超短波跳频通信系统同步技术研究.pdf

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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 ll 影印、

2、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，野外试验的结果也证明了其良 好的性育

3、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 TRACT T 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 s p a p e r,w e m a

4、 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 o d t h a t p r e f i x e

5、 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 f o r m a t i o n t o r e a

6、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 t h e d a t a t r a n s m i s s i o

7、 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 s i g n o f h o p p i n g p a t t e rn s

8、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 r e q u e n c y h o p p i n g s y n c h r o n

9、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 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

10、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 er 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 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.

11、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 g S 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 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

12、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)

13、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

14、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 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

15、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

16、 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 Z B,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 二 作方式:(1)直接序列扩频(D i r e c t S e q u e n c

17、e S p r e a d S p e c t r u m)这种方式川具有很高码速率的伪随机扩频码在发端扩 一 展信号 的频is，而在收端)!相同的扩频码序列把展宽的扩频信号还原为原始的信息。一种简单的扩频方式是用P N码对己 调载波进行相干二相移相键控(B P S K),而B P S K信号 功率谱中连续谱的频谱宽度取决于具有P N码码元宽度的矩形脉冲第 一 章绪论的频谱宽度，当以高速P N码序列对己调 信号 进行B P S K调制时，由于码元宽度很窄，调制后的信号带宽就被展宽了。接收端可以用与发端同步的本地 P N码序列对收到的扩频信号再进行一次二相移相键控就可以 恢复出原始已调信号，从频

18、谱的观点来看，就是将有用信号的能量重新集中起来而得到最大输出。而对于窄带干扰信号，在解扩过程中其频谱却被扩展了，相应地，干扰信号的谱密度被大大降低，最后经窄带滤波千扰信号的功率被大大减弱了 (2)跳变频率 扩频(F r e q u e n c y H o p p i n g S p r e a d S p e c t r u m)在这种扩频方式下，P N码序列不直接参与调制，而是用它来控制可变频的频率合成器在不同的时间段产生不同的载波频率用于调制。跳频通信系统的原理框图如图 1.2 所示。信息序列频率调制信息序列图1.2 跳频通信系统原理框图发送端的频率合成器产生的频率按伪随机码不断地、随机地

19、改变，并与已调信号相混频得到跳频信号;接收端用与 发送端相同的伪随机码控制本地频率合成器产生与发送端同步变化的频率，和收到的 跳频信号 相混频(称此过程为解跳)后，得到固定频率的中频信号，再进行解调得到信息序列。而对于窄带千扰信号，由于不知道跳频系统的频率跳变规律，经接收机接收(混频)后，不能进入中频频带，也就无法形成干扰。在频率跳变的速率足够快、随机性足够好时即使是跟踪式 1 飞扰也难以发挥作用。(3)跳变寸 h 1 扩频(r i m e I l o p p i n g S p r e a d S p e c t r u m)这种方式 F，用编码序列来控制发射时刻和持续1 1 1 1,1 3

20、 2 的长短。在保证系统严格定时的情沉F，可1 11 来减少i,1 分多址系统之I li1 的1 扰。但从抑制千扰的角度看，跳时力式得益烈 _ 少，因为六信号，心频率的连续找波就 q 以有效地阻塞通信。实际应用时多与其他方式混合使用。(1)线性调频-1)一频(C h i r p M o d u l a t io n S p r e a d S p e c t r u m)超短波跳频通信系统同步技术研究 线性调频脉冲信号的特点是射频脉冲信号在每一个脉冲周期内频率按某种已知方式变化。线性调频方式扩频可在不使用编码的情况下，得到比绝对需要带宽更宽的带宽，从而获得处理增益。实际的扩频通信系统，采用前两

21、种方式的较多，而线性调频方式主要用于雷达系统。在采用单一工作方式不能达到所希望的性能时，往往采用两种或两种以上的混合形式，如D S TH,D S/f H,F I I/T H及D S I F I h T II等 1.2 跳频通信的参数、特点与发展1.2.1 描述跳频通信的重要参数 待发送己调信号经跳频方式扩频后，频率在较宽的范围内伪随机地跳变。就射频频谱而言，在某一特定的时段，跳频信号是窄带的，但从整个发送(或接收)时间看，跳频信号 是在一个较宽的频带内跳变，频谱是宽带的。跳频技术主要用于战术无线通信，以传输数字话音为主，也可传输数据。民 用通信如G S M,蓝牙(B l u e t o o 向

