在HAM无线电和立方星技术领域,有两个世界上使用最为频繁的调制标准,它们就是Bell标准和9 600 bps的G3RUH标准,Bell标准是一个1 200 bps的音频频移键控(audio frequency shift keying,AFSK)方案,G3RUH标准是一个奈奎斯特脉冲调制方案(经常被误称为FSK)。鉴于这些方案如此流行的这一简单事实,它们对立方星的研究很有吸引力。这两种方案都有大量的文档,且广泛使用的商用设备也支持它们。此外,许多立方星地面站和业余无线电爱好者也使用这一类型的调制解调器,这可以让他们从兼容的立方星收到信标。
二进制数据的调制是通过将m比特映射为2m个不同的模拟域波形符号来完成的。一个二进制数据的串行流产生一个连续时间的模拟波形形状,称之为消息信号。该消息信号通过累加时移符号形成的,如式(19.3)所示。
式中 Sn——2m个符号之一;
T——信令间隔;
n——模拟波形的符号索引。
一般情况下,符号Sn并没有在时间上限定在只占用一个间隔T,其可以重叠到其他的符号上。信令间隔指定了符号发送的速率。以bps为单位的总数据传输率由m/T给出。
Bell202标准采用2个符号,其信令间隔为833 m·s,数据传输率为1 200 bps,是由贝尔电话公司开发的在电话线上传输的早期数据调制方案。二进制数据位直接映射到1 200 Hz和2 200 Hz的音频上。从地面站KantronicsKPC3+调制解调器对随机的二进制数据产生的一段波形如图19.6所示,对应的频谱如图19.7所示。
图19.6 Bell202波形
图19.7 Bell202功率谱密度
时域上的符号并不重叠,且相邻的符号在过零点连接,以尽量减少截断失真。在频域上并没有看到两个预期的脉冲。这是因为正弦音频与二进制脉冲相乘导致在频域卷积。信号在2.5 kHz处被完全衰减,这有效地定义了消息信号的带宽。
G3RUH标准是一个基于奈奎斯特脉冲的基带调制方案。它在HAM后命名,是JamesRMiller别名,他推广了该标准的使用。一个奈奎斯特脉冲是一个在非零整数倍符号周期处值为零的模拟波形。在G3RUH方案中,使用了一个“升余弦脉冲”,且数据通过缩放因子an变换后再进行编码。an必须有2m个不同的值来表示m比特。这非常适合于用DSP实现,因为接收的波形只需要在n T的时间间隔处采样来决定an的值。式(19.4)所示的消息信号是式(19.5)所示的一般消息信号的一种特殊情况。(www.xing528.com)
对于G3RUH方案,an有两个对称的值c和-c,其中c是一个标量,且其精确值还并不重要(见FM调制一节)。时域升余弦脉冲的公式如式(19.5)所示,频域的表示见式(19.6)。这一类型的脉冲最大好处是其具有“砖墙”形的频谱。
不同于其他许多奈奎斯特脉冲波形,升余弦脉冲的频谱限定在有限的带宽内,并受单一参数β控制。带宽同样取决于信令间隔T,但是对于9 600 bps的传输率,T要求为104μs。图19.8画出了两个时移脉冲的模拟波形,图19.9画出了对应的频域。两张图的参数都为β=0.458,T=104μs,这与ION2中将会使用的PacComm UP9600的参数相对应。
在图19.10和图19.11给出了用PacComm UP9600TNC对任意二进制数据产生的信号的实际波形和功率谱密度(power spectral density,PSD)。在模拟波形中,我们可以看到许多脉冲乘以对称的缩放因子c和-c后的和。信号的功率谱密度再次因为在频域卷积一个二进制脉串而失真。在9 600 Hz处有一个小冲激。但这并不是消息信号的一部分,因为只是升余弦的一个人为截断,因此它们可以储存在一个查找表中。
图19.8 叠加的升余弦脉冲
图19.9 升余弦脉冲的傅里叶变换
图19.10 PacCommUP9600波形
图19.11 PacCommUP9600功率谱密度
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