[信息与通信]超短波跳频通信系统同步技术研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下 进 ( J - 的研究_ _ 作及取得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以 注释和致谢中所罗列的内容以外，沦 文中不包含具他人己经发表或撰写过的研究成果;也小包含为获得西安电子利技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同L 作的同志对本研究所做的仟何贡献均己在文中作 了 明确的说明并表不了 谢意木人签名: 中 生 塑日期: 夕夕 J Z一 1 ， 乞关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子利技大学有关保留和使用学位论文的规定，即:学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采I

2、ll 影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文在解密后遵守此规定)本人签名导师签名廷准 19日 p l 分一 T谊褚 梦日 期:. 2 0 0 9/ )摘 要本论文的项目 来源是军用超短波( V H F ) 跳频电台 型号研制项目。 作者主要承担 了电台同步控制部分的工作。电台同步控制的平台为基于 D S P的中频数字化处理模块。同步方案采用了同步字头法，使用T O D作为主要同步信息实现跳频同步，并通过勤务信息的插入实现同步保持和迟入网。此外，在外接终端时，还可进行跳频下的数据传输。硬件平台和同步方案的先进性以及良好的跳频图案设计保证了电台具有很好的同步性能和抗千扰性能，野外试验的结

3、果也证明了其良 好的性育 旨 。最终通过D S P软件来实现跳频同步控制。软件编制基于电台功能进行模块化设计。这种控制方式有利于信号的数字化处理，同时具有灵活、开放的优点，使得电台在功能、性能上的改进与更新上变得非常容易。 关键词: 超短波 跳频中频数字化同步控制 软件设计ABS TRACTT h e s tu d y o f t h i s p a p e r i s d e r i v e d f r o m m i l i t a r y p r o j e c t : V H F F r e q u e n c y H o p p i n gR a d i o . I n t h i

4、s p a p e r , w e m a i n l y d i s c u s s e d w i t h d e v e l o p m e n t o f t h e s y n c h r o n i z a t i o nc o n t r o l p a rt . T h e p l a t f o r m o f s y n c h r o n i z a t i o n c o n t r o l i s a I F d i g i t a l p r o c e s s i n g mo d u l eb a s e d o n D S P . T h e m e t h

5、o d t h a t p r e f i x e s t h e s y n c h r o n i z a t i o n i n f o r m a t i o n w o r d s t o v o i c ei n f o r m a t i o n o r d a t a i s a p p l i e d i n t h e s y n c h r o n i z a t i o n s c h e m e . Me a n w h i l e , w e u s e T O Da s p r i m a r y s y n c h r o n i z a t i o n i n

6、 f o r m a t i o n t o r e a li z e th e s y n c h r o n i z a t i o n o f f r e q u e n c yh o p p i n g , a n d b y i n s e rt i n g g u a r d i n f o r m a t i o n t o k e e p s y n c h r o n i z a t i o n a n d m a k e d e l a ye n t r y a v a i la b l e . Mo r e o v e r , w e c a n e n s u r e

7、t h e d a t a t r a n s m i s s i o n w e l l w h e n w e c o n n e c tr a d i o t o t e r m i n a l s s u c h a s P C , e t c . T h e g o o d p e r f o r m a n c e o f h a r d w a r e p l a t f o r m , t h er a t i o n a l i t y o f s y n c h r o n i z a t i o n s c h e m e a n d p e r f e c t d e

8、s i g n o f h o p p i n g p a t t e rn s b r i n g t h eg o o d s y n c h r o n i z a t i o n p e r f o r m a n c e a n d a n t i 一 a m m i n g p e r f o r m a n c e t o o u r r a d i o . T h er e s u l t s a r e a l s o i n d i c a t e d b y e x p e r i m e n t s .F i n a l , w e r e a l i z e d f

9、r e q u e n c y h o p p i n g s y n c h r o n iz a t i o n b y D S P s o ft w a r ep r o g r a m m i n g . T h e p r o g r a m s a r e a c c o m p l i s h e d u s i n g t h e w a y o f m o d u l a r i z a t i o n d e s i g nb a s e d o n r a d i o f u n c t i o n s . T h i s c o n t r o l m e t h o

10、d i s p r o p i t i o u s t o t h e p r o c e s s i n g o f d i g i t a ls i g n a l s , a n d i s p o s s e s s e s a d v a n t a g e s o f fl e x i b i l i t y a n d o p e n n e s s , w h i c h m a k e s t h e r e n o v a t i o n s a n d i m p r o v e m e n t s o n f u n c t io n s a n d p e r f o

