜散輸出進(jìn)行提取和測(cè)量，將為識(shí)別不同的電臺(tái)提供重要依據(jù)。但是，由于雜散成分比信號(hào)小得多，因此對(duì)其提取和測(cè)量是十分困難的。

4)信號(hào)調(diào)制參數(shù)的差異

無線電監(jiān)測(cè)信號(hào)都是經(jīng)過調(diào)制的，不同發(fā)射設(shè)備因采用器件和電路參數(shù)的差異，也會(huì)引起信號(hào)調(diào)制參數(shù)的差異(即使是相同型號(hào)的發(fā)射機(jī))。例如，2FSK信號(hào)的頻移間隔、AM信號(hào)的調(diào)幅度(統(tǒng)計(jì)平均值)、FH信號(hào)的跳速等，即使用相同型號(hào)的不同發(fā)射機(jī)發(fā)射相同調(diào)制樣式的信號(hào)，只要測(cè)量精度足夠高，也可以根據(jù)測(cè)量結(jié)果區(qū)分出不同發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)。以上舉例說明，從理論上講，確實(shí)存在無線電信號(hào)的細(xì)微技術(shù)特征，能夠更精細(xì)地反映出某一個(gè)體信號(hào)的某些技術(shù)特性。信號(hào)的一般技術(shù)特征可以反映出某一類信號(hào)的一些共同特點(diǎn)，例如，AM話信號(hào)的波形、頻譜結(jié)構(gòu)、信號(hào)帶寬是近似相同的；采用同一型號(hào)的發(fā)射機(jī)和同一型號(hào)印字電報(bào)機(jī)傳送的2FSK電報(bào)信號(hào)，其波形、頻譜、信號(hào)帶寬、碼元速率、頻移間隔等參數(shù)也是相同(或基本相同)的。因此，根據(jù)信號(hào)的一般技術(shù)特征，可以對(duì)不同類型的信號(hào)實(shí)現(xiàn)分類識(shí)別。目前在技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)無線電信號(hào)不同調(diào)制方式的自動(dòng)分類識(shí)別。但是，欲在同一類信號(hào)(例如采用相同型號(hào)的不同發(fā)射設(shè)備發(fā)送的2FSK信號(hào))中識(shí)別出每一個(gè)個(gè)體信號(hào)，僅憑借一般技術(shù)特征就難以實(shí)現(xiàn)了。從上述討論看出，根據(jù)信號(hào)的細(xì)微特征，能夠做到對(duì)個(gè)體信號(hào)特征的識(shí)別，甚至對(duì)發(fā)射臺(tái)和發(fā)信人個(gè)體特征的識(shí)別，這樣，就可以在更高程度上對(duì)信號(hào)進(jìn)行更為細(xì)致的識(shí)別分類。

對(duì)無線電信號(hào)的細(xì)微特征，目前尚缺乏系統(tǒng)深入的研究。對(duì)于無線電信號(hào)細(xì)微特征的確切含義、具體內(nèi)容、分析方法以及特征參數(shù)的提取測(cè)量方法等一系列問題，都有待于做更深入的分析研究。

3.信號(hào)技術(shù)特征輸出口的選擇

信號(hào)技術(shù)特征是從監(jiān)測(cè)接收機(jī)輸出的信號(hào)中進(jìn)行提取和測(cè)量的。按照信號(hào)在典型接收機(jī)中的變換過程，可以有三種不同的信號(hào)輸出口，即音頻(或基帶)輸出口、中頻輸出口和射頻輸出口(見圖3-1)。圖3-1接收機(jī)信號(hào)輸出口示意圖音頻輸出口輸出的是經(jīng)過解調(diào)后的基帶信號(hào)，由此可以對(duì)基帶信號(hào)的特征進(jìn)行提取和測(cè)量，對(duì)模擬話音信號(hào)可以進(jìn)行監(jiān)聽和錄音，可以提取講話者的語音特征。對(duì)數(shù)字信號(hào)可以測(cè)量其碼元速率和碼元寬度。對(duì)音頻電報(bào)信號(hào)可以監(jiān)聽和錄音，對(duì)人工莫爾斯電報(bào)的手法特征可以進(jìn)行機(jī)器自動(dòng)提取，等等?；鶐盘?hào)頻率較低，易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)特征的自動(dòng)提取和處理。但基帶信號(hào)失去了原已調(diào)信號(hào)的調(diào)制特征，另外，受監(jiān)測(cè)接收機(jī)解調(diào)方式的限制，有些信號(hào)(尤其是特殊的無線電信號(hào))不能解調(diào)，這就使得從音頻輸出口提取信號(hào)特征受到了限制。中頻輸出口輸出的是中頻信號(hào)，它基本上保留了已調(diào)信號(hào)的全部技術(shù)特征，而且，中頻為固定頻率且頻率較低(用低中頻輸出)，易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字處理，因此，目前的監(jiān)測(cè)接收設(shè)備對(duì)已調(diào)信號(hào)技術(shù)特征的提取和測(cè)量，基本都是在中頻進(jìn)行的。例如，對(duì)于中頻頻譜和波形的顯示，信號(hào)帶寬、相對(duì)電平、AM信號(hào)調(diào)幅度、FSK信號(hào)頻移間隔等參數(shù)的測(cè)量都是在中頻信號(hào)上實(shí)現(xiàn)的。射頻輸出口輸出的是射頻信號(hào)。接收機(jī)的射頻電路帶寬比較寬，且為線性電路，與中頻信號(hào)比較，射頻信號(hào)保留已調(diào)信號(hào)的特征更為完善。這是因?yàn)?，中頻信號(hào)經(jīng)過了非線性變換和窄帶濾波，會(huì)使已調(diào)信號(hào)失去一部分固有特征，尤其信號(hào)的細(xì)微特征。因此，從理論上講，從射頻信號(hào)中提取已調(diào)信號(hào)的技術(shù)特征和進(jìn)行參數(shù)測(cè)量是最佳的，但是實(shí)際實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度很大，主要表現(xiàn)在：

(1)射頻信號(hào)的頻率是可變的，現(xiàn)代監(jiān)測(cè)接收機(jī)的工作頻率范圍一般都很寬(有的達(dá)1000MHz)，這給實(shí)現(xiàn)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集帶來了很大困難。

(2)射頻信號(hào)很微弱(一般為幾毫伏量級(jí))，在寬頻段內(nèi)對(duì)射頻信號(hào)作高倍數(shù)放大的技術(shù)難度很大，這也給信號(hào)采集和數(shù)字處理帶來了困難。

(3)受器件精度、速度和計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量與處理時(shí)間的約束。射頻信號(hào)頻率一般都很高，需用高速A／D器件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在實(shí)際應(yīng)用中，A／D器件的速度不一定滿足要求。在A／D速度滿足要求的情況下，數(shù)據(jù)采集時(shí)間短，經(jīng)FFT處理，頻率分辨率很低；若要求提高頻率分辨率，則需要加大數(shù)據(jù)采集時(shí)間，這就要求計(jì)算機(jī)有大的內(nèi)存容量，并且處理時(shí)間增長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性變差。在射頻信號(hào)頻率很高的情況下，上述矛盾往往很難同時(shí)兼顧得到解決?；谏鲜鲈?，目前尚未見到從射頻信號(hào)提取信號(hào)技術(shù)特征在實(shí)際監(jiān)測(cè)接收設(shè)備上的應(yīng)用。但是，隨著器件水平的提高和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，從射頻信號(hào)提取信號(hào)特征，預(yù)計(jì)很快會(huì)在無線電監(jiān)測(cè)中得到應(yīng)用。

隨著無線電監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在無線電監(jiān)測(cè)中的廣泛應(yīng)用，使得對(duì)信號(hào)技術(shù)特征監(jiān)測(cè)的內(nèi)容越來越廣泛而深入，對(duì)信號(hào)處理識(shí)別的實(shí)時(shí)性越來越強(qiáng)，精度越來越高。本章和第4章主要是圍繞無線電監(jiān)測(cè)信號(hào)技術(shù)特征的內(nèi)容進(jìn)行討論的。

3.2模擬無線電信號(hào)特征分析

3.2.1

AM信號(hào)特征

1.AM信號(hào)的波形特征

設(shè)基帶調(diào)制信號(hào)為X(t)，載頻信號(hào)為

Sc(t)=Ac·cos(wct+j0) (3-1)

用AM信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以寫為

SAM(t)=［Ac+K·X(t)］·cos(wct+j0) (3-2)

式中，K是由調(diào)制電路決定的比例常數(shù)，為討論方便起見，令K=1，j0=0，于是AM信號(hào)的表達(dá)式可以表示為

SAM(t)=［Ac+X(t)］·coswct (3-3)

X(t)和SAM(t)的波形如圖3-2(a)、(b)所示。圖3-2

AM信號(hào)的波形與頻譜由式(3-3)和圖3-2可以看出：

(1)AM信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)為A(t)=Ac+X(t)。它與基帶調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)值成線性變化關(guān)系。瞬時(shí)包絡(luò)的最大值為Umax=Ac+Xmax；其最小值為Umin=Ac－Xmin。

