毕业论文(军事学)__跳频电台中直接数字频率合成器（DDS）的研究.pdf

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1、西安电子科技大学硕士学位论文跳频电台中直接数字频率合成器（DDS）的研究姓名：高璟贤申请学位级别：硕士专业：军事通信学指导教师：杨家玮20070101摘要软件电台是软件无线电技术在通信电台中的应用。跳频通信是扩频通信的一种，具有抗干扰、抗截获的能力，并能作到频谱资源共享。所以，在当前现代化的电子战中，跳频通信已显示出巨大的优越性。另外，跳频通信也应用到民用通信中以抗衰落、抗多径、抗网间干扰和提高频谱利用率。在跳频系统中，频率合成器是核心部件。其跳频数和跳频速率是决定整个跳频通信系统性能的主要参数。跳频系统对频率合成器的要求是：(1)输出频谱要纯；(2)频率切换速率快：(3)频率达到稳定的时间短

2、。直接数字合成技术D D S 具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，是实现快速跳频的一个关键技术。本文在研究了美国A D 公司采用先进的D D S 技术生产的高集成度频率合成器A D 9 9 5 4 的基础上，提出了A D 9 9 5 4 在跳频系统中的应用方案。跳频方案采用软件无线电技术，采用D S P 作为伪码发生器，控制D D S 输出频率，得到相应的跳频图案。由实物实验表明该设计合理可行。关键词：跳频频率合成直接数字频率合成杂散A B S T R A C TA p p l i c a t i o no fs o f t w a r e d e f i n e dr a d

3、i oi nr a d i os t a t i o nr e s u l t e di nt h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s st r a n s c e i v e r F r e q u e n c yh o p i n gt e c h n o l o g yh a st h ec a p a b i l i t i e so fa n t i i n t e r f e r e n c ea n da n t i-i n t e r c e p t i o n A n di tC a l li n c r e a s et h eb

4、a n d w i d t he f f i c i e n c ya n dm o r ei m p o r t a n ti nc o m m e r c i a lw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nb e c a u s ei tC a nr e d u c et h ee f f e c t si m p o s e db ym u l t i-p a t hf a d i n ga n dC O-c h a n n e li n t e r f e r e n c e T h eC O r eo faf r e q u e n c yh

5、o p p i n gs y s t e mi st h ef r e q u e n c ys y n t h e s i z e r I t sh o p p i n gs p e e da n dh o p p i n gp a t t e r n sa r et h ek e yf a c t o r sf o rt h eo v e r a l lp e r f o r m a n c eo ft h ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m T h ee s s e n t i a lr e q u i r e m e n t sf o rt h

6、ef r e q u e n c ys y n t h e s i z e ra r e (1)l o ws i d eb a n dp o w e r(2)h i g hh o p p i n gs p e e d(3)s h o r tc o n v e r g e n c et i m e d i r e c td i g i t a ls y n t h e s i st e c h n o l o g yh a st h ea d v a n t a g e so fl o wc o s t，l o wp o w e rc o n s u m p t i o n,l l i g hf

7、 r e q u e n c yd i s c r i m i n a t i o na n ds h o r ts w i t c h i n gt i m e B a s e do na d 9 9 5 4，ah i g h l yi n t e g r a t e df r e q u e n c ys y n t h e s i z e ru s i n ga d v a n c e dD D St e c h n o l o g yb yA D Ic o m p a n y,t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eo p e r a t i o

8、 na n da p p l i c a t i o nt h e o r yo fA D 9 9 5 4i nf r e q u e n c yh o p p i n gs y s t e m T h ef r e q u e n c yh o p p i n gs y s t e mb a s e do ns o f t w a r e-d e f m e dr a d i o AD S P si su s e dt og e n e r a t eq u a s i s t o c h a s t i cs e q u e n c ea n dc o n t r o lt h eo u

9、t p u tf r e q u e n c yo fD D St oc o n s t r u c tr e q u i r e dh o p p i n gm a p s M e a n w h i l e，t h i st h e o r yi sq u i t ef e a s i b l ei ne x p e r i m e n t K e y w o r d s：f r e q u e n c yh o p p i n gf r e q u e n c ys y n t h e s i sd i r e c td i g i t a lf r e q u e n c ys y n