22、系统中也有应用。本文主要讨论跳频技术在战术超短波通信上的 应用，所以所提到的跳频通信系统指的就是跳频电台。跳频电台按所传输基带信号的类型可划分为模拟跳频电台和数字跳频电台，数字跳频电台用来传送数字话音和数据，本文讨论的是数字跳频电台 描述跳频通信有如下的亚要概念和参数:(1)跳频方式的 扩频增益:由(式1.2)可 得 G,=N(式1.4)，其中N是整个 跳频用频段内的可用载波数，或频道数。例如:我F I 军用的超短波(V I I F)频段为3 0 M I I z-8 7.9 7 5 M H z(可扩展)，在此频段土每单个跳频波道允许带宽为2 5 k H z，容易得到N=2 3 2 0,即在此频

23、段上全频段跳频可获得 l O l o g i N=3 3.6 d a的扩频增益 (2)跳频速率:是指跳频时载波频率跳变的速率，通常用侮秒跳变的次数来表示，单位为 跳 2 秒，记 作h o p s/s(F i t 简i E,为li/s),国内 一般1 11 跳速快 慢把跳频分为低、中、快速跳频，这是个绝对数值跳速的概念。例如，将跳速约在 1 0 0-5 5 0 h o p s/s 之l,jJ f lJ(i 有定义为1 0。一1 0 0 0 1 i o p s/s 的)跳频i LI 台 称为中 速跳频台;而囚外文献1-.一 般将跳频划分为 快跳1(F F 1 1)T 1 1 慢跳频(S F F I

24、),讨 者指的是一个基带苟号 在多跳上传送，而后A 足指一跳传一个 或多个符号，这是一个相对数值的概念。现在 己 知的国内 外V I I F/I 1-1 I 匕 台 人多 数是S F H I o 跳速是 与 跳频系统抗 干扰能力有关的的一个重要参数。(3)跳频周期:是跳速的倒数，即协次从替 换频率到频率稳定并用来传送信息所持续的总时间，亦称作跳频间隔，用丁 h 表示，单位是秒(s)。如跳速为加O h/s第一章绪论的系统，跳频周期T i,5 m s o (4)跳频图案:是指跳频通信系统中载波频率随时间作伪随机跳跳变的规律。由 如上 跳频方式的介绍可知，跳频图 案由 控制 频率 跳变的伪随机码(跳

25、频码)决定。为安全保密起见，跳频码序列的周期一般不短于十年。(5)跳频带宽:指频率跳变的范围。如V H F 的3 0 8 7.9 7 5 M H Z频段全频段跳频时，跳频带宽为2 3 2 0 又0.0 2 5=5 8 MH z。(6)跳频频率集:跳频电台工作时，载频频点的集合，又称为跳频频率表。上述频段全频段共含有2 3 2 0 个频率点，实际运用中可采用全频段或分频段跳频，每个跳频频率集可能含有几十到上百个频率点，这样可预制的跳频频率表的个数是非常多的。图1.3 作为示例给出了 一个跳频系统(频率集含八个频点)跳频图案的时频矩阵图。.一一一一 一 一0 T h 2 T h 3 Tr,4 T

26、h 5 T h Jeseseses今6 T h 7 T h t图1.3 跳频图案时频矩阵示例图中跳频序歹 U 的编码周期为 7，频率跳变周期为7 丁，、(7)T O D(T i m e o f D a y):是跳频电台的时间参数 在电台显示器上显示为年、月、!寸、分、秒:在电台内部般以跳频周期为中位计时。跳频电台常以此参数作为产厂 L 跳频码序列的输入参数。(8)跳频同步:指跳频，匕 台收、发双方达到跳频图案、跳频频率集、跳频速率及 跳变日 刻山 位)f ih一 致 这是收为 解跳所必需的儿个条 件。一般由发方发送额外的同步信 A，收方通过【.:川洲田州I ll 达到跳频同步。、场 然，在传送

27、数字信息时，还应做到帧同步和位同步。(9)跳频系统的同步时fu:是指从发方开始发送同步信息到收发达到跳频同超短波跳频通信系统同步技术研究步并建立通信所需要的时间。另外需要指出的是，跳频系统按基带信息的调制方式不同可分为相干跳频系统和非相+跳频系统，但由于很难做到在跳变情况下使频率合成器的相位保持相卜 以及相千调制信号在解跳后，因收方本地频合产生的载波与发方载波之间存在着很难避免的相位差造成恢复出的己调信号存在相位调制的问题，在 F H系统中，数据调 制一股采用移频键控(1 S K)方式。一 般说来，希望跳频带宽要宽，跳频的频率数要多，跳频速率要快，跳频编码的周期要长，跳频同步时间要短。这些跳频

