摘要：介紹了一種新的具有極高頻帶利用率的數字調制技術——最小波形差鍵控(VWDK)，其可在不損失信噪比的前提下極大地壓縮信號傳輸所需的頻帶。文中對VWDK的調制方式進行了理論分析，并給出了功率譜計算機仿真圖。對VWDK的頻帶利用率進行估計，給出了VWDK傳輸系統(tǒng)設計方案。
關鍵詞：最小波形差鍵控；頻帶利用率；功率譜；調制與解調
為了在已有模擬信道下提高數據傳輸效率，各種傳輸技術被廣泛使用，而探尋新的通過壓縮帶寬來提高數據傳輸效率的方法倍受關注。近年來，甚小頻移鍵控(VMSK)調制技術發(fā)展飛速，其頻帶利用率已達到15 bit／(s·Hz)。2001年，Sayhood K H和吳樂南提出了一種新型的采用類正弦波調制的VMSK，這種VMSK具有較高的頻帶利用率，較高的信噪比和較低的誤比特率。而最小波形差鍵控(VWDK)是從VMSK的類正弦波調制；發(fā)展起的，一種超窄帶(UNB)載波調制技術。它通過對一個波形參數的調控，實現帶寬效率與解調性能之間的折衷。本文通過對VWDK
原理的深入研究，表明了理論與仿真結果的一致性，從而驗證了VWDK高頻帶利用率的可行性，并給出了VWDK傳輸系統(tǒng)的設計方案。
1 VWDK的原理與仿真
1．1 VWDK調制理論來源
要提高頻帶利用率，就要在單位頻帶內傳輸更高的數碼率。帶寬最窄的信號形式是正弦波。一個純粹正弦波，在頻域就是一根非零頻譜線，能量高度集中，理論上帶寬為0，當然也無法傳遞任何有用信息。假設該正弦波的頻率保持不變，波形略微抖動，則其頻譜能量仍高度集中在載頻的譜線上，但兩旁會出現與隨機抖動相對應的連續(xù)譜，此外在載頻的諧波處也會出現離散的譜線，這是信號分析的結果。由于波形的抖動較微小，連續(xù)譜和諧波離散譜的能量遠低于載頻能量。如果載波波形的微小抖動受控于有用信息，即可實現頻譜利用率很高的調制。因此“最小波形差鍵控”(Very-minimum Waveform Difference Keying簡稱VWDK)的高效調制方式由此而來。
1．2 VWDK調制原理與實現
VWDK是對等概率二進制信息進行最小波形差鍵控的調制技術。原理概括如下：遇到邏輯“1”，在時間間隔T內發(fā)送波形g1(t)，而遇到邏輯“0”，則在T內發(fā)送波形g2(t)。其中，g1(t)=g(t，τ)，g2(t)=g(t，T，-τ)，g(t，τ)定義與波形如圖1所示。
其中，T為信號波形的周期，同時也是信息的符號寬度和碼元寬度；而f=1／T則為信號的波形頻率，在數值上也等于碼元的傳輸速率；波形分兩段分別定義，每段都是類正弦波的半個周期，但是幅度分別為，周期為2τ和2(T-τ)。
1．3 VWDK的功率譜與仿真圖
調制信號的功率譜直接決定其傳輸帶寬及帶寬效率。若令τ=T，而“”作為波形調控參數就直接影響著VWDK已調波的功率譜形狀及相應的傳輸帶寬。當→0時，已調波的能量越來越分散，帶寬越來越寬；而當→1時，已調波的能量越來越集中，帶寬越來越窄。功率譜的表達式如式(2)所示，圖2為取不同值時VWDK已調波的功率譜估計。
2 VWDK的傳輸系統(tǒng)
VWDK的傳輸系統(tǒng)分為調制系統(tǒng)和解調系統(tǒng)，分別如圖3和圖4所示。調制系統(tǒng)工作原理：發(fā)送端直接由圖1表達式的一個周期內的已調波形g(t，T)和g(t，T-τ)的離散采樣值預先保存在存儲器內，然后在欲傳輸的信息序列的控制下按照時鐘發(fā)生器提供的采樣頻率來選擇對應的g(t，τ)或g(t，T-τ)波形樣本；選中的調制波形經濾波器濾波后，由DAC直接轉換成模擬的已調波輸出。
解調系統(tǒng)工作原理：失真的VWDK接收信號經過必要的放大后由ADC轉換為數字信號，經過逆濾波器的數字濾波后，送入相干解調器，完成對相應“0”、“1”序列的解調
3 數值分析
由于VWDK是一種載波調制方式，信息速率可以等于載頻，理論上可以達到射頻載波的頻率。即使在相對容易實現的中頻上進行處理，也能得到幾十kb·s-1、數百kb·s-1的傳輸碼率。頻帶利用率，就是在單位頻帶內傳輸的數碼率，單位為b／(s·Hz)。若信號的頻率f=1／T=15 kHz時，數碼率為15 kb·s-1，若信號的帶寬為200～300 Hz，由頻帶利用率=數碼率／帶寬，即頻帶利用率可以達到50～75 bit／(s·Hz)。而當f=20 kHz時，調制效率可達100 bit／(s·Hz)，甚至更高。
4 結束語
VWDK是一種載波調制方式，信息速率可以等于載頻，又由于傳輸信號的波形非常接近正弦波，占用帶寬很窄，可以實現超窄帶的高速數據傳輸。由于發(fā)送端直接將調制波形的數字樣本經D／A轉換后輸出，而接收端直接經A／D后解調輸出，整個系統(tǒng)實現全數字化處理，容易集成。對于VWDK調制技術，只需改變一個參數，就可以控制信號帶寬，而調制與解調方式不變，系統(tǒng)控制靈活。雖然VWDK可以使調制效率比以往有較大提高，具有廣泛的應用前景。
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