10、 t h e s i ss p u r i o u s西安电子科技大学学位论文独创性(或创新性)声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的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，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人签名：二燃本人承担一切的法律责任。西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有

11、关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。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，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。(保密的论文在解密后遵守此规定)本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期磁!习兰耋i日期2 1 孕辜!臼!；电第一章绪论第一章绪论1 1 软件无线电的介绍软件无线电自9 0 年代初问世以来，就作为一种全新的通信理念在通信领域内受到了极大重视，成为军用、民用通信领

12、域内的技术热点。目前，对软件无线电的研究日趋深入细致，理论上已基本成熟，正在进行各种应用的具体实践。1 1 1 软件无线电的基本思想软件无线电的基本思想主要包含以下几个方面：1 全数字化。将宽带A D 和D A 向射频R F 端靠近，由基带移动到中频，甚至射频，力图从通信系统的基带直至中频射频进行数字化处理。2 完全的可编程性。软件无线电通过一种通用的硬件平台，将通信的各种功能实现完全由相应软件来完成。3 系统升级的便捷性与系统功能的可扩充性。系统的升级只需改变相应的软件，即对软件的升级即可。4 系统便于实现模块化。利用软件无线电的基本思想，对现行的通信系统均可实行模块化设计，模块的物理及电气

13、接口性能指标符合统一、开放的标准。通过更换单一模块，可以维护或提高系统的性能，也便于系统间复用。利用软件无线电的基本思想，对现行的通信系统均可实行模块化设计，模块的物理及电气接口性能指标符合统一、开放的标准。通过更换单一模块，可以维护或提高系统的性能，也便于系统间复用。根据上诉软件无线电的这些特点，再结合其在宽频段内可编程的特性，一方面使其符合军事上三军协同快速通信的需要；另一方面在民用领域，由于可以通过软件编程，保持一种硬件平台结构的通用性。所以在移动通信领域内，可以对不同体制进行综合兼容，真正实现移动通信系统中一机在手，漫游天下的设想及其优越性。因此，软件无线电思想及技术的提出与实现是非常

14、必要的。1 1 2 软件无线电的关键技术软件无线电是近几年发展起来的新兴技术，对它的研究还处于起步阶段，许多技术问题需要解决。其中的关键技术有下面几个方面：三跳频电台中直接数字频率合成器(D D S)的研究1 开放式总线结构及实现软件无线电的一个重要特点是其开放性，这主要体现在软件无线电所采用的开放式标准化总线结构上，只有采用先进的标准化总线，软件无线电才能发挥其适应性广、升级换代方便等特点。由于软件无线电的研制国内外都起步不久，在研制开发过程申，必须逐步形成标准化的硬件平台和软件平台，而标准化的总线则是构筑上述两个平台的奠基石。2 宽带多频段天线这是软件无线电不可替代的硬件出入口，只能靠硬件

15、本身来完成，不能用软件加载实现其全部功能。软件无线电对这部分的要求包括：天线能覆盖所有的工作频段；能用程序控制的方法对功能及参数进行设置。实现的技术包括：组合式多频段天线及智能化天线技术：模块化、通用化收发双工技术；多倍频程宽带低噪音放大器方案等。3 模数转换部分软件无线电对模数A D 和数模D A 转换器的要求是很高的。对它们的要求主要包括采样速率和采样精度。采样速率主要由信号带宽决定，因为软件无线电系统的接收信号带宽较宽，而采样速率一般要求大于信号带宽的2 5 倍，因此采样速率较高；采样精度在8 0 d b 的动态范围要求下不能低于1 2 位。除了进一步提高器件性能外，还可采取多个A D

16、并联使用的方案。4 数字下变频部分数字下变频(D D C，D i g i t a lD o w nC o n v e r t e r)是A D 变换后首先要完成的处理工作，包括数字下变频、滤波和二次采样，是系统中数字处理运算量最大的部分，也是最难完成的部分。一般认为，要进行较好的滤波等处理，需要对每个采样点进行1 0 0 次操作。对于一个软件无线电系统来说，若系统带宽为1 0 M H z 采样率要大于2 5 M H z。这样就需要2 5 0 0 M I P S 的运算能力，这是现有的任何单个D S P很难胜任的，因此一般都将D D C 这部分工作交给专用的可编程芯片完成。这样既能保留软件无线电