AM信號(hào)經(jīng)過信道傳輸以后，由于噪聲和干擾的影響，接收到的AM信號(hào)，其瞬時(shí)包絡(luò)會(huì)有所失真。但是，只要接收信號(hào)的信噪比不是太低，信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)仍然可以反映基帶調(diào)制信號(hào)的基本變化規(guī)律。另外需要指出，在AM通信中，在調(diào)制信號(hào)存在的間隙(例如采用模擬話音調(diào)制時(shí)，在講話的間隙)，發(fā)射機(jī)一般發(fā)送載波信號(hào)，從理論上講其瞬時(shí)包絡(luò)是恒定的，但受噪聲的影響，包絡(luò)會(huì)引起載波幅度的起伏變化。噪聲引起載波包絡(luò)的變化和AM信號(hào)包絡(luò)的變化，都是隨機(jī)的，但是二者的統(tǒng)計(jì)特性是不同的。前者的隨機(jī)變化不具有相關(guān)性，而后者則具有相關(guān)性。

(2)AM信號(hào)的瞬時(shí)角頻率為w(t)=wc(為簡(jiǎn)便起見，以后統(tǒng)稱角頻率為頻率)，其瞬時(shí)頻移為Dw(t)=0。經(jīng)信道傳輸以后，噪聲引起的瞬時(shí)頻移很小，一般不予考慮。

2.AM信號(hào)的頻譜特征

傅立葉變換將信號(hào)的頻域表示與時(shí)域表示聯(lián)系在一起。設(shè)基帶信號(hào)X(t)的頻譜為X(w),對(duì)式(3-3)取傅立葉變換，則可以得到AM信號(hào)的頻譜表達(dá)式為

X(t)和SAM(t)的頻譜圖如圖3-2(c)、(d)所示，圖中wm為基帶信號(hào)X(t)的上限頻率。由式(3-4)和圖3-2可以看出：

(1)AM信號(hào)的頻譜是基帶信號(hào)頻譜在頻率軸上的線性搬移，是將X(t)的頻譜向上搬移到wc的兩邊。(3-4)

(2)AM信號(hào)的頻譜是由載頻和上、下兩個(gè)邊帶組成的。載頻幅度比邊帶的幅度大得多(后面將加以討論)，因此，在觀察AM信號(hào)的實(shí)際頻譜結(jié)構(gòu)時(shí)(只能觀察正頻域)，在w=wc

處會(huì)出現(xiàn)很大的尖峰。

(3)AM信號(hào)的帶寬為基帶信號(hào)帶寬的2倍，即BAM=2fm(fm=wm/2p)。當(dāng)X(t)為模擬話音信號(hào)時(shí)，軍用話音通信的基帶頻率一般取300～3000Hz，此時(shí)，AM信號(hào)的帶寬為：BAM=2×3000=6000Hz。

3.AM信號(hào)的調(diào)制參數(shù)

描述AM信號(hào)調(diào)制特征的參數(shù)為調(diào)幅度ma，其表達(dá)式為

為了使AM信號(hào)不產(chǎn)生過調(diào)制失真，要求ma≤1。

在單音調(diào)制的情況下，設(shè)調(diào)制信號(hào)為

X(t)=Am·cosWt

此時(shí)Umax=Ac+Am，Umin=Ac－Am，將其代入式(3-5)可以得到(3-5)

4.AM信號(hào)的功率利用率

在AM信號(hào)中，信息全部包含在上、下兩個(gè)邊帶中，而載頻不包含信息，卻占有一定的功率。兩個(gè)邊帶占有的功率用Px表示，稱有用功率。載頻占有的功率用Pc表示，稱無用功率。

AM信號(hào)的功率利用率又稱AM信號(hào)的調(diào)制效率，用hAM表示，它等于有用功率與AM信號(hào)的總功率之比，即

根據(jù)通信原理相關(guān)教材，可以得到功率利用率的表達(dá)式為(3-6)(3-7)3.2.2

DSB信號(hào)特征

DSB信號(hào)是由基帶信號(hào)與載頻信號(hào)相乘得到的。設(shè)基帶信號(hào)為X(t)，載頻為Sc(t)=Ac·coswct，則DSB信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

SDSB(t)=X(t)·Sc(t)=Ac·X(t)·coswct (3-8)

基帶信號(hào)與DSB信號(hào)的波形如圖3-3(a)、(b)所示，由圖可見：

(1)DSB信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)為A(t)=Ac·|X(t)|，它與基帶調(diào)制信號(hào)的絕對(duì)值成線性變化關(guān)系。在X(t)信號(hào)的過零點(diǎn)處，載頻相位出現(xiàn)反相。與AM信號(hào)比較可以發(fā)現(xiàn)，AM信號(hào)只有在ma=1的情況下，瞬時(shí)包絡(luò)才出現(xiàn)零點(diǎn)；而DSB信號(hào)，凡是X(t)信號(hào)的過零點(diǎn)處，也是瞬時(shí)包絡(luò)的零點(diǎn)。需要指出，對(duì)DSB通信而言，載頻是被抑制的，所以，在調(diào)制信號(hào)存在的間隙，發(fā)射機(jī)無載波發(fā)射，這與AM通信是不同的。

(2)DSB信號(hào)的瞬時(shí)頻移Dw(t)=0。

對(duì)式(3-8)取傅立葉變換可以得到DSB信號(hào)的頻譜表達(dá)式：

X(t)和SDSB(t)的頻譜圖如圖3-3(c)、(d)所示。由圖可見：

(1)DSB信號(hào)的頻譜是基帶信號(hào)頻譜在頻率軸上的線性搬移。其頻譜結(jié)構(gòu)只包含上、下兩個(gè)邊帶，而無載頻分量。這樣，在觀察DSB信號(hào)的實(shí)際頻譜時(shí)，就不會(huì)在wc處出現(xiàn)很大的尖峰。邊帶頻譜結(jié)構(gòu)取決于X(w)的結(jié)構(gòu)。(3-9)圖3-3

DSB信號(hào)的波形與頻譜

(2)DSB信號(hào)帶寬為基帶信號(hào)帶寬的2倍，即BDSB=2fm(fm=wm/2p)。

由于DSB信號(hào)中不存在不含信息的載頻分量，所以DSB信號(hào)的功率利用率是100％。

DSB信號(hào)在無線電傳真通信中應(yīng)用較多，主要用于傳送真跡傳真信號(hào)。

真跡傳真信號(hào)是由真跡傳真機(jī)產(chǎn)生的。真跡傳真機(jī)用于傳送以黑、白兩種色調(diào)為主的文件和報(bào)表。真跡傳真信號(hào)產(chǎn)生的原理是：在傳真機(jī)中用經(jīng)過聚焦的強(qiáng)光點(diǎn)(目前一般用激光)在原稿上掃描，被原稿反射的強(qiáng)弱不同的光經(jīng)過光電管轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度變化的電信號(hào)，即為真跡傳真的基帶信號(hào)。單路真跡傳真基帶信號(hào)的頻率范圍為0～1.3kHz，此基帶信號(hào)在傳真機(jī)中再經(jīng)過一次調(diào)制，形成欲傳送的真跡傳真信號(hào)。調(diào)制方式常采用調(diào)幅或雙邊帶調(diào)制，已調(diào)信號(hào)的帶寬為2.6kHz，接近于話音基帶信號(hào)帶寬，因此可以占用一個(gè)話路進(jìn)行傳送?；谶@樣的原因，單路真跡傳真機(jī)也稱話路傳真機(jī)。圖3-4畫出了雙邊帶調(diào)制時(shí)的真跡傳真信號(hào)頻譜，如果載頻取為F0=1.6kHz，則已調(diào)信號(hào)的頻率范圍為300～2900Hz，恰好在基帶話音頻帶之內(nèi)。在短波單邊帶通信中，有時(shí)用一個(gè)話路傳送真跡傳真信號(hào)。圖3-4真跡傳真信號(hào)頻譜3.2.3

SSB信號(hào)特征

1.SSB信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式與波形特征

SSB信號(hào)應(yīng)用最為廣泛的是抑制載頻的SSB信號(hào)，它只用DSB信號(hào)中的一個(gè)邊帶(上邊帶)傳送信息。在特殊情況下(例如與高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的通信)，一般用一個(gè)邊帶再加載頻(幅度一般較小)來傳送信息，這種單邊帶信號(hào)稱導(dǎo)頻制單邊帶信號(hào)。導(dǎo)頻制單邊帶應(yīng)用較少，下面我們只討論抑制載頻的單邊帶信號(hào)。

抑制載頻的SSB信號(hào)可以由DSB信號(hào)用邊帶濾波器濾除一個(gè)邊帶來得到。為了說明問題，我們首先討論單音調(diào)制的單邊帶信號(hào)。

設(shè)基帶信號(hào)為單音信號(hào)：

X(t)=Am·cosWt載頻信號(hào)為

Sc(t)=Ac·coswct

則雙邊帶信號(hào)為(3-10)式(3-10)中的第一項(xiàng)為上邊頻，第二項(xiàng)為下邊頻。若用邊帶濾波器濾除下邊頻，則可得到單音調(diào)制的上邊帶信號(hào)：

若用邊帶濾波器濾除上邊帶，則得到單音調(diào)制的下邊帶信號(hào)：

SLSB(t)=ASSB·cos(wct－W)t

(3-12)

由式(3-11)和式(3-12)可看出，單音調(diào)制的SSB信號(hào)為單頻正弦信號(hào)，上、下邊帶的振幅相同，而頻率分別為(wc+W)和(wc－W)。(3-11)單音調(diào)制的SSB信號(hào)不能充分體現(xiàn)出一般SSB信號(hào)波形的特點(diǎn)。SSB信號(hào)波形的特點(diǎn)，通常用等幅雙音調(diào)制的SSB信號(hào)加以描述。

設(shè)等幅雙音信號(hào)為

X1(t)=Am·cosW1t

X2(t)=Am·cosW2t

基帶調(diào)制信號(hào)為等幅雙音信號(hào)的疊加，即 X(t)=X1(t)+X2(t)=Am·(cosW1t+cosW2t)

