如何实现时频调制的编码问题

时频调制方式是适合在随参信道中使用的一种调制方式。不同类型的时频调制信号,有的能起分集接收的效果,有的能克服或减小码间干扰的影响,有的既能起分集的作用又能起抗码间干扰的作用。

时频调制信号就是在一个或一组二进制符号的持续时间内,用若干个较窄的射频脉冲来传输原二进制符号信息,而相邻射频脉冲是不同频率的,而且按串序发送。这种在不同的时间发送不同频率所构成的信号就称为时频调制信号,又称为时频编码信号。

首先讨论在一个二进制符号持续时间内的时频调制原理。在一个二进制符号持续时间Ts内选两个频率、两个时隙,则二进制符号“0”用(0,Ts/2)内发f1频率,(Ts/2,Ts)内发f2频率来表示;而二进制符号的“1”用(0,Ts/2)内发f2频率,(Ts/2,Ts)内发f1频率来表示,如图6.7.5(b)所示。若在一个Ts内选用四个频率、两个时隙,例如,用f1f2表示“0”,用f3f4表示“1”,则信号组成如图6.7.5(c)所示。

图6.7.5　二频及四频的时频调制信号示意图

由图6.7.5可以看出,由于在一个二进制信息符号内发送两个频率的射频信号,而它们共同代表着同一个信息符号,因此只要选用的频率不相关或相关性不大,则在接收端具有频率分集的效果;图6.7.5(b)中的信号不能抗多径时延引起的码间干扰,因为在信息序列所对应的时频调制信号序列中,两个相同的频率会相继出现,从而在接收机中会进入同一分路滤波器,以致彼此重叠起来;但图6.7.5(c)中的信号就有抗多径时延的作用,因为这时不会有相同频率相继出现,相同的频率至少有Ts/2的时间间隔;再者,由于每一射频脉冲较窄,而且使用多个频率,故已调信号的总频带加宽了。从上述分析可知,要提高时频调制信号的抗衰落能力,可在此原理上加以改造和完善,但考虑到最后一方面的不利因素,应以尽可能少地占用频带为宜。这里的有利因素与不利因素是相互矛盾的,在实际中应根据需要来折中。

下面讨论在一组二进制符号持续时间内时频调制信号的组成。一般可以把k个二进制符号编成一组,其中k=2,3,4,…。

若两个二进制符号为一组。此时有四种组合,即00,01,10,11。在时频信号中如果用四个频率、四个时隙,那么可以这样进行编排:

相应的波形序列如图6.7.6所示。(www.xing528.com)

图6.7.6　四进制四频四时的时频调制信号示意图

这种时频调制信号的特点是,由于在观察时间Ts内用四个频率代表同一信息即不使用重复的频率,因而有较强的分集作用和抗码间干扰的能力。当然,这种信号的序列中,存在相继出现相同频率的可能性,但这种可能性是不大的。

若将三个二进制符号编为一组,而同样采用四频四时(此时称为八进制时频信号),则可按下列关系进行编排:

这样的时频调制信号的特点与上一种相似,但在上一种方式中频率的编排是呈正交关系的,即在任一时隙内不会重复使用同一频率;而在八进制时频调制信号中,时频的编码是不完全正交的。可以证明,正交的时频编码系统的性能要比不完全正交的好;但在同样的信息传输速率下,后一种方式占用的频带宽度比前一种要窄。

综上所述,时频调制信号的抗衰落和克服多径时延的能力,取决于时频编码的方法,而不同的方法将有不同的性能。

时频调制信号如何进行编码的问题是重要的。通常它是利用多元线性群码理论作为理论基础,被选用的时频编码就在多元线性群码中选取。因为正交码有好的抗衰落能力,故首先选择呈正交性的群码。然而,完全正交的编码在给定的群码中存在不多,实际中往往不够选用。因此,实际中常常从准正交码里面选取,这样不致于使检测性能下降太多。

时频调制信号还有一些别的形式,这里不作介绍。

除以上介绍的几种数字调制方式外,还有许多其他的改进形式,例如正交部分响应(QPR)调制、连续相位频移键控(CP/FSK)、软调频(TFM)、偏置正交相移键控(OQPSK)以及相关相移键控(COR/PSK)等。其他有关书籍中有关于它们的原理以及性能的分析比较,读者可参阅。