17、的优点，又有较高的可靠性。5 高速信号处理部分这部分主要完成基带处理、调制解调、比特流处理和编译码等工作、这部分工作用高速数字信号处理器D S P 完成，这是软件无线电的一个核心部件，但也是一个主要瓶颈。单路数字话音编译码、调制解调能用单个D S P 芯片实现。当单个D S P 处理能力不足时，可采用多个D S P 芯片的并行处理提高运算能力。6 信令处理部分在现在的移动通信系统中，信令部分已经是用软件完成。软件无线电的任务是将通信协议及软件标准化、通用化和模块化。无线接入是无线通信的重要内容，其协议的主体部分是公共空间接口，目前已形成许多不同的标准。因此，当用软第一章绪论件无线电实现多模互联

18、时，实现通用信令处理是很必要的。这就需要把现有的各种无线信令按软件无线电的要求划分成几个标准的层次，开发出标准的信令模块，研究通用信令框架。1 1 3 软件无线电的发展现状目前，国外在软件无线电技术研究及应用方面已走在前面。例如美国，为了克服美军常规战中通信方面存在的问题，无线电技术的研究成果进行开发和应用。已着手在其军用无线电通信方面对软件一种称为易通话系统S p e a k e a s y 是美国国防部为其海陆空三军设立的一种共用通信系统，该系统的目标是完成一个实用系统，能兼容美军1 5 种电台，并能够同时与其中任意4 种电台通信，实现一个软件可编程、多频段、多模式电台。在民用方面，软件无

19、线电技术正越来越广泛应用于民用移动通信领域，在第二代移动通信系统向第三代移动通信系统过渡过程中，软件无线电技术将发挥重要作用。例如在欧共体的A C T SF I R S T 项目中，就是将软件无线电技术应用于设计多频多模(可兼容G S M、D C S l8 0 0、W C D M A 及现有的大多数模拟体制)可编程手机。它可自动检测接收信号，接入不同的网络，而且能满足不同接续时间的要求。用不同软件实现不同无线电设备的各种功能，可任意改变信道接入方式或调制方式，利用不同软件即可适应不同标准，构成多模手机和多功能基站，具有高度的灵活性。1 2 跳频通信的发展现状跳频通信是扩频通信的一个分支，其突出

20、优点是抗干扰性能强，因而非常适用于军事领域，符合现代信息战条件下电子对抗的要求。自7 0 年代末第一部跳频电台问世以来，跳频通信发展迅猛，到了8 0 年代，世界各国军队已普遍装备了跳频电台。这十年是跳频通信发展速度最快的十年，广泛使用跳频电台曾被誉为8 0年代V H F 频段无线电通信发展的主要特征。进入9 0 年代，跳频通信得到进一步发展，应用领域从军用拓展到民用。业内人士指出，跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段，称其为无线电通信的“杀手铜”。跳频通信发展迅速，自其问世至今的短短3 0 年间，倍受世界各国，特别是几大军事强国的青睐，显示出强大的发展势能。与定频电台相比，采用跳频技术后，短波电

21、台具有以下特点：1 抗干扰性强与定频电台不同，其工作频率在较宽的频带内随机跳动，可以有效的躲避定一4跳频电台中直接数字频率合成器(D D S)的研究频窄带干扰：对于阻塞式干扰，跳频的带宽越宽，阻塞干扰的带宽也被迫展宽，使干扰功率谱密度下降。2 抗截获一个电台在多个频点工作，实战中大量电台同时工作形成的电磁环境更加复杂，造成对方分选识别特定电台的负担加重。3 码分多址通信，组网工作当代，在战术跳频通信领域，美国H A R R I S 公司、以色列T A D I R A N 公司、英国的R A C A L T A C T I C O M 公司和M A R C O N I 公司、法国的T H O M

