对于遥测发射机的调制的选择(一)

发射机包括三个基本部分：基带、带有高频合成仪的射频级和同步回路。本文集中分析发射机的基带回路，包括对射频级所需信号的处理和预备，例如脉冲成形、误差修正、译码、交叉存取和调制。

脉冲成形使得干扰的影响最小化，它通过一个同步/正交调制为展频处理限制一个信号的带宽：

其中：d(n)为输入数据(二进制或多级数)，g(t)为脉冲波形信号，s(t)为成形信号。

各种各样的脉冲波形可以用来限制带宽，包括升余弦公式和高斯公式。在时域范围内，升余弦公式为：

其中，r为滑动系数(0 < r < 1)。

既然在使用中信噪比(SNR)非常低，当气球上升时，发射机不能稳定，一些信号衰落是不可避免的，因此，需要使用误差检测和校正措施。卷积编码器随同回旋交错机对于低信噪比下的数字式发射机是一个相当不错的想法。交错机通过很大范围的数据分配区间误差从来最小化区间误差。卷积编码器依靠向源符号增加足够的冗余和连续或用小块连续地处理信息取得无误传输。

图1显示一个四态的卷积编码器，比率定义为输入位的数目与输出位数目的比。这个系统有一个输入和两个输出，结果译码率为二分之一。卷积编码器的状态数由延迟单元(存储器)所决定，输出不仅由输入电流决定，还与先前的输入或输出有关。换句话说，译码器是一个有限状态的机器。

通常，对于k/n这样一个比率的卷积译码器对于一个信息输入位有k个移位寄存器，n个输出译码位由寄存器的内容和输入信息位以线性组合(异或门)所确定。当比率是1/n时，一种出名的凿孔技术可以运用以取得更高比率的卷积译码器。

编码的形式由发生器或发生器序列所决定：

发生器可以写成多项式D的形式，D为一个单元延时。

发生器可以表示成二进制的形式，如g₀ = [1 1 1]和g₁ = [1 0 1]，这里，1代表与异或加法器有连接而0就代表与异或加法器没有连接。他们也可以表示成八进制系统，如[7, 5]。当前系统使用了不同的发生器，并带有运用MATLAB的数学分析/仿真程序由MathW_Orks工具来实现[171, 131]发生器的卷积运算。

在多路情况下，发射机需要一个交错器来改善位误码率。在当前的运用中，一个回旋交错器伴随着卷积乘积编码器使用。在交错的过程中(图2)，每一个单元代表一位，伴随着分布的邻近位在接受端轻松恢复。

选择校正调制有很多重要的尺度，包括发射机的总费用、面积、电源和所需的发射机的移动性。对于当前的运用，发射机是可置部件并且只使用一次或两次，因此必须降低成本。发射机也应该尽量小、尽量轻。发射机设计在+9-VDC电源下运行。受限的供应电源要求发射机工作在非线性情况下，这就意味着要使用等幅波包调制方法。

由于发射机的移动性，振荡效应和多普勒效应可以导致死区而使接收器没有信号应该引起关注。尽管卷积编码增强了系统数据处理器的一个附加的负载并使得电源消耗上升，但它却能最小化由于多普勒效应、衰退效应以及多径效应而导致的数据损失。考虑效率而仔细选择调制形式，它将能满足在+9-VDC电源下系统的性能要求。

按振幅移键方式，载波的幅值按照传输数据而变化。依照二进制传输，载波幅值将以图2中两种值中的一种出现。由于信号幅值的波动，调制方法自身在噪声信道的效率并不高，但它通常结合其他的调制方案来跳高系统的光谱效率。

依靠频率作为调制参数，就是频率移键(FSK)。当使用二进制数来调制载波频率时，图4所示的两种载波频率就产生了。频率分离(频差)可以选择从而可以产生正交(π/2相位)传输。FSK调制在噪声存在情况下是十分有效的，但需要结合例如相位解调等其他的调制方式来增加频谱带宽。FSK的二进制带宽(BFSK)为：BW = 4f_b,，这里f_b为基带数据频率，或：

d(t)为+1或1由二进制输入所决定；Ω为固定偏移。传输信号要么为：

要么为：

信号的角频率w_H = w0 + Ω 或w_L = w0－Ω。BFSK信号可以由图5的简单调节器而产生。在这个结构里，两个平衡调制器交替使用，一个的载波角频率为w_H，另一个为w_L。E_H和E_L的振幅依照图5的图标产生，因此调节器的功能如同开关一样。因此，BFSK的信号可以重新写成等式10，它可与二进制相位移键(BPSK)相比较。在BFSK中，两个术语的幅值在0 和1之间交替变化，同时在BPSK中，幅值在1和＋1之间交替变化。BFSK信号的终点之间的距离比BPSK信号分离点之间的距离要短。通过比较三角恒等式11或交替变化的等价表达式12，可以进一步提高BFSK和BPSK的方案。

第一个术语没有携带任何信息。在这个公式中第二个术语与BPSK相似，并伴随着由sinΩt所形成的数据这样一个较小的差别。因此，BFSK并没有分享BPSK的噪声电阻。

作者：Dr. Tufik Buzid