四进制VMCK调制信号的传输仿真

ｌ ｒａｎｓｍｌｍｎｇ ｒｅｃｅＪＶｊｊ１ｇ

传输与接收

文章编号：１００２—８６９２（２０１１）１３－００８３—０３

四进￥１Ｊ ＶＭＣＫ调制信号的传输仿真

马刚，周胜源

（桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林５４１００４）

【摘要】甚小线性调频键控（ＶＭＣＫ）是一种高效的超窄带调制技术，具有窄带占用，强边带抑制，数据传输效率高等 点

．系统的四路信号复用系统，并进行分析。

分复用技术是一种常用的提高频带利用率手段，在超窄带的通信结构基础上，根据ＶＭＣＫ调制原理，利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ搭建挺窄寸

【关键词】甚小线性调频键控；调制；四进制；仿真

【中图分类号】ＴＮ９１９ 【文献标识码】Ａ

Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ ＶＭＣＫ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

ＭＡ Ｇａｎｇ，ＺＨＯＵ Ｓｈｅｎｇｙｕａｎ

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｘｉ Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＶＭＣＫ（Ｖｅｒｙ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｃｈｉｒｐ Ｋｅｙｉｎｇ，ＶＭＣＫ）ｉｓ ａ ｈｉｇｈｌｙ ｅｆｉｃｉｆｅｎｔ ｕｌｔｒａ ｎａｒｒｏｗ ｂａｎｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕ￣ ｓ、、＿ＩＩ １

ｎａ￣ｏｗ ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ ｓｔｒｏｎｇ ｓｉｄｅｂａｎｄ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ．ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ．Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｉｓ ａ（￣ｏｕｎｎｏｌｌ［ｖ ｌｌ＾（ （】

ｍｅａｎｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｉｎ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ—ｎａ￣ｏｗ ｂａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｐｔ’ｉｍ・ｉｌ

ＶＭＣＫ，ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ～ｂａｎｄ ｕｌｔｒａ—ｎａ￣ｏｗｂａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｕｒ ｓｉｇｎａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｂｕｉｌｔ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．

【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ＶＭＣＫ；ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

０ 引言

超窄带（Ｕｌｔｒａ Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ，ＵＮＢ） 通信因其有效传

输带宽小，频带利用率高的优点备受关注。超窄带高效

调制方式由最初Ｗａｌｋｅ￣ Ｉ的可变相位相移键控（Ｖａｒｉｂｌｅ

Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｔｆ Ｋｅｙｉｎｇ，ＶＰＳＫ）和甚小相移键控（Ｖｅｒｙ Ｍｉｎｉ．