(3-13)

將式(3-13)變?yōu)橐韵碌男问剑?/p>

X(t)=A(t)·［cosW1t+jW(t)］

經(jīng)過數(shù)學(xué)推演可以得到：

于是可以寫出：

按照上面的分析方法，可以寫出等幅雙音調(diào)制的SSB信號(hào)(取上邊帶)的表達(dá)式為(3-14)令w1=w

c+W1，w

2=w

c+W2，代入上式后得到：

經(jīng)數(shù)學(xué)推演得到：

將ASSB(t)和jSSB(t)代入式(3-15)得到：(3-15)(3-16)根據(jù)式(3-14)和式(3-16)可以畫出等幅雙音信號(hào)和等幅雙音調(diào)制單邊帶信號(hào)的波形圖，如圖3-5所示。由圖3-5并比較式(3-14)和式(3-15)可以看出，等幅雙音調(diào)制單邊帶信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)與等幅雙音信號(hào)的包絡(luò)成正比關(guān)系，即二者瞬時(shí)包絡(luò)具有相同的變化律，只是二者包絡(luò)內(nèi)的填充頻率不同。這一結(jié)論對(duì)于任意基帶信號(hào)調(diào)制的單邊帶信號(hào)都是適用的。圖3-5等幅雙音信號(hào)和等幅雙音調(diào)制單邊帶的信號(hào)波形以上對(duì)雙音調(diào)制單邊帶信號(hào)的分析，直觀地反映了單邊帶信號(hào)瞬時(shí)包絡(luò)和瞬時(shí)相位與基帶調(diào)制信號(hào)之間的關(guān)系。但在無線電監(jiān)測(cè)中，直接接收到的是已調(diào)單邊帶信號(hào)，需要根據(jù)接收到的SSB信號(hào)計(jì)算其瞬時(shí)包絡(luò)和瞬時(shí)相位(或瞬時(shí)頻移)，為此，我們將SSB信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行變換，以便找出計(jì)算瞬時(shí)包絡(luò)和瞬時(shí)相移的方法。

首先從單音調(diào)制的上邊帶信號(hào)數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行推演。

將式(3-11)重寫如下：

SUSB(t)=ASSB·cos(wc+W)t

利用三角函數(shù)公式進(jìn)行推演后得到：

SUSB(t)=ASSB·cosWt·coswct－ASSB·sinWt·sinwct

(3-17)同理可以得到下邊帶信號(hào)的表達(dá)式：

SLSB(t)=ASSB(cosWt·coswct+sinWt·sinwct)

將上、下邊帶信號(hào)表達(dá)式合并起來可以寫成：

式中，取“－”號(hào)為上邊帶，取“+”號(hào)為下邊帶。將以上的表示方法推廣到任意基帶信號(hào)調(diào)制的單邊帶信號(hào)。任意基帶調(diào)制信號(hào)可以看成是由n個(gè)余弦信號(hào)之和組成的：(3-18)經(jīng)雙邊帶調(diào)制后得到：

經(jīng)上邊帶濾波器后取出上邊帶：(3-19)按同樣的推演方法推演出下邊帶的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并與上邊帶表達(dá)式合并到一起，寫成一般的表示形式：

對(duì)于載頻wc而言，式(3-20)中括號(hào)內(nèi)的第一項(xiàng)與第二項(xiàng)是正交的，由此可以寫出單邊帶信號(hào)瞬時(shí)包絡(luò)和瞬時(shí)相移的表達(dá)式：

對(duì)jSSB(t)求導(dǎo)數(shù)可以得到瞬時(shí)頻移的表達(dá)式：(3-20)(3-21)(3-22)(3-23)

2.SSB信號(hào)的頻譜特征

由于SSB信號(hào)只是發(fā)送DSB信號(hào)中的一個(gè)邊帶，因此不難畫出任意基帶信號(hào)調(diào)制的SSB信號(hào)的頻譜，如圖3-6所示。圖3-6

SSB信號(hào)頻譜

由于SSB信號(hào)頻譜中不包含幅度較大的載頻分量，因此，在觀察SSB信號(hào)的實(shí)際頻譜時(shí)，一般不會(huì)出現(xiàn)固定的且幅度很大的尖峰。

SSB信號(hào)的帶寬與基帶調(diào)制信號(hào)帶寬相同，一般認(rèn)為BSSB=fm。SSB信號(hào)帶寬只有AM信號(hào)和DSB信號(hào)帶寬的一半,這是一個(gè)很突出的優(yōu)點(diǎn)。SSB信號(hào)的功率利用率為100％。

SSB信號(hào)主要用于短波通信。由于短波頻段窄，電臺(tái)信號(hào)十分擁擠，SSB信號(hào)占用帶寬窄的優(yōu)點(diǎn)使之用于短波通信顯得更為突出。目前的軍用短波通信電臺(tái)，基本都是采用單邊帶通信體制。話音信號(hào)采用SSB調(diào)制，短波頻段的移頻報(bào)通信也是占用SSB話路帶寬傳輸?shù)?。需要指出，中、大功率的短波SSB電臺(tái)，一般都可以利用上、下兩個(gè)邊帶同時(shí)傳送兩路SSB話音信號(hào)，這種情況下稱之為獨(dú)立邊帶制。在傳送兩路SSB話音信號(hào)的情況下，由于兩路話音信號(hào)是各自獨(dú)立的，兩路話音信號(hào)的頻譜不會(huì)完全同步出現(xiàn)和消失，并且頻譜結(jié)構(gòu)也不會(huì)完全相同(與講話人有關(guān))。而DSB信號(hào)的頻譜則與此不同，它的兩個(gè)邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)是一致的，并且同時(shí)出現(xiàn)和消失。

在微波頻段(例如微波接力通信和衛(wèi)星通信)采用頻分制傳輸多路模擬話音信號(hào)時(shí)，各路話音信號(hào)也是采用SSB調(diào)制，將各路基帶話音信號(hào)頻譜搬移到不同的子頻段上(見圖3-7)，形成群頻信號(hào)頻譜。群頻信號(hào)再對(duì)載頻調(diào)制形成射頻信號(hào)，第二次調(diào)制的調(diào)制方式視需要而定。圖3-7頻分復(fù)用N路話音信號(hào)頻譜3.2.4

FM信號(hào)特征

1.FM信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式與波形特征

眾所周知，F(xiàn)M信號(hào)是頻率受基帶信號(hào)調(diào)制的等幅信號(hào)，設(shè)基帶信號(hào)為X(t)，載頻信號(hào)為Sc(t)=Ac·coswct，則FM信號(hào)的瞬時(shí)頻率為

w(t)=wc+KfX(t)

(3-24)式中，Kf為比例常數(shù)，其大小取決于調(diào)頻器電路，稱為調(diào)頻靈敏度。

FM信號(hào)的瞬時(shí)相移為所以，F(xiàn)M信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

FM信號(hào)的瞬時(shí)頻移為

Dw(t)=Kf·X(t)

其最大頻移為

Dwm=Kf|X(t)|max

在單音調(diào)制的情況下，X(t)=Am·cosWt，則(3-25)FM信號(hào)的表達(dá)式為

單音調(diào)制時(shí)FM信號(hào)的波形如圖3-8所示，圖中也畫出了瞬時(shí)頻率w(t)隨時(shí)間的變化規(guī)律。對(duì)于任意基帶信號(hào)而言，F(xiàn)M信號(hào)的瞬時(shí)頻移Dw(t)是與X(t)呈線性關(guān)系變化的。其瞬時(shí)包絡(luò)在理論上是恒定不變的，但經(jīng)過無線信道傳輸以后，由于噪聲和干擾的影響，瞬時(shí)包絡(luò)會(huì)隨機(jī)變化，而變化的規(guī)律與前面討論的三種線性調(diào)制信號(hào)比較，具有不同的統(tǒng)計(jì)特性。另外，對(duì)于FM信號(hào)而言，在基帶信號(hào)存在的間隙，一般發(fā)信機(jī)發(fā)射載波信號(hào)。(3-26)圖3-8

FM信號(hào)的波形

2.FM信號(hào)的頻譜與帶寬

FM信號(hào)按其帶寬分為窄帶調(diào)頻和寬帶調(diào)頻。區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)一般如下：

1)窄帶調(diào)頻(NBFM)將上式用三角函數(shù)展開，得到：

代入SFM(t)的表示式后得到：

(3-27)首先討論單音調(diào)制的情況。

SFM(t)=Ac·cos(wct+mf·sinWt)

=Ac·coswct·cos(mf·sinWt)－Ac·sinwct·sin(mf·sinWt)

在mf≤0.5的情況下，cos(mf·sinWt)≈1，sin(mf·sinWt)≈mf·sinWt，代入上式后得到：

SFM(t)=Ac·coswct－Ac·mf·sinwct·sinWt

(3-28)根據(jù)式(3-28)可以畫出單音調(diào)制時(shí)FM信號(hào)的頻譜(用單邊頻譜表示)如圖3-9所示。其頻譜成分與單音AM信號(hào)相同，即包含載頻和上、下邊頻。其頻譜結(jié)構(gòu)與AM信號(hào)不完全相同，AM信號(hào)的上、下邊頻是同相的，而從式(3-28)可以看出，NBFM信號(hào)的下邊頻與上邊頻反相。它的邊頻幅度比載頻小得多(mf=0.5時(shí)，邊頻幅度只有載頻的1/4)。需要指出的是，以上對(duì)NBFM信號(hào)頻譜的分析是在近似條件下得到的，而實(shí)際的NBFM信號(hào)頻譜不僅只有一對(duì)邊頻，其他邊頻只是由于幅度太小，忽略不計(jì)而已。圖3-9單音調(diào)制的NBFM信號(hào)頻譜當(dāng)x(t)為任意基帶調(diào)制信號(hào)時(shí)，設(shè)X(t)的頻譜函數(shù)為X(w)(設(shè)X(t)中不包含直流分量)，應(yīng)用以下傅立葉變換公式：