28、技术指标与跳频电台的抗干扰性能有着直接的关系:跳频带宽愈宽夕抗部分 频带干扰(宽带干扰)的能力越强;跳频频率表的频率数目 越多，抗单频、多频及梳状干扰的能力越强;跳速越快，抗跟踪式干扰的能力就越强;跳频编码的周期愈长，跳频图案的延续时间也就越长，有益于提高电台的抗截获能力;跳频同步时间越短、同步信息 越隐蔽，将影响跳频系统的顽存程度。当然，一个跳频系统的各项技术指标应依照使用的目的、要求以及性价比等万面综合考虑来作出最佳的选择1.2.2跳频通信的主要特点 跳频系统是瞬时窄带系统，每一跳频间隔内瞬时所占的信道带宽是窄带频谱，依照跳频图案随时间的变化，这些瞬时窄带频谱在一个很宽的频带内跳变，形成一

29、个跳频带宽，从而在宏观上实现了 频谱扩展。这就决定了跳频通信具有如下主要特点:(1)易于与目 前的窄带通信系统兼容;(2)具 有扩展频谱的 抗下 扰能力;(3)具有一定的保密能力;载波频率的快速跳变，使得敌方难以截获信息。(4)具有码分多址和频带共享的组网 通信能力;利用跳频图案的不同，可以 在一个宽的 频带内容纳多个跳频通信系统同时工作，达到频率资源的共享，从而可以提高频a的有效利用率通过选择相互正交或准正交的跳频图案可 一 以组建不同的跳频网。(5)具有频率分集能力，在移动通信的多 径、衰落信道条件下，具有一定的抗多径、抗衰落能力。2.3 跳频通信的发展趋势 跳频技术在军事通信领域的 应用

30、主要集中在短波(H F)、超短波(V H F)的战术通信上。经过近五十年的发展跳频电台己由最初的采用模拟同步方式的模拟跳第一章绪论频电台，发展为采用数字同步方式的数字跳频电台，传输信号的数字化给跳频同步控制带来了很大的方便。跳速的提高和与其他扩频方式的结合是跳频通信发展的必然趋势，目前国外在V H F 频段己装备了跳速达上百跳的电台，如美国的S I N C G A R S 约大于1 0 0 h/s,法国的 P R 4 G大于 3 0 0 h/s。国内也有几种跳速达到儿百跳/秒的电台产品。国内己有人提出F 一代V H F/F H电台跳速要高于 l 0 0 0 h/s。另外，对抗跟踪式干扰和宽带梳

31、状阻塞式干扰，增加跳频频点数、扩大跳频带宽是有好处的。国外己有将V H F 3 0-8 8 MH z 扩大到3 0-1 0 8 MH z 的电台，如英国的P A N T H E R 2 0 0 0-V S t 随着D S P 技术的发展和软件无线电(S o ft w a r e R a d i o)概念的提出，跳频技术的实现进一步趋向于数字化和软件化。二十世纪八、九十年代以后，也出现了一些跳频的新技术，如差分跳频(D F H)、异步跳频、自 适应跳频等 美国S a n d e r s 公司研制的相关跳频的 增强型扩谱(C o r r e l a te d H o p p i n g E n h

32、 a n c e d S p r e a d S p e c t r u m,C H E S S)短 波电台，其跳速达5 0 0 0 h/s，就采用了差分跳频技术，这种电台可实现高速跳频基础上的高速数据传输，数传速率可达1 9.2 k b it s/s。该技术的基本原理是:当前时刻的频率值由当前时刻的信息符号和上一跳的频率通过一定的函数映射关系决定。这样通过射频频率的相关性来代表数据信息，就省去了普通跳频电台中的调制、解调过程，且在接收端用F F T检测算法识别有效跳后，便可完成数据检测，避免了对高速跳频电台来说十分困难的跳频同步问题另外，国内已 有使用自 适应选频技术的产品(H F 频段)问

