基于msk的鏈接16調制方式的分析

基于msk的鏈接16調制方式的分析

0最小頻移鍵控技術基于鏈接4和鏈接11的戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈構建了互聯(lián)16。沒有改變戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈信息交換的基本概念。只在技能上提供了技術和操作的改進，并提供了其他數(shù)據(jù)鏈路中的數(shù)據(jù)采集不足的數(shù)據(jù)分析。顯著的改進主要有:提高抗干擾能力,增強保密性,提高數(shù)據(jù)吞吐量,減小數(shù)據(jù)終端尺寸,允許在戰(zhàn)斗機和攻擊機上安裝。它具有數(shù)字化、抗干擾、保密語音等特點,具有相對導航、精確定位和識別功能,提高了參與終端的數(shù)量,并且可通過許多機載中繼設備擴大鏈接距離范圍來實現(xiàn)超視距傳輸。本文將介紹Link16在調制方式上采用的最小頻移鍵控(MSK)技術,并分析MSK技術的性能。MSK調制技術較頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)調制技術具有頻帶利用率高,誤碼率低,且頻譜在主瓣以外的衰減很快的特點。MSK調制技術是Link16具有保密、大容量、抗干擾等性能的原因之一。1系統(tǒng)超視距數(shù)據(jù)傳輸Link16是美國防部及海、陸、空三軍用于指揮、控制和情報的主要戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈。它工作在960～1215MHz頻段,數(shù)據(jù)速率為28.8Kb/s,57.6Kb/s,119Kb/s或238Kb/s,在工作頻段內(nèi)信息發(fā)送覆蓋范圍直接通信時為300海里,中繼通信時為500海里,通過機載平臺中繼在水面艦船之間可實現(xiàn)超視距數(shù)據(jù)傳輸。調制方式采用了直接序列擴頻、調頻、跳時、信道編碼、脈沖工作等諸多措施,并使用了“時分多址復用”技術,調頻頻率51個,頻率間隔3MHz,帶寬為3.5MHz,調頻速率為76923次/s。216位6mk中斷技術2.1msk信號為cpm信號2.1.1初始相位t,tCPM信號可以表示為:s(t,a)=√2εΤcos[2πfct+φ(t,Ι)+φ0](1)式中:ε為符號能量;T為符號間隔;fc為載波頻率;I=(I0,I1,…)為發(fā)送的M進制數(shù)據(jù)序列;Ii∈[±1,±3,…,±(M-1)];h=k/p(k,p為互質的整數(shù))為調制指數(shù);φ0是初始相位,為了分析方便,通常情況下令φ0=0。攜帶信息的相位φ(t,I)表示如下:φ(t,Ι)=2π∞∑i=-∞Ιihiq(t-iΤ),nΤ≤y≤(n+1)Τ(2)對于具有固定指數(shù)h的CPM信號的載波相位可以表示為:φ(t,Ι)=2πh∞∑i=-∞Ιiq(t-iΤ)=πhn-L∑i=-∞Ιi+2πhn∑i=n-L+1Ιiq(t-iΤ)=θn+θ(t,Ι)?nΤ≤t≤(n+1)Τ(3)波形q(t)一般可以表示成某個脈沖g(t)積分,即:q(t)=∫t0g(τ)dτ?0≤t≤+∞(4)t<0和t≥LT時,信號脈沖g(t)=0;當L=1時為全響應CPM;當L>1時(L為整數(shù)),為部分響應CPM信號。CPM信號具有記憶,是通過相位的連續(xù)性引入的,當L>1時,脈沖g(t)給CPM信號引入了附加的記憶。2.1.2生成符合dsa、b、i-j的最小軸不帶乘子的ddbhCPM差錯率性能主要由相應于最小歐式距離的項控制,它可以表示為:ΡΜ=ΚδminQ[√εbΝ0δ2min](5)式中:PM表示差錯率(誤差概率);Kδmin表示具有最小距離的路徑數(shù);Q(X)=∫∞x1√2πe-(y2/2)dy;εb/N0為比特信噪比;δ2min=limΝ→∞minijδ2ij=limΝ→∞min{log2ΜΤ∫ΝΤ0[1-cosφ(t,Ιi-Ιj)]dt}。d2ij=2εbδij,表示兩個相位軌跡為φ(t,Ii)和φ(t,Ij)的信號si(t)和sj(t)間的最小歐氏距離(注:兩個相位軌跡序列Ii和Ij的第一個符號必須是不同的,M表示可研究字符數(shù))?？梢?兩條路徑之間的歐氏距離和信號的相位差有關。只要研究兩個信號相位軌跡的相位差序列,就可以得到δ2min的上邊界:d2B(h)=min1≤k≤Μ-1{(2log2Μ)(1-sin2kπh2kπh)}(6)式(6)的意思是每確定一個M值,對任一h值取遍[1,M-1]的k值,得到M-1個值中最小的值便是d2B(h)值。經(jīng)過簡單的C語言編程,可以得出它們一一對應的數(shù)值關系。通過Matlab仿真,每確定一個M值,就會輸出對應的最小距離與調制指數(shù)間的關系曲線,如圖1所示。其中橫軸代表調制指數(shù)h,縱軸代表最小值是距離d2B(h)。