對(duì)式(3-27)取傅立葉變換，得到對(duì)應(yīng)SFM(t)的頻譜表達(dá)式：(3-29)由式(3-29)可以看出，當(dāng)X(t)為任意基帶調(diào)制信號(hào)時(shí)，NBFM信號(hào)的頻譜包括載頻和上、下邊帶，并且下邊帶與上邊帶是反相的。

已知AM信號(hào)的頻譜表達(dá)式為

在NBFM信號(hào)的頻譜中，由于載頻分量的幅度比邊帶幅度大得多，因此，觀察NBFM信號(hào)的實(shí)際頻譜時(shí)，在載頻位置有一很大的尖峰。但是，下邊帶與上邊帶反相的問題，在觀察的實(shí)際頻譜中反映不出來。

設(shè)X(t)的最高頻率為fm，則NBFM信號(hào)的帶寬為

BNBFM=2fm

2)寬帶調(diào)頻(WBPM)

由于WBFM信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以一般都用單音調(diào)制的WBFM信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。

單音調(diào)制的FM信號(hào)表達(dá)式為

SFM(t)=Ac·cos(wct+mf·sinWt)

=Ac·coswct·cos(mf·sinWt)－Ac·sinwct·sin(mf·sinWt)

由于不滿足mf≤0.5的條件，不能再用NBFM的近似分析方法，在這種情況下，需要將FM信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式應(yīng)用三角函數(shù)和傅立葉級(jí)數(shù)展開，并引入n階貝塞爾函數(shù)，才能得到表示各頻率分量的表達(dá)式。具體推導(dǎo)過程可參考有關(guān)文獻(xiàn)，下面我們只給出數(shù)學(xué)分析的結(jié)果。經(jīng)數(shù)學(xué)分析，F(xiàn)M信號(hào)可用下式表示：

式中，Jn(mf)為第一類n階貝塞爾函數(shù)，可以根據(jù)mf和n查表得到函數(shù)值。

根據(jù)數(shù)學(xué)分析的結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

(1)FM信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制指數(shù)mf有關(guān)。在基帶信號(hào)頻率一定的情況下，mf為不同值時(shí)(通過改變基帶信號(hào)幅度使mf改變)，根據(jù)式(3-30)畫出WBFM信號(hào)的頻譜圖如圖3-10所示。圖中各頻譜分量幅度的大小是用以載頻幅度(Ac)為基準(zhǔn)的相對(duì)幅度表示的，并且未考慮各頻譜分量的相位。由圖可見，mf越大，具有較大幅度的邊頻數(shù)目越多。(3-30)圖3-10調(diào)頻信號(hào)在不同mf時(shí)的頻譜

(2)FM信號(hào)的頻譜包含載頻和無數(shù)對(duì)邊頻，各相鄰頻譜分量之間的間隔等于基帶調(diào)制頻率W，對(duì)于遠(yuǎn)離載頻的邊頻分量，由于幅度很小，可以忽略。

(3)WBFM信號(hào)的帶寬：WBFM信號(hào)的邊頻分量從理論上講是無限多的，但是遠(yuǎn)離載頻的邊頻分量其幅度都很小，

如果把最靠近載頻的一對(duì)邊頻稱為第一邊頻，根據(jù)數(shù)學(xué)分析，凡大于mf+1的各邊頻分量，其幅度均小于載頻振幅的10％。實(shí)踐證明，如果去掉這些邊頻，對(duì)于信號(hào)的傳輸質(zhì)量沒有明顯的影響。實(shí)際應(yīng)用中，一般取不大于mf+1的邊頻作為有效邊頻，并由此來確定WBFM信號(hào)的帶寬，即在mf1的情況下，BWBFM≈2mf·F。

以上是單音調(diào)制的情況。當(dāng)X(t)為任意基帶信號(hào)時(shí)，WBFM信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。若X(t)的最高頻率為fm，F(xiàn)M信號(hào)的最大頻偏為 ，則一般用下面的近似公式計(jì)算調(diào)制指數(shù)：

此時(shí)，WBFM信號(hào)的帶寬為

BNBFM=2(mf+1)F=2(Dfm+fm) (3-31)>>

3.FM信號(hào)的調(diào)制參數(shù)

FM信號(hào)的調(diào)制參數(shù)為調(diào)制指數(shù)mf，mf取決于Δfm和fm。在實(shí)際的FM信號(hào)中，由于X(t)是隨機(jī)變化的，因此在不同的觀察時(shí)間段得到的mf是不同的，即mf值不是一個(gè)恒定的值。在測(cè)量mf時(shí)，應(yīng)通過多次測(cè)量來計(jì)算mf的統(tǒng)計(jì)平均值。

FM信號(hào)不論在軍用和民用通信及廣播中，都得到了廣泛應(yīng)用。在軍用通信中，超短波戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)(有的頻段擴(kuò)展到短波的高端，一般在20～30MHz)中大量應(yīng)用的模擬話音通信，基本都是采用FM制。在接力通信、衛(wèi)星通信和散射通信中，采用模擬調(diào)制的射頻信號(hào)大多也是FM信號(hào)。 3.3數(shù)字信號(hào)特征分析

3.3.1

2ASK信號(hào)特征

1.2ASK信號(hào)的波形特征

2ASK信號(hào)為二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)，它是用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)與載頻相乘得到的。數(shù)字基帶信號(hào)為單極性全占空隨機(jī)矩形脈沖序列，其表達(dá)式為(3-32)

g(t)是寬度為Tb、高度為1的門函數(shù)，g(t－nTb)是延遲

nTb的門函數(shù)。

設(shè)載頻信號(hào)為Sc(t)=Ac·coswct，則2ASK信號(hào)的表達(dá)式為

S2ASK(t)=X(t)·Sc(t)=Ac·X(t)·coswct

(3-33)

g(t)波形、X(t)及S2ASK(t)一個(gè)樣本的波形如圖3-11所示。圖3-11

g(t)、X(t)、S2ASK(t)的波形

2.2ASK信號(hào)的頻譜特征

根據(jù)傅立葉變換的性質(zhì)，由式(3-33)不難看出，2ASK信號(hào)的頻譜應(yīng)是將X(t)的頻譜線性搬移到wc處，要得到2ASK信號(hào)的頻譜，必須知道數(shù)字基帶信號(hào)X(t)的頻譜。X(t)為單極性全占空隨機(jī)矩形脈沖序列，它的頻譜只能用功率譜表示。根據(jù)數(shù)學(xué)分析，在“1”碼與“0”碼等概率出現(xiàn)的情況下(這與數(shù)字通信中的實(shí)際情況是相吻合的)，其單邊功率譜表示式為(3-34)根據(jù)式(3-34)畫出的功率譜曲線如圖3-12(a)所示。為討論方便，令A(yù)c=1，根據(jù)數(shù)學(xué)分析，2ASK信號(hào)功率譜的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

2ASK信號(hào)的功率譜曲線如圖3-12(b)所示，圖中只畫出了正頻域部分。(3-35)圖3-12單極性全占空隨機(jī)矩形脈沖序列功率譜和2ASK信號(hào)功率譜

2ASK信號(hào)的帶寬，從理論上講是無限寬的，但信號(hào)功率主要集中在主峰中，一般用主峰寬度作為2ASK信號(hào)的帶寬，即

B2ASK=2fb

2ASK信號(hào)的調(diào)制參數(shù)為碼元速率fb(或碼元寬度Tb)，它是由數(shù)字基帶信號(hào)決定的。當(dāng)數(shù)字終端設(shè)備確定以后，一般情況下，fb是一個(gè)恒定的值。但需要指出，在軍用無線電通信中經(jīng)常應(yīng)用的等幅報(bào)信號(hào)，是一種人工拍發(fā)的2ASK信

號(hào)，發(fā)報(bào)速率大約為30波特左右，由于報(bào)務(wù)員的熟練程度和手法不一致性較大，因此，實(shí)際的碼元速率和碼元寬度往往因人而有較大的差異。

2ASK信號(hào)在通信中應(yīng)用較多的是等幅報(bào)信號(hào)，主要用于短波通信，在超短波中也有應(yīng)用。在早期的短波通信中，人工等幅報(bào)是一種主要的通信方式，但是，由于它的抗噪聲抗干擾性能不及移頻報(bào)好，在SSB通信廣泛應(yīng)用以后，移頻報(bào)成為短波通信的主要通信方式，而等幅報(bào)的應(yīng)用已大為減少。3.3.2

2FSK信號(hào)特征

1.2FSK信號(hào)的波形特征

2FSK信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式一般可表示為

S2FSK(t)=Ac·cos［wct+Dwd·X(t)+q0］ (3-36)