33、世H 适应选频技术融探测与通信为 体，采用收发双万I,J 靠呼应技术、线路质量分析(L Q A)技术和自 动线路建立(A L E)技术。在未进行数据通信期间，L Q 八可利用探测信号进行信道参数的估算;在传送数据信息期间，可直接利用数据通信的信号波形对信道参数进行估算。使短波通信频率随信道条件变化而自适应地改变，确保通信始终在高质量的信道上进行这一技术应用于跳频系统时土要包括两方面的内容，即跳频频率表的自适应建立和正常跳频通信时跳频图案的自 适应修改，从而使得系统能自 适应地发现干扰并改变载波频率，真正地变“被动式”的抗干扰为“主动式”的躲避干扰 1.3 跳频通信的关键技术实现跳频通信要解决二

34、:_ 个关键问题:频率合成、跳频图案设计及地址编码、司步控制要的介绍。木文着重1 几 跳频同步控制技术的研究。这tl i 先对这三项关键技术作简3.1 频率合成技术利用一个或少量的标准频率(一 般山高稳晶休提供)为标准，导出大量稳定的超短波跳频迈信系统同步技术研究输出频率的技术就称为频率合成技术，用于产生这些频率的设备称作频率合成器(F r e q u e n c y S y n t h e s i z e r).跳频川频率合成器在原理上与 普通频率合成器是一样的。基本指标有:.频率范围:指频率合成器最低输出频率到最高输出频率之间的范围;.频率分辨率:指相邻两个输出频率之间的间隔。不同用途的频

35、率合成器 的频率分辨率要求相差很大。如 V H F跳频电台常见的分辨率要求为 2 5 k l l z,1 2.5 k l l z 或5 k H z;H F 单边带电台的分辨率常见为1 0 0 H z .频率转换时 a :指频率合成器从某一工作频率转换到另一工作频率井达 到稳足所需要的时间 .步 页 率稳定度:指在一定的时间范围内，合成器输出频率变化的程度。我 闲军用标准要求V H F跳频电台的频率稳定度优于士 5 X 1 0-6;H F电台 优十1 X 1 0-6,.频谱纯度:指频率合成器产生的频率的纯净程度。影响这 一 指标的因素 主 要有两个 相位噪声和寄生调制(又 称杂散)。前者是频率瞬

36、时稳定 度的频域表示，表现为主In 线两侧的连续噪声谱:后者表现为一些离散 谱 在跳颇通信中，跳频速率和跳频频点的总数是两个基本参数，它们决定了跳频频率合成Y T 要满足一 些特殊的指标要求。首先，跳频电台要求频率合成器在从 个频率跳变到另一个频率后，要能很快达到频率稳定。一个跳频周期由两部分时间组成，一是频率转换时间(信道切换时间)，一是 驻留时间，后者指跳频系统在各个信道频率上发送或接收信息的时间。一 个跳频周期内的时间关系如图1.4所示。频率转换时间内发射信号应该阻9-，以提高频谱纯度，消除杂乱频谱对电磁环境的污染。阻塞脉冲的宽度应保证传递侮一跳第一个比特的发射信号幅值不小于稳态幅值的

37、9 0%。对 V H F跳频电台，频率转换时间应不大于跳频周期的1 5%，般在跳频周期的 1 0%以 下。这项指标直接关系 到跳频信号每一跳数据格式的设计，显 然频率切换时间内是不能发送有用数据的。另外，跳频用频率合成器要求输出的频率序列是不连续变化且随机跳变的，这就要求频率切换时间与相邻跳变频率的跨度基木无关。按照实现方法不同，频率合成器可分为直接式和间接式的。前者是将标准频率源输出的参考频率经混频、倍频、分频得到不同的频率;而后者则是用参考频率通过锁相环(P L L)控制的一个可变的 振荡器来获得小同的输出 频率直接式数字频率合成器(D D S)是 一 种新的频率合成器件，它采用个数字技术

38、，具有分辨率,I fJ.频率转换时户 寸 决、相位噪声低等优点，还具有很强的调制功能和其它功能。当前跳频频率合成器的最佳方案是 D D S=P L L,采用这种结构，可以有宽的输出带宽、非常高的频率分辨率，u、级的频率转换时间，低的相位噪声和杂散。第一章绪论T s.一注:T d，为跳频驻留时间:T-为信道切换时间 I f 为功率下降时间;T r 为功率上升时间 T d。为功率无输出时间;T h 为跳频周期 T S.=T f+T d e+T,:T h=T s.+T d.图1.4 跳频周期内的时间关系1.3.2跳频序列的哎计 跳频编码序列的作用有两个:第一，控制频率跳变以实现频谱扩展:第二，跳频组