ｍｕｍ Ｓｈｉｔｆ Ｋｅｙｉｎｇ，ＶＭＳＫ）发展到相位反转键控（Ｐｈａｓｅ

Ｒｅｖｅｒｓａｌ Ｋｅｙｉｎｇ，ＰＲＫ），以及吴乐南等提出甚小波形差异

键控（Ｖｅｒｙ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｋｅｙｉｎｇ，ＶＷＤＫ）

和统一的扩展二元相移键控（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ 令其积分为０，得到表达式为

５２（ ）＝ｓｉｎ｛２ｗｆ￣［１＋ＯＬ一 ｆ］ｔ｝，

０＜Ｏｔ≤ｌ，０＜ｔ≤１ （２）

式中：Ｓｌ（ｔ）和ｓ：ｔ）代表数据１和０，＿， 是比特传输速率，

是线性调频系数。其中，Ｏ／＝０．７３ｌ时两信号正交 从式

（１）和式（２）可得频率方程ｆｌ（ｔ）和ｊ２（ｔ）为

（ ）＝ ［１一Ｏ／＋２ａｆｓｔ］，０＜ ≤１，０＜ｔ≤１／／ （３）

（ Ｊ＝ ［１＋ 一２ ￡］，０＜ ≤１，０＜ｔ≤１ （４ｊ

为了除去ＶＭＣＫ信号直流分量，可加上一定的系数，

Ｓｈｉｔｆ Ｋｅｙｉｎｇ，ＥＢＰＳＫ） 。作为一种新型的超窄带调制技

术，ＶＭＣＫ采用线性调频的方式 ，由波形频率的升频

（ｕｐ）或降频（ｄｏｗｎ）表示发送的信号。由于发送的信号

Ｓ３（ｔ）＝［１一 ＋２ ｔ］ｓｉｎ｛２＂ｎｆ￣［１一 ＋Ｌｔ

０＜ ≤１，０＜ｔ≤ｌ （５）

ｓ４（ｆ）＝［１＋Ｏ／一２ ｔ］ｓｉｎ｛２￣ｆ，［１＋Ｏｇ—Ｉ／ ｔ］，｝，

０＜Ｏ／≤１，０＜ｔ≤１ （６）

始终保持相位连续，导致获得信号的频谱很窄，ＶＭＣＫ与

其他超窄带信号相比具有较窄的频谱。

２ ＶＭＣＫ多进制调制原理

由上述可知，表示０和１的信号５ 和ｓ 分别为ｕｐ

信号和ｄｏｗｎ信号，因为这两种信号本身都足ｆｔｔ 频产

生，所以０，１信号频率变化仍然是连续的，并术产 ｆ：桐化

翻转。这也是ＶＭＣＫ调制“窄”的原因：进行扩展到多

１ ＶＭＣＫ调制原理

ＶＭＣＫ调制的基本原理是用二进制数据控制线性调

频的“升调”或“降调”，“升调”和“降调”分别对应数据１

和０，载波的中心频率同时也是信息的传输速率，线性调

频的频谱集中在载波附近，调频的正弦信号在ｌ ｂｉｔ内为

进制信号，为了保证“窄”，参数改变Ｉ 不宜考虑到频率和

１个周期。单周期的ＶＭＣＫ调制信号数字表达式为

相位方面。因此，本文所仿真的四进制信号就是存原有

Ｓ１（ ）＝ｓｉｎ｛２ ［１一 ＋ ｔｉｔ｝，

０＜ ≤１，０＜ｔ≤１ （１）

信号基础上进行幅度翻倍，加上原有的 ｐ和ｄｏｗｎ信号，

就形成了４个类型的波形，分别用来表示四进制信号０，

基金项目：广西信息与通讯技术重点实验室基金项目（１０９１１，１０９１３，１０９０４ Ｊ

２０１１年第３５卷第１３期（总第３６３期）

耩 ８３

ｉ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ＆ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ

ｌ传输与箍收

１，２，３，然后经叠加处理后调制成幅度有所变化的一条

ＶＭＣＫ波形，加噪声后通过滤波器，然后对其进行解调。

和ｄｏｗｎ信号正交时的数据，设此为满足解调过程。原始

图如图３所示。

３ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真过程

首先设定ｄｏｗｎ（ｘ）表示０，幅度翻倍的ｄｏｗｎ（ｙ）表示

１，印（ ）表示２，ｕｐ（ｒ）表示３，整体的仿真系统如图１所示。

图１整体系统仿真（截图）

随机产生了１０ ｋＨｚ的４个电平的四进制信号，对其

每个码元进行２００个点的采样后进人调制模块，分别被

判为４种波形。与高斯白噪声相加后通过带宽为７００ Ｈｚ

的带通滤波器，然后进入解调单元。从解调单元出来３

路数据Ａ，Ｂ，ｃ，在接下来就是通过这３路数据来进行信

息还原的。最后的部分是计数器，用以计算错误的码元

数目。调制模块如图２所示。

图２调制模块图（截图）

随机信号进来后根据其４个不同的电平被分别调制

成４种波形，在时间轴上将其相加便得到连续的调制波

形。其中的４个判决模块是通过了一个Ｍａｔｌａｂ函数块形

成，对于第一路的ｕｐ（ｙ）信号，其程序对应为：

ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｙ＝ ｎ（ｕ）

ａ＝ｍｏｄ（ｕ，１００）；％因为每个码元的采样点数是１００，故在此对

１Ｏ０取模

ｕｐ＝２ ｓｉｎ（２ ｐｉ ｆ０．３＋０．７ ａ／１００） ａ／ｌＯ０）；

ｙ＝ｕｐ；

其中，将调制系数设定为０．７，这个系数是对应的ｕｐ

８４ ｄ电

视技求

ｅ ｏｎ ｅ ｅ

＇

Ｌ ｎｇｉ

ｒｔ ｎｇ

２０１１年第３５卷第１３期（总第３６３期）

图３原始序列（截图）

其调制的波形如图４所示。

图４调制波形（截图）

图４的最后一行就是加起来的整体调制波形，它有

幅度和ｕｐ，ｄｏｗｎ两种变化，可以用来表示四进制信号。

解调模块如图５所示。

图５解调模块（截图）

为了避免传统的直接相关解调方式会造成的错误

判断，采用了分级解调方式，首先从中间路进入图中的

红色Ａ路，先判断这一段波形是属于ｕｐ类或者ｄｏｗｎ类，

如是前者，则直接进入上一路黄色Ｂ路再行判断，判断方

式是 （ ）和ｕｐ（ｙ）波形分别积分后，将所得值取出中间

一

个幅值作为判决门限电平，通过比较这个电平判断出

是属于ｕｐ类中幅度较大还是较小的。如是后者道理类

似。图５中所示的判决电平是根据滤波器的不同而有所

改变的，因为滤波器设置不同，通过它产生的衰减也有

所不同，但一旦确定了滤波器参数就确定了判决电平，

这个电平也就可以稳定采用了。经解调模块得出三路

数据Ａ，Ｂ，Ｃ，原始信号恢复就是通过这三路来恢复的

（见图１）。若Ａ路判断为１，即为ｕｐ类，在看Ｂ路，如果Ｂ

为１，则为ｕｐ（ｙ）型，为０则为ｕｐ（ ）型，而此时没有参考

价值的Ｃ路为０，这时，就可以直接采用Ａ路ｘ２＋Ｂ路＋ｃ路

的方法来恢复原来电平，例如，ｌｌ０为电平３，１００为电平

２，００１为电平１，０００为电平０。调制和解调部分设计完

成后，加上噪声和滤波器部分，整个仿真系统完成，如图

６所示

● ●

Ｔｒａｎｓｍｉｔｔ１ ｒａｉｌｓｍｌｔｔｉｎｇ＆ ｍ

ｒｏＣＯ１ ｊ『】ｇｉ

＇－，ｉ

传输与授收ｉ

ａｒｉｏｎ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｄｉｇｉｔａｌ ａｕｄｉｏ ＷＡＬＫＥＲ Ｈ Ｒ．ＶＰＳＫ ａｎｄ ＶＭＳＫ ｍｏｄｕｌ

ｆ２ Ｊ

ａｎｄ ｖｉｄｅｏ ａｔ １ ５ ｂｉｔｓ／ｓｅｃ／Ｈｚ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｉｌｓ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ，Ｊ ９９７，４３（１）：

９６一】Ｏ３．

Ｒａｉｓｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｗｉｔｈ ｓｉｎｅ— 日 Ｐ ＳＡＹＨＯＯＤ Ｋ Ｈ．ＷＵ Ｌｅｎａｎ．

［３］

ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ＶＭＳＫＩＪ］．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓ ａｎｄ Ｒｂ’Ｍａｇａｚｉｎｅ，２００１（４）：７９—８４．

图６系统仿真结果波形（截图）

Ｊ１．电路与系统 李小平，吴乐南．类正弦ＶＭＳＫ调制信号的正交性ｌ

［４１

学报，２００４，９（４）：３３—３５．

在图６中，第１行是原始序列，第２行是调制后的信

号，第３行是所加入的高斯白噪声，第４行是第２行和第３

行相加后的结果，第５行是通过滤波器过滤后的效果，最

后一行是解调出的波形。图６中原始序列与解调结果相

比有２个码元的延时，证明解调效果比较理想，解调方式

可行。

『５１吴乐南．超窄带高速通信进展【Ｊ１＿自然科学进展，２００７，１７（１ １）：１４６７一

ｌ４７３

ＺＨＥＮＧ Ｇｕｏｘｉｎ，ＦＥＮＧ Ｊｉｎｚｈｅｎ，ＪＩＡ Ｍｉｎｈｕａ．Ｖｅｒｙ ｍｉｎｉｍｕｍ ｃｈｉｒｐ

ｋｅｙｉｎｇ ａｓ ａ ｎｏｖｅｌ ｕｌｔｒａ ｎａｒｒｏｗ ｂａｎｄ ｅｏｎｕｎｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ［Ｃ］／／ｌ ｒｏｅ．

ＩＥＥＥ ＩＣＩＣＳ２００７．Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ：ＩＥＥＥ Ｐｒｅｓｓ，２００７：１－３．

ＺＨＥＮＧ Ｇｕｏｘｉｎ，ＹＡＮＧ Ｗｅｉｙｉｎｇ，ＨＥ Ｈｕｉ，ｅｔ ａ１．Ｎｏｎ ＤＣ ｏｆｆｓｅｔ ｖｅｒｙ

ｍｉｎｉｎｍｍ ｃｈｉｒｐ ｅｙｉｎｇ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｓ ａ ｎｏｖｅｌ ｕｌｔｒａ ｎａｉＴｏｗ ｂａｎｄ ｅｏｍｍｕｎｉ—

４ 小结

通过Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件仿真，随机产生４个电平的四进

制信号并分别判为４种波形，叠加处理后调制成ＶＭＣＫ

调制波形，加噪声后通过７００ Ｈｚ带通滤波器，然后对其

进行解调。该过程的误码率与所设置的滤波器参数以

ｃａｔｉｏｎ ｓｅｈｅｍｅ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．ＩＥＴ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ，Ｍｏｂｉｌｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ

Ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｓｈａｎｇｈａｉ：［ｓ．ｎ．】，２００７：７５５ ７５８