式中：Dwd是以角頻率表示的頻移值；q0為載頻初相位，為討論方便，常常設(shè)q0=0。

X(t)為數(shù)字基帶信號(hào)，其表達(dá)式為式中：可以看出，X(t)為雙極性矩形脈沖序列，實(shí)際應(yīng)用的為全占空雙極性隨機(jī)矩形脈沖序列。圖3-13畫出了2FSK信號(hào)一個(gè)樣本的波形。圖3-13數(shù)字基帶信號(hào)和2FSK信號(hào)的波形實(shí)際應(yīng)用中，2FSK信號(hào)又分兩種，即相位連續(xù)的(或稱相位不中斷的)2FSK信號(hào)和相位中斷的(或稱相位不連續(xù)的)2FSK信號(hào)，其波形圖如圖3-14(a)、(b)所示。圖3-14兩種不同2FSK信號(hào)的波形

2.2FSK信號(hào)的頻譜特征

相位連續(xù)的2FSK信號(hào)和相位中斷的2FSK信號(hào)，其頻譜有所不同，但差異不大。因?yàn)橄辔恢袛嗟?FSK信號(hào)應(yīng)用最多，下面以這種信號(hào)為例，討論其頻譜特征。

因?yàn)橄辔恢袛嗟?FSK信號(hào)是用數(shù)字基帶信號(hào)控制兩個(gè)獨(dú)立振蕩器的輸出產(chǎn)生的，其數(shù)學(xué)表達(dá)式可表示為(3-37)

g(t)是寬度為Tb、高度為1的門函數(shù)。

從式(3-37)可以看出，相位中斷的2FSK信號(hào)可以看做是兩個(gè)2ASK信號(hào)之和。第一個(gè)2ASK信號(hào)為S1(t)=X(t)·cos(w1t+j1)，它是由X(t)對(duì)頻率為f1的載波調(diào)制產(chǎn)生的；第二個(gè)2ASK信號(hào)為

，它是對(duì)頻率為f2的載波調(diào)制產(chǎn)生的。這樣，相位中斷信號(hào)的功率譜就可以用兩個(gè)信號(hào)的功率譜之和來表示。

為討論方便，令A(yù)c＝1，此時(shí)得到：參照式(3-35)可以寫出S1(t)的功率譜表示式：

S2(t)的功率譜表示式為

為簡(jiǎn)化書寫，2FSK信號(hào)的功率譜用單邊功率譜表達(dá)式來表示，則為(3-38)

2FSK信號(hào)的功率譜包含離散譜和連續(xù)譜兩部分，兩個(gè)離散譜的頻率分別為f1和f2。圖3-15畫出了2FSK信號(hào)功率譜的曲線，連續(xù)譜只畫了信號(hào)的主峰。圖3-15

2FSK信號(hào)功率譜

2FSK信號(hào)的帶寬為

B2FSK=|f1－f2|+2fb

在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常取Δfd=fb，此時(shí)兩個(gè)主峰不重疊，在接收端解調(diào)時(shí)，便于將f1和f2兩個(gè)頻率分離開來。也可以取Δfd>fb，此時(shí)，兩個(gè)主峰雖然不重疊，但信號(hào)帶寬增大。

當(dāng)Δfd=fb時(shí)，B2FSK=4fb，為2ASK信號(hào)帶寬的2倍。

對(duì)于相位連續(xù)的2FSK信號(hào)，分析其頻譜十分復(fù)雜。由于這種信號(hào)不存在相位突跳，因此，在Δfd、fb相同的條件下，其信號(hào)帶寬比相位中斷的2FSK信號(hào)要窄。Δfd越小，其差異越明顯。在Δfd>fb的情況下，二者的信號(hào)帶寬近似相等。在觀察2FSK信號(hào)的實(shí)際頻譜時(shí)，一般在f1和f2處出現(xiàn)兩個(gè)較大的尖峰。按照理論分析，在“1”碼和“0”碼等概率出現(xiàn)的情況下，兩個(gè)尖峰應(yīng)是幅度相同的。“1”碼和“0”碼等概率出現(xiàn)是長(zhǎng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。但在觀察實(shí)際頻譜時(shí)，一般對(duì)信號(hào)的取樣時(shí)間很短，在短時(shí)間取樣的情況下，“1”碼和“0”碼出現(xiàn)的概率往往不同，所以，兩個(gè)尖峰的幅度一般也不同，并且隨著“1”碼和“0”碼出現(xiàn)概率的變化，兩個(gè)尖峰的瞬時(shí)幅度也是變化的。

2FSK信號(hào)的調(diào)制參數(shù)主要是碼元速率fb(或碼元寬度Tb)和頻移值Δfd(或頻移間隔2·Δfd=|f1－f2|)。在通信設(shè)備確定的情況下，頻移值是一個(gè)恒定值。碼元速率一般取決于使用

的數(shù)字終端設(shè)備，是一個(gè)恒定值。但在采用人工移頻報(bào)(為2FSK信號(hào))通信的情況下，碼元速率和碼元寬度卻與報(bào)務(wù)員的個(gè)體業(yè)務(wù)素質(zhì)有關(guān)，這與人工等幅報(bào)通信的情況是相同的。

2FSK信號(hào)在通信中應(yīng)用極為廣泛。如在短波單邊帶通信系統(tǒng)中，移頻報(bào)通信是一種主要的通信方式，工作種類主要有人工移頻報(bào)和移頻印字報(bào)(終端設(shè)備是電傳打字機(jī))，2FSK信號(hào)一般占用一個(gè)SSB話路進(jìn)行傳輸。此外，在接力通信、衛(wèi)星通信和散射通信中，2FSK信號(hào)也有大量的應(yīng)用。3.3.3

2PSK信號(hào)特征

1.2PSK信號(hào)的波形特征

二進(jìn)制相位鍵控信號(hào)一般用2PSK表示。但嚴(yán)格區(qū)分，又分為絕對(duì)相位鍵控(仍用2PSK表示)和相對(duì)相位鍵控(用2DPSK表示)兩種。2PSK有時(shí)泛指二進(jìn)制相位鍵控，有時(shí)專指二進(jìn)制絕對(duì)相位鍵控，這可以根據(jù)文中所表達(dá)的意思加以區(qū)分。

2PSK信號(hào)可以用數(shù)字基帶信號(hào)與載頻信號(hào)相乘得到。設(shè)數(shù)字基帶信號(hào)為x(t)，載頻信號(hào)為Sc(t)=Ac·coswct=coswct(令A(yù)c=1)，則2PSK信號(hào)的表達(dá)式為

S2PSK(t)=X(t)·coswct

(3-39)

由式(3-39)可見，當(dāng)an=1時(shí)，S2PSK(t)=coswct；當(dāng)an=－1時(shí)，S2PSK(t)=－coswct=cos(wct+p)。

2PSK信號(hào)的波形如圖3-16(a)所示。2PSK信號(hào)的相位取值是以未調(diào)載波的固定相位作為參考，在圖3-16(a)中，是以未調(diào)載波的“0”相位作為參考，當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為“1”時(shí)，對(duì)

應(yīng)載波碼元的載波相位不變，為“0”相位；當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為“0”時(shí)(取值為“－1”)，對(duì)應(yīng)載波碼元的載波相位倒相，為“π”相位。當(dāng)然，也可以作相反的規(guī)定。不論哪一種規(guī)定，

只要數(shù)字基帶信號(hào)的極性改變一次，載波碼元的載波相位都要產(chǎn)生“π”相移。2PSK信號(hào)也稱絕對(duì)調(diào)相信號(hào)。

2DPSK信號(hào)的波形如圖3-16(b)所示，它的相位取值是以相鄰的前一碼元的載波相位為參考的。圖中，如果數(shù)字基帶信號(hào)為“0”(取值為“－1”)，則對(duì)應(yīng)碼元的載波相位不變，即相對(duì)于前一碼元的相移為“0”；如果數(shù)字基帶信號(hào)為“1”，則對(duì)應(yīng)碼元的載波相位倒相，即相對(duì)于前一碼元的載波相位產(chǎn)生的相移為“π”。同樣，“1”碼和“0”碼所對(duì)應(yīng)的載波相位變化規(guī)律也可以反過來表示。2DPSK信號(hào)又稱相對(duì)調(diào)相信號(hào)。圖3-16

2PSK與2DPSK信號(hào)波形

2.相位鍵控信號(hào)的頻譜特征

首先討論2PSK信號(hào)的功率譜。

由式(3-39)可知，2PSK信號(hào)是用雙極性全占空矩形隨機(jī)脈沖序列與載頻相乘得到的。根據(jù)傅立葉變換的知識(shí)，2PSK信號(hào)的功率譜應(yīng)當(dāng)是雙極性全占空矩形隨機(jī)脈沖序列的功率譜，在頻率軸上線性搬移到載頻fc的位置上。

根據(jù)理論分析，在“1”碼和“0”碼等概率出現(xiàn)的情況下，雙極性全占空矩形隨機(jī)脈沖序列的單邊功率譜表示式為

Px(f)=2Tb·Sa2(pfTb)

(3-40)

其單邊功率譜曲線如圖3-17(a)所示。由于脈沖序列的直流分量為0，所以只有形狀為(sinx/x)2的連續(xù)譜。根據(jù)數(shù)學(xué)分析，2PSK信號(hào)的單邊功率譜表達(dá)式為