39、网时，采用不同的跳频序列作为地址码，发端根据收端的地址码选择通信对象。由同一生成方式得到的 一 组跳频序列的集合称为一个跳频序列族。产生跳频码序列的装置被称为跳频码发生器。频率合成器以跳频码发生器的输出作为输入进行频率跳变，形成跳频图案，所以跳频序列的性能对跳频通信系统的性能有着决定性的影u 17，如果跳频序列设计得不好，就达不到抗干扰和保密的目的。跳频地址编码理论是寻求和设计具有理想性能的跳频序列(族)的理论。所谓具有理想性能的跳频序列(族).应具有以卜 特点:.跳频序列应具有较好的随机性和较大的线性复杂度，以使敌方不能利用以 前传送的频率信息来预测当前和以后的频率;.每个跳频序列都可以使用

40、跳频频率集中的所有频率，以实现最大的处理 增益:.由跳频序列决定的跳频图案里，频率集中各频点的出现次数应基本相同:.一个跳频序列族中的任意一个跳频序列与其、1 7 移序列的频点重合次数应 尽可能少，其巾任意两个跳频序列在小于序列周期的所有时延下发生频 点重合的次数也应尽可能少;.跳频序列族和同一族中跳频序列的数量都应尽可能多;.易于 实现。跳频序列(族)的 设计 通 常基于m序列、R S 码、M序列及B e n t 序列等。超短波跳频通信系统同步技术研究L 3，3同步控制技术 为了实现跳频电台之iu l 的正常通信，收发双方必须在同一时间同步地跳变到同一频率上由于频率的伪随机跳变，也就存在着频

41、率和时间的不确定性。时间的不确定性通过收发双方达成跳速和跳频起止时刻的一致来实现，当然对于数字跳频系统还要实现码元同步频率的不确定性通过收发双方达成跳频图案和跳频频率表的一致来实现 跳频同步的过程实际上就是逐步消除这些不确定性的过程。需要着里指出的是，在一次跳频通信期间，跳频同步是个持续的过程，它包括开始的同步建立过程，还包括通信过程中的同步保持环节，之所以存在后一 环节是因为收发时钟的偏差和多普勒频移等囚素是客观存在的 为了实现收、发双方的跳频同步，收方首先必须获得发方有关跳频同步的信息。目 前的同 步控制技术大都是以 系统的时间信息(T O D)作为发方发送的同 步信息、，因为跳速、跳变时

42、刻木身就是某种时间概念，而跳频图案，可以通过将时间信息作为跳频码发生器的输入之一来使两者建立相应的关系，这样收方通过T O D的接收达到校正本地时钟、使之与发万时钟致的目的，进而实现跳频同步 数字跳频系统的同步基本方法有以下I L 种;.通用参考时钟法 在一个跳频通信网内，设置一个中心站，用来播发高精度的时间信息，所有 网内用户依照此标准时钟来控制跳频。.f 司 步字头法 又称前置同步法。发方将带有时间信息的同步字头置于跳频信号的最前端，收方根据同步字头的特点，司 一 以从接收到的跳频信号中将它们识别出来，作 为调 整本地时钟之用二这种方法下，同步信息一般也 是跳频发送的，接收机 的 常态是

43、对同 步头 频率进行扫 描搜索。图1.5 给出了 慢速(指绝对 跳变 速率)跳频电台采用此方法同步时常见的同步信息数据帧的帧格式。M 一 卵 已 竺 里 竺TOD图1.5 同步信息数据帧格式.自 司步法依靠直接从接收到的跳频信号中提取有关同步信息来实现同步。在实践中同步字头法已被较多地采用。本论文的项目 来源是军方超短波数字化中速跳频电台的型号项目，学校是技术协作合同的乙方。项目 合同指出的技术研究开发内容包括六大部分:面板操作控制、射频信号处理、中频信号数字化处理及跳频控制和同步系统设计、频率合第一章绪论成部件设计、结构设训、电源部分。乙方承担的主要设金 十 研制 I一 作包括中频信号数字化

44、处理及跳频控制和频率合成器作者在导师的指导下参加了前一项工作。合同中对该项一 L 作的基本要求为:兼容定、跳频，可通数字话音(包括明话和密话)，也可进行数据传输;跳频同步方式应采用 丁 O D的初始同步和连续同步相结合的方 式;具备迟入网 功能(迟入网是 指未能 通过初始同 步入网的电台，通过接收主 发台 在通信过程中 插入的用于同步的 信息 勤务信息来实现同步)。相关指标要满足国军标要求。作者在项目 研制开发过程中所做的主要工作是:参与了跳频同步方案的制定和硬件调试，用D S P 汇编语言编制软件实现了电台的跳频同步控制，并以此为基础实现了以 下重要功能:跳频数字话 音通信功能、数据传输跳频