22、 S O N 公司、和南非G R I N E L 公司的产品己位于国际先进技术水平的前列。总的来看，各国交付作战部队使用的产品，普遍都体现出能适合于本国、跨国多区域作战的特色，以及较高的战术技术性能和优越的环境适应性；我国在1 9 9 6 年研制出国内第一台实用型的短波跳频电台后，短波抗干扰通信技术已取得了飞速的发展。目前已陆续推出了多类型的短波跳频通信系统并己投入了批量生产。很多产品的性能已达到或超过了国外九十年代末的先进水平，部分技术指标和性能已达到当代国际先进水平。随着通信技术的高速发展，短波通信特别是短波战术跳频通信在现代化战争中已起着越来越重要的作用。由于近十年来在数字信号处理技术(

23、D S P)、超大规模集成电路和软件方面的新技术、新成果的不断涌现，使得现代短波通信技术有了飞速的发展。其发展方向是小型化、跳频高速化、直扩与跳频相结合以及软件无线电等1 小型化。小型化是电子技术最新成果在电台整机中应用的具体表现。电台中大量采用微小型元器件、贴片元件、大规模集成电路和混合集成电路，采用新材料、新工艺，是整机体积、重量明显降低，其兼容性、可靠性明显提高。2 跳频高速化频率跳变速度是跳频电台的重要指标。跳速高，才能保证低截获、低监测概率和抗干扰能力强的跳频通信的优势。3 直扩与跳频相结合单一的跳频通信有不足之处，如传输数据比传输话音的通信距离近，主要是多径效应产生码间串扰所致。传

24、输数据时，由于个别跳频频率难免遇到干扰，将出现突发差错引起误码。直扩与跳频相结合的扩频通信体制，将同时发挥直扩与跳频的优势，克服两者的弊端。其最大优势就是两者结合可以明显提高抗干扰容限和抗截获能力，同时增大通信距离和通信的可靠性。4 软件无线电未来战争是全方位诸兵种的立体协同作战，各种兵种的相互联系不可缺少，第一章绪论各种型号、不同功能的短波电台之间，以及短波电台和其他通信手段互通是非常重要的。通信技术的飞速发展，使得系统的更新换代极为迅速。为了适应这些客观的需求，近年来软件无线电的思想迅速的发展，并形成了研究的热潮。1 3 课题的研究内容本课题是实验室跳频电台研究项目的一部分。该项目由基带处

25、理部分、中频处理部分、跳频和射频部分以及跳频同步部分组成。本课题所要完成的任务是对跳频和射频部分的研究和方案设计以及跳频系统部分的硬件实现。跳频部分的硬件实现包括D D S 和混频模块。D S P 选用T I 公司的T M S 3 2 0 V C 6 7 1 l，用来实现所需要的跳频控制字以及对D D S 的控制。本论文的随后几章将阐述跳频部分的原理及具体硬件设计和实现，以及如何对本系统的D S P 芯片进行编程，产生符合要求的跳变频率。5-第二章跳频通信的介绍2 1 1 为什么要跳频第二章跳频通信的介绍2 1 跳频通信的介绍通常我们所接触到的无线通信系统都是载波频率固定的通信系统，如无线对讲

26、机，汽车移动电话等，都是在指定的频率上进行通信，所以也称作定频通信。这种定频通信系统，一旦受到干扰就将使通信质量下降，严重时甚至使通信中断。例如：电台的广播节目，一般是一个发射频率发送一套节目，不同的节目占用不同的发射频率。有时为了让听众能很好地收听一套节目，电台同时用几个发射频率发送同一套节目。这样，如果在某个频率上受到了严重干扰，听众还可以选择最清晰的频道来收听节目，从而起到了抗干扰的效果。但是这样做的代价是需要很多频谱资源才能传送一套节目。如果在不断变换的几个载波频率上传送一套广播节目，而听众的收音机也跟随着不断地在这几个频率上调谐接收，这样，即使某个频率上受到了干扰，也能很好地收听到这