11、 r m a n c e s o f t h e r a d i o m o r e e a s i l y .K e y w o r d : V H F F r e q u e n c y H o p p i n gS y n c h r o ni z a ti o n C o n t r olI F D i g i t a l i z a t i o nS o f t w a r e D e s i g n第一章绪论第一章绪论引台本章主要是对跳频技术基木原理的概述，步控制的基本方法进行了简要的介绍。最后，文中所要着重讨论的问题。并对跳频通信的关键技术和跳频同介绍了本论文的项目来源，指出论

12、1 . 1 扩展频谱技术在通信系统中的应用l 卜1 ，1扩展频谱技术简介1 9 4 8 年， 美国贝尔实验室( B e l l L a b s ) 的数学家香农( C . E . S h a n n o n ) 在 贝尔 系统技术杂志上分两部分发表了他那篇著名的论文“ 通信的数学理论”从而奠定了现代信息论的基础，同时也为后来许多新技术的发展指明了方向。扩展频潜 ( S p r e a d S p e c t r u m ) 技术提出 与发展的最初现实动力来自 于军事通信 的需要: 早在上个世纪5 0 年代中期， 美国军方就认识到， 传统的定频通信体制在强干扰的第三者存在的情况下，接收方很难准确

13、地检测到发送方的信号，同时这种体制不利于通信保密以香农理论为依据的扩展频谱技术应运而生，在二十世纪后期取得了长足的发展。我 们知道， 信号 ( 一般指电 或光信号 ) 的 频域表示称作频 谱。 信号的 频谱可 以 通过对其时域表示作变换得到，如大家熟知的连续信号的傅里叶( F o u r i e r ) 变换、 拉普 拉斯( L a p l a c e ) 变 换， 离散信号的Z 变换 也可以 借 助频谱分 析仪获得信号的功率谱。所谓 扩展频谱( 简称扩频) 技术指的是采用特定的技术手段将待传输的信号在 一个宽频带上进行扩展，而这一宽频带要比发送待传输信息所需的最小带宽宽得多。 这样处理后的信

14、号被发送出去后， 接收方通过相应的处理过程获得原始信息。这种技术所带来的好处可以少 !J 信自 、 论的有关内容加以解释香农在上述论文中给 出了如下定理:在高斯自噪声干扰条件下， 通信系统的信道容量( C ) 与信号 带宽( B ) .信号 平均功率( S ) 及噪声功率( N ) 之间满足以 一 公式 ( 二 ， Iog ,I l+ AS ) (b iU s)l -( 式 1 .1 )。这上 理的; ， 诉我们;门给定 U 、S i N 卜 二丫 司 9 献; 道无夕 从 传输信自 、 的最人速琦为C . I f ll V I持同杆人小的( “ 边容l , 1. C , i il 以通过iP

15、 4l a 信写的带宽B及S I N来达到，即信道容录可以通过.I II 宽 。 信噪比的F IA“ Ih i 保d li 小变如果增加频li p 宽度，就 以价较低的信噪比的侧 娜己 1- - ) U 相 ,I 的信急 速率以1 r - 怠小的差错概率来传输信息。超短波跳频通信系统同步技术研究今大，扩频技术以其具有很强的抗干扰能力、安全保密等众多优点，除用于军事通信领域外， 也已 广泛地应用于军事和民用的许多其他领域， 如C D MA通信、测距和定位及医学领域等。l .! .2 扩频通信的基本工作方式扩频通信系统是最具代表性的扩频技术应用，其基木组成框图如图1 . 1 所jJ( :一般在发送

16、端采用伪随机码进行扩频， 伪随机码或称伪噪声( P s e u d o N o i s e , P N ) 码， 用于 扩频时一般具有很长的码周期，码长足够长时编码的概率分布趋近于正态分布。拼信息输入信息 调 制信道信息输出扩频伪随机码发牛2 s图1 . 1扩频通信系统组成框图反映扩展频谱通信特性的重要参数是扩频增益G ( S p r e a d i n g G a in ) ，其定义为 频谱扩展前的信号带宽B , 与 频谱扩展后的信号带宽B 2 之比，即G _ B ZB ,可以证明，扩频增益G等于接收端解扩前后的信噪比之比，即G _ ( S I N )( S / N ) ,( 式1 . 2 ) ，( 式1 . 3 ) 0在扩频通信中接收机作解扩解调后，只提取伪随机编码相关处理后带宽为 B ,的信号成分， 而排除掉扩展到宽频带B : 中的外部十扰、 噪声和其他用户通信的影 n j 。扩频增益G准确地反映了 扩频通信的 这种能力。按对待传输信号频带进行扩展的不同技术手段划分，扩频通信有以下儿种基本