連續相位調制（CPM）在戰術無線通信中的應用研究

王健

【摘要】? ? 戰術無線通信環境通常具有復雜多變及非視距的特征。連續相位調制由于其恒包絡和帶外能能量衰減快的特征，極大的提升了功放效率及頻帶利用率，在戰術無線通信中獲得了廣泛的應用。本文分析了連續相位調制的技術特點，給出了在戰術通信的典型應用，并展望了未來的應用前景。

【關鍵詞】? ? 連續相位調制? ? 戰術通信? ? 恒包絡

引言：

戰術無線通信是戰場指揮末端的一種通信方式，其所處的環境復雜多變，用于無線通信的設備形態多種多樣，因此帶寬效率和功率利用率是保證無線通信質量的重要指標[1][2]。

連續相位調制作為一種非線性調制體制，具有包絡恒定、相位連續的的特點。與同屬于非線性的的PSK調制不同，連續相位調制信號在調制符號跳變時刻信號相位是連續的，其頻譜更加緊湊，頻譜旁瓣衰減更快，從而頻譜利用率獲得了提高。連續相位調制的頻譜旁瓣幅度較小，主瓣集中了調制信號的絕大部分功率，所以相比PSK調制其功率利用率也得到了提高。

連續相位調制信號為恒包絡調制，對功率放大器的非線性特性不敏感，因此可以使用C類放大器獲得更高的功率輸出效率。連續相位調制的這些優良特征正是戰術無線通信迫切需要的，因此連續相位調制技術在戰術無線通信中得到廣泛應用[3]。

一、連續相位調制技術原理

連續相位調制是典型的恒包絡調制技術，是一類調制技術的總稱。CPM調制信號的波形通常表示為以下形式：

其中，fc表示調制信號的載波頻率，表示調制信號的初始相位，表示以為自變量的調制信號的隨機相位，定義如下式所示：

其中，{Ik}表示進制為M的調制符號序列，取值范圍為Ik∈{±1，±3，...，±（M-1）}，{hk}表示調制指數，T表示調制符號周期，q（t）是脈沖成型函數為g（t）的積分響應波形，q（t）的表達式如下所示：

q（t）為連續函數，因此調制信號的相位也是連續的。g（t）函數常用的脈沖形狀定義如下：

連續相位調制具有較高的頻譜利用率，其功率譜密度表達式[4]如下所示：

由上式可以看出，連續相位調制的功率譜密度與調制指數h，記憶長度L相關，不同調制指數和記憶長度的連續調制信號功率譜密度如下圖1所示。

二、戰術通信中的應用現狀

2.1戰術數據鏈

戰術數據鏈是指按照預先約定的消息格式和通信協議進行信息傳輸的鏈路。數據鏈作為一種典型的戰術無線通信系統，采用先進的數據調制解調技術、信道前向糾錯編解碼碼技術、網絡通信技術和信息融合技術，并且采用比特通信的方式應用于地空、空空及地地之間的武器平臺進行實時格式化信息的傳輸[5]。

戰術數據鏈誕生于20世紀50年代，20世紀80年代為戰術數據鏈發展的早期階段，此階段的戰術數據鏈功能單一，主要進行點對點傳輸;傳輸速率慢，速率只有幾kb/s，具有代表性為美軍的Link4和Link11。本世紀前后10年為戰術數據鏈的快速發展期，戰術數據鏈從單一的點對點傳輸發展到組網階段，其數據傳輸速率也有了較大提升，達到了幾十上百kb/s，該時期具備代表性的戰術數據鏈為Link16和Link22。近幾年為戰術數據鏈系統發展的第三階段，目標定位于協助武器平臺實現實時高效的打擊，本階段的典型代表為戰術目標瞄準網絡技術（TTNT），TTNT的數據傳輸速率為數Mb/s，同時采用了具有更強糾錯能力的Turbo編碼及更為靈活的IP協議。

戰術數據鏈調制技術的發展如圖2所示，早期的Link4中采用FSK調制，Link11采用數字QPSK及模擬FM/SSB;戰術數據鏈發展中期的Link16采用MSK 調制，Link22的主要調制方式為QPSK和8PSK調制;新一代數據鏈TTNT的主要調制方式為GMSK調制，美軍最新的靶場遙測系統（IRIG）106標準采用的調制方式主要包括SOQPSK、FQPSK、ARTM CPM以及PCM/FM，即使是PSK調制也做了連續相位的處理。從上述各個時期的數據鏈調制信號的發展歷程看出，物理層調制方式越來越傾向于具有高頻譜效率和功放效率的連續相位調制。

2.2北約窄帶波形

NATO于2007年發布了一組“Narrowband Waveform（NBWF）”技術需求。需求中調制和編碼信號處理技術的進步提升了戰術波形的吞吐量和覆蓋范圍，這些能力的增加催生了新一代戰術無線通信網絡。傳統上VHF戰術無線通信使用25kHz信道和16kbps未編碼的FSK調制[5]，全向通信，無動態組網。新的技術草案提供20kbps-96kbps的數據吞吐量的全永久封裝波形，設計目標為工作在VHF、UHF頻段的戰術通信設備提供低SNR、長距離網絡通信。

窄帶波形（NBWF）工作在VHF，每個連接的用戶組占用25kHz帶寬。由于VHF頻段呈現出良好的傳播物理特性和窄帶寬，窄帶波形提供最高達50公里的覆蓋。

NBWF物理層是一個CPM調制的突發波形，在25kHz信道上提供帶編碼的20kbps、31.5kbps、64kbps及96kbps吞吐率，該數據速率是凈荷，不包括導頻影響。其調制方式為連續相位調制，接收機采用迭代解調和解碼來提高性能。NBWF采用連續相位調制技術的接收性能比傳統波形SNR高出5dB。

三、結束語

本文分析了連續相位調制的技術特點，闡明了其頻譜效率高及功率利用率高的主要技術原因，并給出了在戰術通信中的典型應用和發展歷程，由于戰術通信在整個軍事行動的重要性和基礎性，連續相位調制必將在未來的各種戰術通信波形中得到更加廣泛的應用。

參? 考? 文? 獻

[1] 趙靜，李瑛，賀玉寅.2006.美軍通信與指控裝備體系結構的發展及對我們的啟示[C]，2006，軍事電子信息學術會議論文集.武漢：中國電子學會軍事電子信息專業委員會，2006：813-817.

[2] 金紅軍.超短波遠距離山區通信關鍵技術研究[J].通信技術，2012， 46（ 06） ： 22-25.

[3] 劉翠海，溫東，姜波，李詮娜.無線電通信系統仿真及軍事應用[M].北京：國防工業出版社. 2013：136-160.

[4] 鄒勝福，陶建軍，胡飛.連續相位調制（CPM）系統的參數選擇研究[J]. 通信技術，2017，50（2）：224-231.

[5] 閻謹.美軍戰術互聯網體系架構研究[J]. 通信技術，2011，44（09）：105-107.