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摘要：介绍了BPSK，QPSK，16PSK，FSK，MSK及GMSK 6种数字调制方式的特点，采用Matlab中的Simulink建立了各种调制方式实现DS/FH混合扩频系统的仿真模型。重点研究了跳/扩频通信系统在具有扫频干扰、跟踪干扰以及两者共存的环境下，采用不同调制方式时抗干扰性能的差异，并通过仿真计算误码率给出比较结果，由此得到的结论是：3种相移键控中的BPSK抗干扰性能最好，3种频移键控中的2FSK抗干扰性能最好，并且BPSK的抗干扰性能优于2FSK。
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关键词：DS/FH混合扩频；数字调制；扫频干扰；跟踪干扰；Simulink仿真
中图分类号：TN91文献标识码：A文章编号：1005-3824(2014)04-0006-03
0引言
数字调制是现代通信系统中一个极其重要的组成部分，采用什么样的调制方式将直接影响到通信系统的性能[1]。本文选取了在跳扩频通信电台中常用的、具有代表性的几种调制方式，如BPSK，QPSK，16PSK，2FSK，MSK和GMSK调制方式，分析它们的特点以及在DS/FH超短波通信电台实际应用中的抗干扰能力，着重研究在相同的仿真环境下采用不同调制方式对DS/FH通信系统抗扫频干扰[2]和跟踪干扰[3]性能的影响并进行比较，给出结论。
1几种数字调制方式
扩跳频通信系统中主要采用数字调制。基本的二进制数字调制方式有幅移键控(2ASK)、频移键控(2FSK)和相移键控(2PSK或BPSK)，其中应用最广泛的是BPSK[4-5]。
在二进制键控体制中，每个码元只能传输1bit的信息，为了使每个码元能够携带更多的信息量，进而提高传输效率，又在二进制键控体制的基础上发展出了多进制键控体制[6]，例如文章仿真中所用到的正交相移键控(4PSK或QPSK)以及十六进制相移键控(16PSK)，它们与BPSK相比提高了传输的频带利用率[7]。
由于2FSK调制在基带信号变换时会引起载波的相位突变等问题，便发展出MSK(最小频移键控)调制，它是恒包络信号，功率谱性能好，具有较强的抗噪声干扰能力，且比2FSK的传输带宽小，广泛应用于目前的无线移动通信等现代通信技术中[89]。
为了进一步降低传输带宽，又进一步发展出GMSK(高斯滚降最小频移键控)。GMSK是MSK的改进技术，是在基带码流进入VCO(压控振荡器)之前，先以预调制高斯滤波器进行处理，它具有恒包络、相位连续的特点。GMSK调制后的信号功率谱主瓣窄，带外衰减快，对邻道的干扰小，频谱效率较高[10-11]。
2仿真模型的建立
基于Simulink的DS/FH混合扩频通信系统仿真模型如图1所示。其中，在信道中叠加了扫频干扰和跟踪干扰，即图1中的“saopin”模块与“genzong”模块。仿真过程中，既可以对单独叠加扫频干扰或者跟踪干扰的系统模型进行仿真研究，也可以对同时叠加扫频干扰与跟踪干扰的系统模型进行仿真研究。
BPSK信息调制的仿真模型对应图1中的random integer generator及MPSK模块。random integer generator模块产生二进制随机比特序列，并且在如图2所示的此模块的参数设置对话框中，由参数sample time的值来决定信息比特的宽度。
QPSK，16PSK，2FSK，MSK和GMSK调制方式在仿真建模中主要由simulink中的modulator以及对应的demodulator模块来实现，modulator模块如图3所示。对不同调制方式仿真时，仅需对图1中的相应模块进行替换即可。其中，BPSK，QPSK和16PSK调制模块皆可由simulink中的MPSK modulator baseband模块实现，如图4所示。不同进制的调制方式只需对图4中Mary numberr的值作相应修改即可。对应的解调模块的参数与调制模块的参数一一对应。
3.1仿真条件说明
为便于比较误码率，对于跳/扩频通信系统除调制模块外，其它模块均保持不变，即相同的信号源和扩频序列(同阶m序列)、相同的扩频增益(10倍)和跳速(600跳/s)等，从而保证系统的仿真条件一致。
3.2仿真结果与比较
3.2.1在扫频干扰环境下的比较
对跳/扩频系统在不同调制方式下抗扫频干扰的误码率进行比较，其仿真结果如图5所示。从图5中可以看出，在相移键控中，BPSK调制的误码率最低，并且在10 dB附近误码率迅速下降为0，接下来依次是QPSK调制、16PSK调制；在频移键控中，2FSK调制的误码率要低于MSK调制和GMSK调制，并且MSK调制以及GMSK调制的误码率曲线基本重合；另外BPSK调制的误码率要低于2FSK调制。
3.2.2在跟踪干扰环境下的比较
对跳/扩频系统在不同调制方式下抗跟踪干扰的误码率进行比较，其仿真结果如图6所示。从图6中可以看出，在相移键控中，BPSK调制的误码率最低，接下来依次是QPSK调制、16PSK调制；在频移键控中，2FSK调制的误码率要低于MSK调制和GMSK调制，并且MSK调制以及GMSK调制的误码率曲线基本重合；BPSK调制的误码率要低于2FSK调制。
3.2.3在扫频干扰和跟踪干扰环境下的比较
对跳/扩频系统在不同调制方式下抗扫频干扰和跟踪干扰的误码率进行比较，其仿真结果如图7所示。从图7中可以看出，在相移键控中，BPSK调制的误码率最低，并且在10 dB附近误码率迅速下降为0，接下来依次是QPSK调制、16PSK调制；在频移键控中，2FSK调制的误码率要低于MSK调制和GMSK调制，并且MSK调制以及GMSK调制的误码率曲线基本重合；另外BPSK调制的误码率要低于2FSK调制。 4结论
文章介绍了6种不同的数字调制方式特点，并对Simulink中信息调制模块的参数设置进行了说明，讨论了DS/FH混合扩频系统在不同调制方式的下分别对抗3种干扰情况，即存在扫频干扰、跟踪干扰以及2种干扰共存时的抗干扰能力。仿真发现，在其它参数一定的情况下，3种相移键控中的BPSK调制抗干扰性能最好，3种频移键控中的2FSK调制抗干扰性能最好，并且BPSK调制下的抗干扰性能要优于2FSK调制；另外单就BPSK而言，在3种干扰环境下，同时加入扫频干扰与跟踪干扰时的系统抗干扰性能最好，而对16PSK，MSK以及GMSK调制而言，3种干扰环境下的系统抗干扰性能总体变化不大。
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(责任编辑张诚)
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