ＺＨＥＮＧ Ｇｕｏｘｉｎ，ＹＡＮＧ Ｗｅｉｙｉｎｇ．Ｔｈｅ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｖｅｒｙ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｃｈｉｑ￣

Ｋｅｙｉｎｇ（ＯＶＭＣＫ）ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，

ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｓｏｃｉｅｔｙ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ。ｙ ｐｏｓ…ｎ【Ｃ１／，｝】ｒ（】ｃ．

Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ．Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ，

ＣＡ，ＵＳＡ：ＩＥＥＥ Ｐｒｅｓｓ．２００８：１—４．

及所加白噪声参数都有关系，仿真重点在于平台的搭

建，而将滤波器参数设置固定，不同的滤波器参数影响

唐泽鹏，宋威．ＭＡＴＬＡＢ在通信中的仿真应用【Ｊｌｌ电声技术，２００１，２５

（１１）：４８—５１．

岔

信号通过的幅度衰减从而影响解调部分的门限电平，故

每次重设滤波器参数都得重新调整门限电平，误码率与

信噪比的关系仍有待探讨。

参考文献：

［１】杨东凯，吴华森，张其善．ＡＷＧＮ信道中超窄带调制ＶＭＳＫ的最佳

解词性能『Ｊｌ＿通信学报，２００８，２９（５）：１２８—１３２．

作者简介：

马刚（１９８５一

），硕士，主研软件无线电；

周胜源（１９７４一

）。副教授，硕士生导师，主研宽带网络、无线通信

技术。

责任编辑：孙卓 收稿日期：２０１１一Ｏ１—２７

（上接第６６页）

［５］ＢＡＲＢＡＲＯＳＳＡ Ｓ，ＳＣＵＴＡＲＩ Ｇ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ ｃｏｄｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ

ｆｏｒ ｗｉｄｅｂａｎｄ ｍｕｈｉｈｏｐ ｎｅｔｗｏｒｋｓ：ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ＶＳ．ｎｏｎ—ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ

３１６３－３ｌ６７．

【７］

ＡＮＧＨＥＩ Ｐ Ａ，ＬＥＵＳ Ｇ，ＫＡＶＥＨ Ｍ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｓｐａｃｅ—ｔｉｍｅ ｃｏｏｐｅｒａｔｉ ｅ

ｒｅｌａｙｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｓｐｅｅｃｈ

ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ［Ｓ．１．］：ＩＥＥＥ Ｐｒｅｓｓ，２００４：５０１～５（）４．

［６］ＳＨＡＮＧ Ｙｕｅ，ＸＩＡ Ｘｉａｎｇｇｅｎ．Ｓｈｉｆｔ－ｆｕｌｌ—ｒａｎｋ ｍａｔｒｉｃｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｌｉｏｎｓ

ｉｎ ｓｐａｃｅ—ｔｉｍｅ ｔｒｅｌｌｉｓ ｃｏｄｅｓ ｆｏｒ ｒｅｌａｙ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｗｉｔｈ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ

ｓｙｓｔｅｕｌｓ ｗｉｔｈ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｒｅｌａｙｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎ．，

２００６，５（１ １）：３】３０～３１４１．

心

责任编辑：许盈

收稿日期：２０１ｌ一０２—２０

ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｂｅｏｒｙ，２００６，５２（７）：

（上接第６９页）

速度都比Ｓｏｂｅｌ慢，但其检测精度和效果明显优于Ｓｏｂｅｌ

算子，可用于电视字幕的精确检测，特别是对字符的检测

和比较。

ｆ３］余洪山，｛ 耀南．一种改进型Ｃａｎｎｙ边缘检测算法Ｉ】Ｊ＿汁算机丁程 ｊ

应用，２００４（２０）：２７—２９．

Ｉ４】张兆礼，赵春晖，悔晓丹．现代 像处钾技术及Ｍａｆｌａｂ文脱ＩＭ］．北

京：人民邮电｛Ｂ版补，２００１

◇

参考文献：

［１］ＭＯＯＮ Ｈ，ＣＨＥＬＬＡＰＰＡ Ｒ，ＲＯＳＥＮＦＥＩ Ｄ Ａ．Ｏｐｔｉｍａｌ ｅｄｇｅ—ｂａｓｅｄ ｓｈａｐｅ

ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｆｒａｎｓ．ＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２００２，１１（１１）：１２０９—１２２７．

作者简介：

龙清（１９６６一），硕士，重庆广播电视集团（总台）高级工程师，从

事图像信息及视音频处理与传输工作。

责任编辑：任健男 收稿日期：２０１１—０４—２５

［２】柴俊华，应骏．基于Ｃａｎｎｙ算子的图像轮廓提取的改进方法ＩＪ１．电视

技术，２００８，３２（Ｓ１）：４８—５０．

… 蝴 ，期，

电视技 ８５