27、套节目。这就变成了一个跳频系统。另外在敌我双方的通信对抗中，敌方企图发现我方的通信频率，以便于截获所传送的信息内容。定频通信系统容易暴露目标且易于被截获，这时，采用跳频通信就比较隐蔽也难以被截获。因为跳频通信是“打一枪换一个地方的游击通信策略、使敌方不易发现通信使用的频率，一旦被敌方发现，通信的频率也已经“转移 到另外一个频率上了。当敌方摸不清“转移规律”时，就很难截获我方的通信内容。因此，跳频通信具有抗干扰、抗截获的能力，并能作到频谱资源共享。所以在当前现代化的电子战中跳频通信己显示出巨大的优越性。另外，跳频通信也应用到民用通信中以抗衰落、抗多径、抗网间干扰和提高频谱利用率。2 1 1 跳频

28、图案为了不让敌方知道我们通信使用的频率，需要经常改变载波频率，跳频通信中载波频率改变的规律，叫作跳频指令，又称跳频图案。通常我们希望频率跳变的规律不被敌方所识破，所以需要随机地改变以至无规律可循才好。但是若真的无规律可循的话，通信的双方也将失去联系而不能建立通信。因此，常采用伪随机改变的跳频图案。下图为一个跳频图案：7一墨跳频电台中直接数字频率合成器(D D S)的研究讨棚图2 1 跳频图案的例子图中横轴为时间，纵轴为频率。这个时间与频率的平面叫作时频域。也可将这个时频域看作一个棋盘，横轴上的时间段与纵轴上的频率段构成了棋盘格子。黑点代表所布棋子的方案，就是跳频图案；它表明什么时间采用什么频率

29、进行通信，时间不同频率也不同。在时频域这个“模盘 上的一种布子方案就是一个跳频图案。当通信收发双方的跳频图案完全一致时，就可以建立跳频通信了。通信收、发双方的跳频图案是事先约定好的，或者是由发方通知收方的。这个跳频图案是敌方所不知道的。跳频图案的不同，其干扰的效果也不尽相同。当跳频图案的随机性越大时，跳频抗干扰的能力就越强；“棋盘 越大时，即频率和时间的乘积越大时，可容纳的随机图案也越多，跳频图案本身的随机性也越大，从而抗干扰能力也越强。所谓跳频抗干扰，是指跳频的跳频图案被敌方发现、识别的概率，以及跳频频率与敌方干扰频率一致的概率。这种概率越小，抗干扰能力越强。2 1 2 跳频技术指标一般说来

30、，希望跳频带宽要宽，跳频的频率数目要多，跳频的速率要快，跳频码的周期要长，跳频系统的同步时间要短。1 跳频带宽的大小，与抗部分频带的干扰能力有关。跳频带宽越宽，抗宽带干扰的能力越强。所以希望能全频段跳频。例如，在短波段，从3 0 M H z 到3 M H z 全频段跳频。2 跳频频率的数目，与抗单频干扰及多频干扰的能力有关。跳变的频率数目越多，抗单频、多频干扰的能力越强。在一般的跳频电台中，第二章跳频通信的介绍跳频的频率数目不超过1 0 0 个。3 跳频的速率，是指每秒钟频率跳变的次数，它与抗跟踪式干扰的能力有关。跳速越快，抗跟踪式干扰的能力就越强。一般在短波跳频电台中，其跳速目前不超过1 0

31、 0 跳秒。在甚高频电台中，一般跳速在5 0 0 跳秒。对某些跳频系统可工作在每秒几万跳的水平。4 跳频码的长度，它将决定跳频图案延续时间的长度，这个指标与抗截获(破译)的能力有关。跳频图案延续时间越长，敌方破译越困难，抗截获的能力也越强。跳频码的周期可长达1 0 年甚至更长的时间。5 跳频系统的同步时间，是指系统使收发双方的跳频图案完全同步并建立通信所需要的时间。系统同步时间的长短将影响该系统的顽存程度。因为同步过程一旦被敌方破坏，不能实现收、发跳频图案的完全同步，则将使通信系统瘫痪。因此，希望同步建立的过程越短越好，越隐蔽越好。根据使用的环境不同，目前跳频电台的同步时间可在秒或几百毫秒的量

