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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于DDS的跳频信号源的研究与实现 姓名：郝未 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：刘文予 20090525 摘 要 摘 要 跳频通信由于其良好的抗干扰能力和同步迅速等特点，在现代通信中发挥着重要 作用。其关键技术主要有三点：跳频序列发生器、跳频频率合成器和跳频同步器。在 跳频频率合成器中，直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer ：DDS）使用 最为广泛。 相对于国外跳频通信的快速发展， 国内对跳频通信的研究还属于起步阶段， 需要更多的力量投入。研究跳频通信，势必需要构建一个实验室环境下的跳频通信系 统。基于 DD
2、S 的跳频信号源就是在这样的背景下作为该系统的发射端部分提出的。 为满足实验室研究的需要，首先为基于 DDS 的跳频信号源制定了相应的系统需 求。除了产生跳频信号这一基本要求外，还应当满足跳频速率和调制速率应当可以在 一定范围内进行修改和保存、同时具备本地控制和计算机远程遥控功能、跳频图案和 数据信息可以修改并保存等特殊要求。其后根据系统需求设计系统总体方案，分为控 制单元和射频单元展开详细设计。 跳频信号源的硬件实现采用 Altium 公司的 Designer6.9 平台，按自顶向下的原则 首先设计出系统顶层原理图，再分为供电、MCU、本地接口、遥控接口和射频等五个 子模块设计子模块原理图，
3、与此同时提出了各模块实现时应当注意的问题。软件部分 则分为 MCU 软件和计算机软件， 并给出相应的程序流程图。 在完成跳频信号源之后， 经测试能够产生符合设计的跳频信号，其它特殊要求例如修改保存参数等功能都可以 实现，基本达到了研究跳频通信系统的设计目标。 关键词：关键词：跳频；信号源；扩频；直接数字式频率合成器 I Abstract The frequency-hopping communication is playing a prominent role in the modern telecommunications, due to its strong anti-interfere
4、nce ability and rapid synchronization, whose key technological features consists of three aspects, that is, frequency hopping sequence generator, frequency hopping frequency synthesizer and frequency hopping synchronizer. In particular, the DDS is most widely employed because of its high resolution
5、and short conversion time. In contrast to its rapid development overseas, the frequency-hopping communication in China is merely at the onset, calling for more attention and investment, of which the research needs a frequency-hopping communication system in the laboratory environment. Under such cir
6、cumstances, the DDS-based signal source is purposed as transmission part of the system. To meet the need of laboratory research, a set of corresponding system requirements is customized for the frequency-hopping signal source, including the generation of frequency-hopping signals, as well as the adj
7、ustment and storage of frequency-hopping rate and modulation rate within certain range, local and remote control, adjustment and storage of hopping pattern and digital information. Hereafter, a general plan is designed based on the system requirements, composed of control unit and spread spectrum un
8、it. The hardware of the signal source is Designer6.9 platform of Altium. A top layout is designed under a top-to-bottom guideline, which can be divided into five sub-modules, that is, power supply, MCU, local interface, remote control interface, and spread spectrum; meanwhile, all potential problems
9、 concerning respective sub-modules are offered. The software section consists of MCU software and computer software, along with the corresponding process flow chart. After the completion of the frequency-hopping signal source, a successful test of needed hopping frequency and the realization of the
10、special functions above mentioned prove the achievement of this objective. Key words: Frequency Hopping; Signal Source; Spread Spectrum; DDS; II 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名
11、： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 1 绪论 绪论 1.1 引言引言 随着信息时代的到来，人们对通信的依赖程度自然而然也越来越大。众所周知， 所
12、有的通信传输都会伴随有干扰，如何在干扰条件下进行更为可靠的通信是通信研究 领域的一大热点1。在这种情况下，扩频通信由于其强大的抗干扰能力、极低的截获 率、多址通信、距离测定、良好的隐蔽性、保密性和易于组网等一系列独特的优点， 越来越受到人们的重视。尤其是最近二十年来各种高速器件和新技术的应用，更是使 得扩频通信的发展迈上了新的台阶2。 扩频技术的研究始于第二次世界大战，最初的目的是在敌对方控制区内提供一种 保密通信3。从其几十年的飞速发展过程来看，我们甚至可以预言，今后的军事通信 特别是战场通信，只有扩频通信系统可以胜任。虽然发明扩频通信系统是为了在军事 环境中实现保密可靠的通信，其主要应用也
13、主要在军事通信上，但除了军事领域，如 今扩频技术在民用通信各个领域的应用也在不断扩大，如通信、雷达、导航、测距、 定位等， 并显示出了强大的生命力4。 全球定位系统 （Global Positioning System： GPS） 就是一个典型的范例，该系统最初是一个为军事应用而开发的现代扩频通信系统，但 现在已经广泛的被应用于民用通信中5。 1.2 扩频通信概述扩频通信概述 所谓扩频通信，是指用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种通信 方式6。扩频系统最为主要的特点如下7： (1) 系统占有的频带宽度远远大于要传输的原始信号带宽，而且系统的占有带宽 与原始信号的带宽无关。 (2)
14、由接收信号和一个与发射端采用的扩频码的同步信息进行相关处理完成解调 过程。 1 图 1-1 为扩频通信系统的基本组成框图。 图 1-1 扩频通信系统基本组成框图 根据 Shannon 定理，在一个连续的信道中，如果设信道带宽为 B，信号噪声比为 S/N，则对信道容量 C 有8 )/b(1log2s N S BC += Shannon 公式本意是信道容量由带宽和信噪比确定，但是同时也可以推出这样一 个结论： 如果 C 是已经确定的， 那么信号占据的带宽越大， 对信噪比的需求就越小 9。 由此，表明了扩频通信的最主要的目的：通过扩展频谱来降低对信噪比的需求。 1.3 跳频通信概述跳频通信概述 在扩
15、频通信中，一种常用的扩频方式是跳频扩频（Frequency Hopping） 。其基本思 想是在频域中不断地改变发射频率，进行收发双方预先约定好的通信101112。显然， 那些敌对方的非法接受机基本上不可能寻找到通信双方使用的所有工作频率。因此， 采用跳频技术的通信系统很难被截获、窃听和干扰1314。 1.3.1 跳频通信系统的原理跳频通信系统的原理 如图 1-2 展示了跳频通信系统的原理15 16 17。 2 频率合成器 PN码产生器 调制信源 fi 高放 同步系统 频率合成器 解调中放混频 (a)发射 (b)接收 PN码产生器 . . 图 1-2 跳频通信系统原理框图 1.3.2 跳频通信
16、系统的主要技术指标跳频通信系统的主要技术指标 在跳频通信系统中，经常被提到的主要技术指标有：频率范围、信道间隔、跳频 带宽、跳频频率数目、跳频速率等10。GIB 2929-9718 、GIB 2928-9719 、GIB 1128A-200220 等标准分别对战术短波跳频电台、战术超短波跳频电台和机载超短波 跳频电台的主要技术指标做出了明确的规定。 (1) 频率范围 频率范围指的是跳频通信系统工作的所占用的频段。 表 1-1 列出了各种跳频电 3 台的频率范围划分20。 表 1-1 跳频通信系统频率范围划分 跳频电台类型 频率范围 战术短波跳频电台 1.6MHz29.999MHz 战术超短波跳频电台 30MHz87.975MHz 机载超短波跳频电台 按照使用需求的不同，选用其中一段或几段 频段 (2) 跳频带宽 跳频带宽一般指的是跳频通信系统所使用的最大射频频率和最小射频频率之 间的差值21。表 1-2 列出