按式(3-41)畫出的單邊功率譜曲線如圖3-17(b)所示，圖中只畫出了連續(xù)譜的主峰，功率譜中無離散分量。(3-41)圖3-17信號(hào)功率譜對(duì)于2DPSK信號(hào)而言，其波形與2PSK信號(hào)沒有本質(zhì)的區(qū)別，兩種信號(hào)載頻相位的變化都只有“不變”和相移“p”兩種情況，從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)看，這兩種相位變化都是隨機(jī)的。因此，2DPSK信號(hào)和2PSK信號(hào)的功率譜結(jié)構(gòu)是相同的。觀察兩種信號(hào)的實(shí)際頻譜，都在載頻位置出現(xiàn)較大的尖峰。這兩種信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與2ASK信號(hào)是相似的，都是單峰譜結(jié)構(gòu)，但是，由于2ASK信號(hào)的載頻是斷續(xù)出現(xiàn)的，在觀察其瞬時(shí)譜時(shí)，其譜峰的幅度會(huì)隨采樣時(shí)間的不同而時(shí)大時(shí)小地變化。2PSK和2DPSK信號(hào)瞬時(shí)譜峰幅度則變化不明顯。

從圖3-17中可以看出，2PSK信號(hào)、2DPSK信號(hào)的帶寬與2ASK信號(hào)的相同，其帶寬為

B2PSK=B2DPSK=2fb

2PSK信號(hào)和2DPSK信號(hào)的調(diào)制參數(shù)為碼元速率fb(或碼元寬度Tb)和相移Dj=p。其相移值可以通過鑒相電路進(jìn)行提取和測(cè)量。

2DPSK信號(hào)在通信中的應(yīng)用非常廣泛，在短波通信、接力通信、衛(wèi)星通信、散射通信及擴(kuò)頻通信中都有應(yīng)用。2PSK信號(hào)應(yīng)用較少，在大容量的微波接力通信和衛(wèi)星通信中，大多用于高速率數(shù)據(jù)傳輸，為了解決相位模糊問題，確保完善同步，通信設(shè)備都較復(fù)雜。3.3.4

4PSK信號(hào)特征

四進(jìn)制相位鍵控信號(hào)簡(jiǎn)稱四相制信號(hào)，一般記為4PSK。它是用正弦載波的四個(gè)相位代表不同的數(shù)字信息。4PSK信號(hào)的四個(gè)相位有兩種配置方式，如圖3-18(a)、(b)所示，分別稱為π/2系統(tǒng)和π/4系統(tǒng)。圖3-18(c)也示出了各相位在正弦載波上的對(duì)應(yīng)位置。每個(gè)相位代表兩位二進(jìn)制編碼，因此，一個(gè)載頻碼元包含2比特的信息量。各個(gè)相位代表的二進(jìn)制編碼在圖中也標(biāo)了出來。圖3-18相位匹配圖四相制信號(hào)也分絕對(duì)移相(4PSK)和相對(duì)移相(4DPSK)兩種。對(duì)于4PSK信號(hào)而言，圖3-18所示的相位值，表示載頻碼元相對(duì)于未調(diào)載波的絕對(duì)相移值；對(duì)于4DPSK信號(hào)而言，圖3-18所示的相位值，表示載頻碼元相對(duì)于前一相鄰碼元的相移值。實(shí)際應(yīng)用較多的是4DPSK信號(hào)。圖3-19畫出了4PSK信號(hào)和4DPSK信號(hào)各自分別用π/2系統(tǒng)和π/4系統(tǒng)時(shí)的波形圖。為畫圖方便，圖中對(duì)應(yīng)數(shù)字基帶信號(hào)兩位二進(jìn)制編碼只畫了載頻信號(hào)的一個(gè)周期。由圖可見，兩種信號(hào)波形的共同點(diǎn)是：載波頻率不變；信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)是恒定的；信號(hào)載波碼元的相位隨數(shù)字基帶信號(hào)二進(jìn)制編碼的改變而隨機(jī)變化。但是，相位變化的特點(diǎn)是不同的：對(duì)于π/2系統(tǒng)而言，不論4PSK還是4DPSK信號(hào)，載頻碼元的絕對(duì)相位值都只有四個(gè)，即0、±π/2和π；對(duì)于π/4系統(tǒng)而言，4PSK信號(hào)的絕對(duì)相位值有四個(gè)，即±π/4和±3π/4,而4DPSK信號(hào)的絕對(duì)相位值卻有八個(gè)，除上述四個(gè)以外，還有0、±π/2和π。基于以上相位特點(diǎn)，對(duì)于監(jiān)測(cè)到的四相制信號(hào)，可以區(qū)分為π/2系統(tǒng)和π/4系統(tǒng)，以及π/4系統(tǒng)的4PSK信號(hào)和4DPSK信號(hào)。圖3-19四相制信號(hào)波形圖3.4多路復(fù)用和特殊無線電信號(hào)特征分析

3.4.1多路復(fù)用和多路并發(fā)信號(hào)的特征

1.多路復(fù)用信號(hào)

多路復(fù)用是指在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸多個(gè)信號(hào)，因此，多路復(fù)用信號(hào)是包含多個(gè)信號(hào)的一個(gè)信號(hào)群，通常稱為多路信號(hào)或群信號(hào)。在接力通信、衛(wèi)星通信和散射通信中，實(shí)際

傳輸?shù)囊话愣际嵌嗦沸盘?hào)。多路復(fù)用的方式包括頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用三種。碼分復(fù)用只用于擴(kuò)頻通信中，在后面討論擴(kuò)頻信號(hào)時(shí)再加以介紹。這里只討論頻分復(fù)用信號(hào)和時(shí)分復(fù)用信號(hào)。

1)頻分復(fù)用信號(hào)

頻分復(fù)用是指在一個(gè)給定的信道帶寬內(nèi)，使欲傳送的各個(gè)信號(hào)占用不同的子頻段。頻分復(fù)用既可用于模擬調(diào)制信號(hào)，也可用于數(shù)字調(diào)制信號(hào)。復(fù)用路數(shù)的多少，與信道帶寬、基帶信號(hào)帶寬、調(diào)制方式等因素有關(guān)，少則幾路、幾十路，多則幾百路到幾千路。例如在微波接力通信中常常提到的480路或960路，就是指在一個(gè)信道上可同時(shí)傳送480路或960路話音信號(hào)。模擬話音信號(hào)的多路復(fù)用是目前無線電通信中應(yīng)用最多且比較典型的頻分復(fù)用信號(hào)。實(shí)現(xiàn)復(fù)用的方法是，把各路基帶話音信號(hào)分別對(duì)不同的載頻進(jìn)行單邊帶調(diào)制，使之話音頻譜搬移到不同的子頻段上，然后將各路SSB話音信號(hào)送入相加器，其合成信號(hào)則為多路頻分復(fù)用信號(hào)。圖3-20畫出了N路話音信號(hào)進(jìn)行頻分復(fù)用的頻譜分布。圖中各路話音頻譜對(duì)應(yīng)的中心頻率分別為f1、f2、…、fN，相鄰話音頻譜之間要留出一定的頻率間隔，稱防護(hù)頻帶，以避免不同話路間的相互影響。圖3-20

N路話音信號(hào)頻譜分布上述頻分復(fù)用信號(hào)，由于各路信號(hào)的頻譜都是相互分離的，每一路的頻譜結(jié)構(gòu)取決于它的調(diào)制方式，從頻譜上很容易識(shí)別出這種頻分復(fù)用信號(hào)。頻分復(fù)用信號(hào)的波形是各路信號(hào)波形瞬時(shí)值的疊加，所以，合成信號(hào)波形的瞬時(shí)包絡(luò)和瞬時(shí)相位都是隨機(jī)起伏變化的。起伏的幅度與各路信號(hào)的調(diào)制方式及合成信號(hào)的路數(shù)有關(guān)。頻分復(fù)用信號(hào)的帶寬則取決于基帶信號(hào)的帶寬、調(diào)制方式、防護(hù)頻帶的大小及復(fù)用的路數(shù)。在話音信號(hào)采用SSB調(diào)制后再進(jìn)行頻分復(fù)用時(shí)，一路話音信號(hào)與一個(gè)防護(hù)頻帶占用的帶寬一般為4kHz。當(dāng)然，在實(shí)際通信線路上，除話音信號(hào)外，還有振鈴信號(hào)等非話音信號(hào)(一般稱信令信號(hào))，信令信號(hào)也占用一定的頻帶，在計(jì)算頻分復(fù)用信號(hào)帶寬時(shí)，必須把信令信號(hào)占用的帶寬計(jì)算在內(nèi)。頻分復(fù)用信號(hào)也可以是數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻分復(fù)用。例如，在一個(gè)SSB話路帶寬內(nèi)可以采用頻分復(fù)用的辦法傳送16路2DPSK電報(bào)信號(hào)。實(shí)現(xiàn)的方法是：用16路電報(bào)的數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)16個(gè)不同的載頻進(jìn)行2DPSK調(diào)制(基帶調(diào)制)，然后將16路2DPSK信號(hào)相加，即得到頻分復(fù)用的16路電報(bào)信號(hào)。它的頻率配置和功率譜分布如圖3-21所示。16路信號(hào)所占據(jù)的帶寬在一個(gè)話路帶寬內(nèi)，因此可以占用一個(gè)SSB話路傳送。圖3-21頻分復(fù)用信號(hào)的頻率配置與功率譜單路2DPSK信號(hào)在理論上是一個(gè)載頻不變、相位為“0”或“π”、瞬時(shí)包絡(luò)恒定的信號(hào)。但是，當(dāng)多路2DPSK信號(hào)疊加以后，其合成信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)和瞬時(shí)相位將是隨機(jī)起伏變化的，與單路2DPSK信號(hào)完全不同。

在一個(gè)話路帶寬內(nèi)也可以傳送16路頻分復(fù)用的2FSK信號(hào)，它的頻率配置和功率譜分布如圖3-22所示。16路2FSK信號(hào)共有32個(gè)載頻，長(zhǎng)時(shí)間觀察，其功率譜有32個(gè)連續(xù)譜主峰。合成信號(hào)的波形，其瞬時(shí)包絡(luò)和瞬時(shí)相位也是隨機(jī)起伏變化的。圖3-22