32、级。当然，一个跳频系统的各项技术指标应依照使用的目的、要求以及性能价格比等方面综合考虑才能作出最佳的选择。2 1 3 跳频的特点跳频系统有如下特点：1 跳频系统是瞬时窄带系统，易于与目前的窄带通信系统兼容。目前的通信系统不论是模拟调制的还是数字调制的，通常都是窄带的通信系统。如果给现有的窄带通信系统加装上能使其载波频率按照某种跳频图案跳变并能实现同步接收的装置，则可改造成为跳频通信系统。2 跳频系统是宏观的宽带系统，具有扩展频谱的抗干扰能力。3 跳频通信是按照跳频图案进行频率跳变的，具有码分多址和频带共享的组网通信能力。组网能力是现代通信的基本要求之一。跳频通信组网可分为正交跳频网和非正交跳频

33、网。如果多个跳频通信所采用的跳频图案在时频域“棋盘 上相互不发生重叠，则称它们为正交跳频网；如果发生重叠，则称为非正交跳频网。当跳频频率重合时，就会产生网间干扰。为了减少网间干扰，就需要精心选择跳频图案，尽量减少发生重叠的机会，就是所谓的要尽量使跳频图案达到准跳频。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相同同时工9一竺跳频电台中直接数字频率合成器(D D S)的研究作，达到频谱资源共享目的，从而可以提高频谱的有效利用率。4 跳频系统是载波频率快速跳变的，具有频率分集的功能。分集接收技术是克服信号衰落的有效措施。当跳频的频率间隔大于衰落信道的相关带宽时(通常是能满足这个条件的)

34、，而跳频驻留时间又很短的话，它就能起到频率分集的作用。因此，在移动通信多径、衰落信道的条件下，跳频系统又具有抗多径、抗衰落的能力。综上所述，跳频系统的特点是抗干扰，抗衰落性，与窄带系统的兼容性和码分多址性。2 1 4 跳频系统的组成在传统的定频通信系统中，发射机中的主振荡器的振荡频率是固定设置的，因而它的载波频率是固定的。为了得到载波频率是跳变的跳频信号，要求主振荡器的频率应能遵照控制指令而改变。这种产生跳频信号的装置叫跳频器。通常，跳频器是由频率合成器和跳频指令发生器构成的。跳频系统的频率合成器输出什么频率的载波信号是受跳频指令控制的。在时钟的作用下，跳频指令发生器不断地发出控制指令，频率合

35、成器不断地改变其输出载波的频率。因此，混频器输出的已调波的载波频率也将随着指令不断地跳变，从而经高通滤波器和天线发送出去的就是跳频信号。跳频器输出的跳变的频率序列，就是跳频图案。因此，有什么样的跳频指令就会产生什么样的跳频图案。通常，是利用伪随机发生器来产生跳频指令的，或者由软件编程来产生跳频指令。所以，跳频系统的关键部件是跳频器，更具体地，是能产生频谱纯度好的快速切换的频率合成器和伪随机性好的跳频指令发生器。由跳频信号产生的过程可以看出，不论是数字的或模拟的定频发送系统，在原理上，只要加装上一个跳频器就可变成一个跳频的发送系统。但是在实际系统中尚需考虑信道机的通带宽度。2 1 5 跳频同步跳

36、频系统要实现跳频通信，正确接收跳频信号的条件是跳频系统的同步。跳频系统的同步是关系到跳频通信能否建立的关键。同步的含义是：跳频图案相同，跳变的频率序列(也称频率表)相同，跳变的起止时刻(也称相位)相同。因此，为了实现收、发双方的跳频同步，收端首先必须获得有关发端的跳频同步的信息，它包括采用什么样的跳频图案，使用何种频率序列，在什么时刻从那一个频率上第二章跳频通信的介绍开始起跳，并且还需要不断地校正收端本地时钟，使其与发端时钟一致。跳频同步信息的基本传递方法：1 独立信道法。利用一个专门的信道来传送同步信息；收端从此专门信道中接收发端送来的步信息后，依照同步信息的指令，设置接收端的跳频图案、频率