圖中曲線由下至上分別對應M=2,M=4,M=8,M=16時的曲線。通過Matlab語言描述所顯示的圖形可以看出,只要通過增大字符數(shù)M就可以得到大的性能增益,但M值不能無限制增大,因為增大M值的同時會增大比特率。然而δ2min(h)≤d2B(h),也就是說,對所有h值,上邊界是不可達到的。2.2前后碼元轉換的頻率間隔MSK是一種正交調制,已調制信號的振幅是恒定的。它的時域表達式為:S(t)=Acos[2πfct+φ(t)]=Acos[2πfct+πant2Τb+θn]?(n-1)Τs≤t≤nΤs(7)其中:φ(t)表示隨時間變化的連續(xù)相位;fc表示載波頻率;Tb表示二進制基帶信號的碼元寬度,θn表示第n個碼元的載波相位常數(shù),在該碼元持續(xù)時間內(nèi)為常數(shù):θn=θn-1+(an-1-an)[π2(n-1)]={θn-1?an=an-1θn-1±(n-1)π?an≠an-1(8)MSK信號在第n個碼元的相位常數(shù)不僅與當前的an有關,而且還與前面的an-1及相位常數(shù)θn-1有關,也就是說,前后碼元存在相關性。以載波相位為基準的信號相位在一個碼元周期內(nèi)的準確線性變化為±π/2,在碼元轉換時刻信號的相位是連續(xù)的,信號波形沒有跳變。an表示二進制信息1或0,這里an=±1。當an分別取+1和-1時,信號的頻率間隔為:Δf=f2-f1=[fc+12π?π(+1)2Τb]-[fc+12π?π(-1)2Τb]=12Τb(9)MSK的頻率間隔如圖2所示。從圖3中MSK的信號波形可看出,Tb=1.5(1/f1),Tb=2(1/f2),Tb為一個碼元所持續(xù)的時間。兩個頻率取值f1和f2在一個信號間隔時間內(nèi)有180°的相差,“+1”和“-1”信號之間的波形之差為半個周期。以這種方式使MSK信號能以最小的頻差產(chǎn)生最大的相差,并使“+1”和“-1”轉換處信號在相位上保持連續(xù)。Link16在通信方式1下,其中的MSK可通過兩個頻率f1=7.5×106Hz和f2=107Hz之間的相位相干二進制FSK信號來表示,Δf=1/(2Tb),這里Tb=200ns。如圖4所示。當相鄰的兩個數(shù)字相同時,用低頻傳輸,否則用高頻傳輸。3msk比其他信號好得多3.1頻率選擇的限制FSK即頻移鍵控,它是由載波頻移產(chǎn)生的,頻移量fn=12ΔfΙn?Ιn∈{±1,±3,?,±(Μ-1)},它所反映的是要發(fā)送的數(shù)字信息,是無記憶的。它從一個頻率到另一個頻率切換的實現(xiàn)方法是使用M=2k個調諧到期望頻率的振蕩器,再從M個頻率中選擇一個頻率,選擇的依據(jù)是在信號間隔時間T=k/Rs內(nèi)要發(fā)生k比特,信號在從一個頻率變到另一個頻率時,不能保證兩個瞬時相位是相等的。雖然FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調制方式,它的主要優(yōu)點是實現(xiàn)起來較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好。但是在連續(xù)的信號傳輸時間間隔中,從一個振蕩器輸出到另一個的突發(fā)式切換會因相位不連續(xù)而展寬頻譜,造成在信號主要頻段之外有比較大的頻譜旁瓣,從而需要很寬的頻帶,且在帶限后會引起包絡起伏。作為連續(xù)頻移鍵控(CPFSK)的一種,MSK克服了上述缺點。如式(8),在一個碼元時間內(nèi),相角θn為時間的線性函數(shù),它取決于過去碼元調制的結果,它的選擇主要防止相位的任何不連續(xù)性。為了提高頻帶利用率,Δf要大,MSK信號的Δf=1/(2Tb),等于碼元速率的一半,這是最小頻差。3.22msk信號的歸一化功率譜密度同樣作為載波相位不連續(xù)信號的2PSK信號,在相位突變時仍會給信號頻譜帶來較大的旁瓣。盡管可以用窄帶濾波器清除2PSK信號的旁瓣而不影響信息的傳輸,但濾波后的信號會出現(xiàn)包絡變化,不再是等包絡波形,這種信號經(jīng)過非線性信道后,會產(chǎn)生包絡失真,從而使已濾除的旁瓣重新恢復,降低了信道頻譜的利用率。圖5為MSK與2PSK信號的歸一化功率譜密度。從圖中可以很清楚地看出(圖中實線為MSK信號的功率譜,虛線為2PSK信號的功率譜),與2PSK相比MSK信號的功率普密度更緊湊一些。MSK的第一個零點是在0.75/Tb處,而2PSK的在1/Tb處,并且MSK功率譜旁瓣衰減的更為迅速,這正是因為MSK信號的相位沒有突變。在信號經(jīng)調制后傳輸前,為了起到抑制噪聲的效果,調制信號往往要進行帶限濾波,也就是說只能取主瓣內(nèi)的信號。MSK信號的功率主要包含在主瓣之內(nèi),可以說,MSK的傳輸有效性要優(yōu)于2PSK信號。4高安全性和抗干擾性的方向發(fā)展隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭形態(tài)的改變,戰(zhàn)場對武器裝