16路2FSK信號(hào)頻率及功率譜當(dāng)在一個(gè)SSB話路帶寬內(nèi)傳送多路2DPSK或2FSK電報(bào)信號(hào)時(shí)，受話路帶寬的制約，電報(bào)信號(hào)的碼元速率fb也要受到限制，以保證相鄰兩路電報(bào)信號(hào)的頻譜(指功率譜主峰)基本不出現(xiàn)重疊現(xiàn)象。

應(yīng)當(dāng)指出，多路復(fù)用的數(shù)字信號(hào)與多進(jìn)制數(shù)字信號(hào)是不同的。以四進(jìn)制的頻移鍵控信號(hào)為例，4FSK信號(hào)與兩路頻分復(fù)用的2FSK信號(hào)比較，在碼元速率相同的情況下，兩者具有相同的信息速率，并且都有四個(gè)載頻，在長(zhǎng)時(shí)間觀察其平均頻譜時(shí)，兩者均具有四個(gè)連續(xù)譜主峰。但是，兩種信號(hào)也存在明顯的差別。4FSK信號(hào)雖有四個(gè)載頻，但每一瞬時(shí)只有一個(gè)載頻出現(xiàn)，信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)是恒定不變的，在采樣時(shí)間足夠短的情況下觀察其瞬時(shí)頻譜，每一瞬時(shí)只有一個(gè)頻譜主峰。對(duì)于兩路頻分復(fù)用的2FSK信號(hào)而言，每一瞬時(shí)有兩個(gè)載頻出現(xiàn)，瞬時(shí)譜主峰也有兩個(gè)，信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)則是隨機(jī)起伏變化的。對(duì)于其他數(shù)字調(diào)制信號(hào)，讀者可自行分析。根據(jù)多進(jìn)制數(shù)字信號(hào)和多路頻分復(fù)用數(shù)字信號(hào)的特征差異，可以區(qū)分兩類不同的信號(hào)。

以上討論的多路頻分復(fù)用信號(hào)(模擬的和數(shù)字的)，在送入無線信道傳輸時(shí)，一般還要經(jīng)過第二次調(diào)制，變?yōu)樯漕l信號(hào)再發(fā)射出去。第二次調(diào)制有不同的調(diào)制方式，當(dāng)采用FM方式時(shí)(在微波接力通信、衛(wèi)星通信和散射通信中應(yīng)用較多)，射頻信號(hào)具有FM信號(hào)的特征，其頻譜結(jié)構(gòu)與頻分復(fù)用信號(hào)的頻譜則完全不同。當(dāng)采用SSB調(diào)制方式時(shí)(在短波單邊帶通信中傳輸多路頻分復(fù)用數(shù)字信號(hào)時(shí)都應(yīng)用這種調(diào)制方式)，射頻信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與頻分復(fù)用信號(hào)相同。頻分復(fù)用在無線電通信中應(yīng)用極為廣泛。微波接力通信、衛(wèi)星通信和散射通信，由于占用頻段寬，通信容量大，實(shí)際傳輸?shù)男盘?hào)基本都是多路復(fù)用信號(hào)。當(dāng)這些通信系統(tǒng)為模擬系統(tǒng)時(shí)(主要是早期生產(chǎn)的系統(tǒng))，多路復(fù)用信號(hào)為頻分復(fù)用信號(hào)。在短波單邊帶通信中傳輸?shù)亩嗦奉l分復(fù)用信號(hào)，一般是多路復(fù)用的2FSK或2DPSK電報(bào)信號(hào)，它是占用SSB話路傳輸?shù)摹?/p>

2)時(shí)分復(fù)用信號(hào)

時(shí)分復(fù)用是指在一個(gè)信道上傳輸多路信號(hào)時(shí)，各路信號(hào)在時(shí)間軸上占用不同的時(shí)隙(即很小的時(shí)間區(qū)段)。時(shí)分復(fù)用只能用于在時(shí)間上離散分布的脈沖序列信號(hào)。對(duì)于在時(shí)間上連續(xù)分布的模擬信號(hào)，若進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，必須先將模擬信號(hào)進(jìn)行A／D變換，變?yōu)樵跁r(shí)間上離散分布的脈沖序列以后，才能進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。在實(shí)際應(yīng)用中，時(shí)分復(fù)用都是在基帶實(shí)現(xiàn)的，并且一般都采用二進(jìn)制碼序列。各路信號(hào)的時(shí)間配置有兩種方式，一種是各路信號(hào)按每路的二進(jìn)制編碼進(jìn)行排序，另一種是各路信號(hào)按二進(jìn)制碼元進(jìn)行排序。這兩種時(shí)間配置方式如圖3-23所示。為畫圖方便，圖中只畫了三路時(shí)分復(fù)用信號(hào)。圖3-23(a)是按二進(jìn)制編碼進(jìn)行排序的，每路信號(hào)都是用三位二進(jìn)制編碼表示。

二進(jìn)制編碼的位數(shù)由實(shí)際需要確定，例如傳輸PCM制數(shù)字電話時(shí)，每路話通常采用8位二進(jìn)制編碼。圖3-23(b)則是按碼元的時(shí)間順序?qū)Ω髀愤M(jìn)行排序。兩種時(shí)間配置方式在通信中都有實(shí)際應(yīng)用。圖3-23時(shí)分復(fù)用信號(hào)的時(shí)間配置方式時(shí)分復(fù)用的數(shù)字基帶信號(hào)再對(duì)載頻進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。調(diào)制方式可選用ASK、FSK、PSK等，由實(shí)際需要確定。實(shí)際應(yīng)用較多的調(diào)制方式有2FSK、2DPSK和4DPSK。有的也采用改進(jìn)的數(shù)字調(diào)制方式，以提高信號(hào)的傳輸質(zhì)量。

由以上討論不難看出，時(shí)分復(fù)用的數(shù)字已調(diào)信號(hào)，其信號(hào)特征取決于采用的數(shù)字調(diào)制方式。但由于在一個(gè)信道上傳輸信號(hào)路數(shù)的增多，信號(hào)的碼元速率必然增大。傳輸?shù)穆窋?shù)越多，碼元速率則越高，信號(hào)帶寬也越大。時(shí)分復(fù)用信號(hào)的碼元速率一般比單路信號(hào)高得多。但是，時(shí)分復(fù)用信號(hào)和高速率的數(shù)據(jù)信號(hào)，在采用相同調(diào)制方式時(shí)，難以根據(jù)信號(hào)的時(shí)、頻域特征加以區(qū)分。時(shí)分復(fù)用信號(hào)在現(xiàn)代通信中應(yīng)用越來越多，主要用于接力通信、衛(wèi)星通信和散射通信。這些通信系統(tǒng)過去以模擬通信設(shè)備為主，采用頻分復(fù)用方式。由于數(shù)字通信一些突出優(yōu)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)，目前生產(chǎn)的通信設(shè)備基本都是數(shù)字設(shè)備，多路信號(hào)的復(fù)用方式則采用時(shí)分復(fù)用。

2.多路并發(fā)信號(hào)

多路并發(fā)通常指將一路信號(hào)分成多路同時(shí)在一個(gè)信道上傳輸。它用于數(shù)字信號(hào)的傳輸，其目的是降低在無線信道中傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)的碼元速率。多路并發(fā)信號(hào)一般用于短波天波傳播的無線通信中。短波天波傳播時(shí)，由于存在嚴(yán)重的多徑效應(yīng)，從而會(huì)引起數(shù)字信號(hào)載頻碼元寬度的增大。如果被展寬的載頻碼元落入后面碼元的時(shí)隙內(nèi)，則容易引起后面碼元在解調(diào)時(shí)產(chǎn)生誤碼。理論分析和實(shí)踐證明，數(shù)字信號(hào)的碼元速率越高，碼元寬度越窄，由多徑效應(yīng)引起的誤碼率越高。

為了保證一定的通信質(zhì)量，試驗(yàn)證明，在短波天波信道中傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，碼元速率最高不超過200波特。但現(xiàn)代軍事通信中常常要求傳輸速率很高的數(shù)字信號(hào)以增大通信容量，為此，一般都采用多路并發(fā)的方式，以增加路數(shù)為代價(jià)，來降低無線信道中數(shù)字信號(hào)的碼元速率。例如，傳輸速率為1200b/s的數(shù)字基帶信號(hào)欲在短波SSB通信線路上傳輸，若采用16路同時(shí)并發(fā)，可用圖3-24所示的方案來實(shí)現(xiàn)。在發(fā)送端，傳輸速率為1200b/s的數(shù)字基帶信號(hào)先經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換，由一路串行碼轉(zhuǎn)換為16路并行碼，每路的傳輸速率為75b/s。按照頻分復(fù)用的方法，用16路并行碼分別對(duì)16個(gè)載頻進(jìn)行2DPSK調(diào)制后再合成到一起，合成信號(hào)則為16路頻分復(fù)用2DPSK信號(hào)。該信號(hào)占用的帶寬為

B=16×75×2=2400Hz

其帶寬在一個(gè)話音頻帶內(nèi)，可以占用一個(gè)SSB話路傳輸。在接收端則完成相反的轉(zhuǎn)換，將解調(diào)出的16路并行碼經(jīng)并/串轉(zhuǎn)換，恢復(fù)出1200b/s的數(shù)字基帶信號(hào)。圖3-24數(shù)字信號(hào)的多路并發(fā)3.4.2直接序列擴(kuò)頻(DS)信號(hào)的特征