45、物理层通道的提供以及迟入网功能。目前该项目 样机已 进行过野外抗干扰试验，抗千扰性能良 好，功能、指标基本满足国军标要求，顺利地通过了甲 方验收，正在准备产品鉴定。第二章超短波数字化调频通信系统介绍第二章超短波数字化跳频通信系统介绍引言本章将要介绍超短波通信的特点和超短波数字化跳频通信系统的组成与功能，并对系统的信号处理过程作着重介绍。互 2.1超短波通信的主要特点 超短波频段指的是频率范围在3 0 MH z-3 0 0 MH z 之间的频率范围，又称为甚高 频 V H F)频段。由 于对应波长范围是1 m-l o m，所以 也被称为米波(M e t r i c W a v e)波段。我们知道

46、，电波的主要传播方式有:地表和地下传播、天波传播、空间波传播、散射传播及外层空间传播。超短波频段的电波主要采用空间波传播和散射传播的方式进行传播，以空间波传播为主。散射传播是指由于大气对流层存在有不规则的气流，或电离层电子密度的不均匀性，当天线辐射出去的电波，投射到这些不均匀体的时候，类似于光的散射和反射现象，电波发生散射或反射，使一部分能量传播到接收点。超短波频段内的电离层散射通信和流星余迹通信中电波的传播就采用了散射传播的方式。空间波传播指的是在发射以及接收天线架设得较高时，在视线范围内，电 磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射而到达接收天线。接收天线处的场强是直接波和反

47、射波的合成场强。直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响。空间波在大气的底层传播，传播的距离受到地球曲率的影响，收、发天线之间的最大距离被限制在视线范围内，所以这种传播方式又被称为视距传播。一般地晚，视线距离可以达到5 0 k m左右。空间波除了受地面的影响以外，还受到低空大气层即对流层的影响。移动通信中，电波主要以空间波的形式传播。超短波(和微波)视距传播的基本模式是收发点间的直射波传播。由于这一传播特性，超短波通信一般被较多地用 二 本地范围的区域性通讯。这样带来了一个优点，不同地区就可以实现频率复用，提高了频率的利用率;同时这个频带由于频率较高，频率

48、上的自 然噪声较小:该频段的频带较宽，可以采用占用带宽较宽的F M iR制方式，使得通讯效果较好;还有，因频率高，天线可以做得较小。根据这个频段的传播特性，如果提高收发点的高度，可以人大地提高通讯的覆盖范围，利用这 一 特点可以采取在制高点上安装转发器的方法来达到提高通讯范围的目的。军用超短波电台的电波传播方式主要是视距传播。所谓视距指的在发收天线间的路径完全没有阻挡，从而使地面绕射现象可以忽略不计的距离。由于大气折超短波跳领通信系统同步技术研究射导致电波射线弯曲，可能使视线距离发生变化。这里讨论的是无线电视距而不是几何视距。有如下公式12 2 1.、。一 拒 可(折+了 两)(式2.1)，a

49、=k a(式2.2)其中，a 是地球半径，a=6 3 7 0 k m,a,是等效地球半径，k为等效参数，h,和场是发收天线的高度，d。是无线电视即当接收点距发射点距离 R (n T)寻址一个S I N/C O S 产生器，就可以 得到两路相互正交的输出C O S q)(n T)和S I N (D(n T)，它们的分辨率都是1 6 b i t。F M调制器输出的数据经内 插滤波后，送到向 量调 制器(混频器)，其框图如图2.1 7 所示 1(1 5:0)C Os S.NQ(1 5:0)EN OUTMO O(1 5:0)图2.1 7向量调制器框图 其中E N O U T是输出使能。输入的两路数据在

50、这华分别与同相的载波分量相乘后再 一 1 11 1 1 得到输出如 F 式所示:I(n 1 =1(n T)C O S(n 7 一Q(下 n T)S I N(on I)二 C O S ,J)(n T)C O S(o,ri I)一S I N d (n T)S I N(。、,IT)=C O S 卜 n T+d)(n T)(式2.s)。式中(0 式载波角频率，f 足I I I 样r,III 隔 需要指I l l r l勺 是，上述过程I I I 成形滤波器干 I I I勺 插滤波器r 11#f I I 样IIJ 车 中 不 IJ 时全，相位I I I 定If,N C O(I UIII 样N C O)提