1.DS信號(hào)的特征

根據(jù)直接序列擴(kuò)頻的工作原理可知，DS通信用于傳輸數(shù)字信號(hào)。DS信號(hào)的產(chǎn)生原理是：用含有信息的數(shù)字基帶信號(hào)(稱信息碼)對(duì)載頻進(jìn)行2PSK調(diào)制，得到含有信息的2PSK信號(hào)，這次調(diào)制稱為信息調(diào)制；然后，用擴(kuò)頻碼對(duì)含有信息的2PSK信號(hào)再進(jìn)行一次二相鍵控調(diào)制，便得到DS信號(hào)，第二次調(diào)制稱為擴(kuò)頻調(diào)制。兩次調(diào)制都是通過相乘器實(shí)現(xiàn)的。因此，DS信號(hào)可以表示為

SDS(t)=Ac·m(t)·P(t)·coswct

(3-42)按照式(3-42)，SDS(t)可以看做是m(t)與P(t)先相乘后再與載波相乘的結(jié)果，據(jù)此，可以畫出有關(guān)的波形圖如圖3-25所示。實(shí)際情況下，Tm

TP，fc

RP，為畫圖方便和便于觀察，圖中取Tm=3TP，在TP的時(shí)間內(nèi)取兩個(gè)載波周期，并且是按正弦載波畫出SDS(t)的波形。

由圖3-25可看出，DS信號(hào)是一個(gè)碼元速率為RP的2PSK信號(hào)，因此，它的波形和頻譜具有一般2PSK信號(hào)的特征。只是經(jīng)過擴(kuò)頻調(diào)制后，由于擴(kuò)頻碼的碼元速率比信息碼高得多，DS信號(hào)頻譜主峰的寬度比單獨(dú)用信息碼調(diào)制時(shí)的頻譜主峰寬度大大展寬了。圖3-26畫出了DS信號(hào)功率譜曲線(只畫了主峰)，為便于比較，圖中也畫出了單獨(dú)用信息碼對(duì)載頻調(diào)制得到的2PSK信號(hào)功率譜的曲線。>>>>圖3-25

DS信號(hào)波形圖3-26信息碼調(diào)制的2PSK信號(hào)功率譜和DS信號(hào)功率譜

DS信號(hào)的帶寬為

DS信號(hào)中擴(kuò)頻碼的選擇是一個(gè)十分重要的問題，要求擴(kuò)頻碼具有白噪聲的統(tǒng)計(jì)特性和良好的自相關(guān)特性。這是DS通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮的問題,這里不做更深入的討論。

DS通信中的一個(gè)十分重要的參數(shù)是擴(kuò)頻增益(又稱處理增益)，其值為或表示為(3-44)(3-43)信息碼速率是由數(shù)字終端設(shè)備決定的，因此，擴(kuò)頻增益主要取決于擴(kuò)頻碼的速率。由于Tm=N·TP(或RP=N·Rm)，在信息碼速率確定的情況下，擴(kuò)頻碼速率RP取決于擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度N，在數(shù)值上N=GP。所以，要提高擴(kuò)頻增益，必須增加擴(kuò)頻碼的長(zhǎng)度，這樣，DS通信信號(hào)帶寬也隨之增大。GP越大，DS通信系統(tǒng)的抗截獲、抗干擾能力越強(qiáng)。受技術(shù)條件和系統(tǒng)同步時(shí)間的制約，目前，擴(kuò)頻增益一般為幾十分貝。例如，美國(guó)研制的擴(kuò)頻設(shè)備MX-170采用Gold擴(kuò)頻碼，碼長(zhǎng)N＝2047位，碼元速率為1.5Mb/s。該設(shè)備可用于衛(wèi)星通信和接力通信。為了提高DS通信系統(tǒng)的抗截獲、抗干擾能力，一般盡量增大擴(kuò)頻增益。這樣一來，DS信號(hào)能量分布在一個(gè)很寬的頻帶范圍內(nèi)，使得通信接收端的DS信號(hào)電平很低，并且往往低于噪聲電平，信號(hào)被淹沒于噪聲中，增大了通信的隱蔽性。這也是DS通信的一個(gè)重要特點(diǎn)。

由于DS信號(hào)占據(jù)的頻帶很寬，當(dāng)需要進(jìn)行DS多路通信時(shí)，是通過碼分復(fù)用實(shí)現(xiàn)的，在同一信號(hào)帶寬內(nèi)，不同的通信對(duì)象分配不同的擴(kuò)頻碼，在接收方，只有與分配給自己的擴(kuò)頻碼匹配的DS信號(hào)才能被解擴(kuò)和解調(diào)接收，對(duì)于同頻帶內(nèi)的其他DS信號(hào)，不能進(jìn)行解擴(kuò)，在接收機(jī)中只能形成背景噪聲。DS信號(hào)的碼分復(fù)用，特別適用于衛(wèi)星通信中，分布在不同地址的衛(wèi)星接收地面站，通過不同的擴(kuò)頻地址碼實(shí)現(xiàn)與發(fā)信方的通信聯(lián)絡(luò)。這種碼分復(fù)用通信，也稱碼分多址通信。

DS信號(hào)在通信方面應(yīng)用最多也最為成功的是用于衛(wèi)星通信。目前在超短波和微波接力通信中，DS通信也得到了越來越多的應(yīng)用。在軍用戰(zhàn)術(shù)無線電通信中，由于DS通信存在不易解決的遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，使其應(yīng)用受到了很大的限制。所謂遠(yuǎn)近效應(yīng)，是指當(dāng)DS接收機(jī)在接收遠(yuǎn)距離的弱信號(hào)時(shí)，如果附近有DS發(fā)射機(jī)在工作，會(huì)對(duì)DS接收機(jī)造成嚴(yán)重干擾。在戰(zhàn)術(shù)無線電通信中如何解決遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，目前仍處于研究和實(shí)驗(yàn)中。

2.對(duì)DS信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的研究

由DS通信的基本原理知道，要實(shí)現(xiàn)DS信號(hào)的解擴(kuò)，DS接收機(jī)中的本地?cái)U(kuò)頻碼必須與發(fā)端DS信號(hào)中的擴(kuò)頻碼具有相同的碼型，并且必須使二者嚴(yán)格保持同步。對(duì)無線電監(jiān)測(cè)而言，往往是在對(duì)DS信號(hào)一無所知的情況下監(jiān)測(cè)接收DS信號(hào)的，這就使得對(duì)DS信號(hào)的監(jiān)測(cè)變得十分困難，根據(jù)DS信號(hào)的特征，用普通監(jiān)測(cè)接收機(jī)是無法接收DS信號(hào)的，其主要原因有：其一，DS信號(hào)一般占用的頻帶比較寬，而普通監(jiān)測(cè)接收機(jī)大多為窄帶接收機(jī)，在工作頻帶上二者不相適應(yīng)；其二，DS信號(hào)雖然是一種2PSK信號(hào)，但信號(hào)電平很低，往往淹沒于噪聲之中，即使監(jiān)測(cè)接收機(jī)有足夠的帶寬和對(duì)2PSK信號(hào)的解調(diào)功能，也無法從噪聲中把DS信號(hào)檢測(cè)出來；其三，DS信號(hào)中的擴(kuò)頻碼在軍用通信中是屬于嚴(yán)格保密的內(nèi)容，并且可以人為地隨時(shí)加以改變，即使已知DS信號(hào)存在的情況下，若不知DS信號(hào)中的擴(kuò)頻碼結(jié)構(gòu)，也無法對(duì)DS信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)。

監(jiān)測(cè)DS信號(hào)一條有效的途徑是設(shè)法使監(jiān)測(cè)接收機(jī)靠近DS發(fā)射機(jī)。例如，用升空監(jiān)測(cè)，由于升空增益可以達(dá)到幾十分貝，這樣有可能監(jiān)測(cè)接收到比較強(qiáng)的DS信號(hào)，可以按2PSK信號(hào)的接收方法來接收DS信號(hào)。但是，監(jiān)測(cè)接收機(jī)靠近DS發(fā)射機(jī)，不是任何情況下都可以實(shí)現(xiàn)的。在遠(yuǎn)距離上監(jiān)測(cè)微弱的DS信號(hào)時(shí)，首先解決的問題是從噪聲中檢測(cè)到DS信號(hào)的存在。一般認(rèn)為有效的辦法是用自相關(guān)平方律檢測(cè)，其原理方框圖如圖3-27所示。它是將接收到的DS信號(hào)分為兩路，分別進(jìn)行寬帶放大，兩路寬放具有完全相同的特性。設(shè)寬放輸出的DS信號(hào)為

SA(t)=SB(t)=K·Ac·m(t)·P(t)·coswt

(3-45)

式中：K為寬放增益；Ac為載波振幅。令A(yù)m=K·Ac并代入上式，得

SA(t)=SB(t)=Am·m(t)·P(t)·coswt

將SA(t)和SB(t)送入相乘器經(jīng)過相乘后，其輸出為

y(t)=SA(t)·SB(t)=[Am·m(t)·P(t)·coswt]2

因m2(t)=p2(t)=1，代入上式并經(jīng)整理后得到：

由式(3-46)可見，寬帶的DS信號(hào)經(jīng)過自身相乘后，變?yōu)橹绷鞣至亢皖l率為2fc的單頻交流分量。再經(jīng)帶通濾波器后將2fc分量取出。測(cè)出2fc的值，也就知道了DS信號(hào)的載頻值。圖3-27自相關(guān)平方律原理方框圖(3-46)