37、序列和起止时刻，并校准收端的时钟，在规定的起跳时刻开始跳频通信。2 前置同步法，也称同步字头法。在跳频通信之前，选定一个或几个频道上先传送一组特殊的携带同步信息的码字，收端接收此同步信息码字后，按同步信息的指令进行时钟校准和跳频。因为是在通信之前先传送同步码字，故称同步字头法。3 自同步法，也称同步信息提取法。这种方法是利用发端发送的数字信息序列中隐含的同步信息，在接收端将其提取出来从而获得同步信息实现跳频。此法不需要专门的信道和发送专门的同步码字，所以它具有节省信道、节省信号功率和同步信息隐蔽等优点。2 1 6 跳频与直接序列扩频的比较直接序列扩频和跳频技术是在扩频通信中应用最广的两种技术。

38、这两种扩频方式的抗干扰等机理不同，因而各有其长处与不足，很难笼统断言某一种扩频方式比其它的扩频方式更优。直扩系统靠伪随机码的相关处理，降低进入解调器的干扰功率来达到抗干扰的目的；而跳频系统是靠载频的随机跳变，躲避干扰，将干扰排斥在接收通道以外来达到抗干扰的目的。因此，这两者都具有很强的抗干扰的能力，也各有自己的特点，也存在自身的不足，现将直扩和跳频技术的性能作一比较。1 抗衰落、特别是频率选择性衰落由于直扩系统的射频带宽很宽，小部分频谱衰落不会使信号频谱产生严重的畸变，而对跳频系统而言，频率选择性衰落将导致若干个频率受到影响，导致系统性能的恶化。跳频系统要抗这种选择性衰落，可采用快速跳频的方法

39、，使每一个频率的驻留时间非常短，平均衰落就非常低。2 抗强的定频干扰由直扩抗干扰的机理可知，直扩抗干扰是通过相关解扩取得处理增益来达到抗干扰目的的，但超过了干扰容限的定频干扰将会导致直扩系统的通信中断或性能急剧恶化。而跳频系统是采用躲避的方法抗干扰，强的定频干扰只能干扰跳频系统的一个或几个频率，若跳频系统的频道数很大，则对系统性能的影响是不严重的。因此，在抗强的定频干扰上，跳频系统比直扩系统优越。3 抗多径干扰旦跳频电台中直接数字频率合成器(B D S)的研究多径问题是在移动通信、室内通信等系统中必须考虑的问题。多径干扰是由于电波传播过程中遇到的各种反射体(如高山、建筑物、墙壁、天花板等)引起

40、的反射或散射。在接收端的直接传播路径和反射信号产生的群反射之间的随机干涉形成的。多径干扰信号的频率选择性衰落和路径差引起的传播时延f，会使信号产生严重的失真和波形展宽，导致码间串扰，不但能引起噪声增加和误码率上升，使通信质量降低，甚至使某些通信系统无法工作。由于直扩系统采用伪随机码的相关解扩，只要多径时延大于一个伪随机码的切普宽度，这种多径就不能对直扩系统形成干扰，直扩系统甚至可以利用这些干扰能量来提高系统的性能。而跳频系统则不然，跳频系统要抗多径干扰，则要求每一跳的驻留时间很短，即要求快速跳频，在多径信号没有到来之前接收机已开始接收下一跳信号。4 与窄带系统的兼容性直扩系统是一个宽带系统，虽

41、然可与窄带系统电磁兼容，但不能与其建立通信。另外，对模拟信源(如话音)需作预先处理(如语声编码后)，才可接入直扩系统。而对跳频系统而言，由于它是瞬时窄带系统，它易于与目前的窄带通信系统兼容。目前的通信系统不论是模拟调制还是数字调制的，通常都是窄带的通信系统。因此兼容的好处在于，先进的跳频电台可以与常规的电台互通，或者，将常规电台加装抗干扰的跳频模块就可以变成跳频电台。而且，跳频系统对模拟信源和数字信源均适用。2 2 频率合成器的介绍2 2 1 频率合成器的几种技术频率合成是指由一个或多个频率稳定度和精确度很高的参考信号源为基准，在某一频段内，综合产生并输出多个工作频率点的过程。实现频率合成的电

42、路叫频率合成器，频率合成器是现代电子系统的重要组成部分。在通信、雷达和导航等设备中，频率合成器既是发射机的激励信号源，又是接收机的本地振荡器；在电子对抗设备中，它可以作为干扰信号发生器；在测试设备中，可作为标准信号源，因此频率合成器被人们称为许多电子系统的“心脏。随着电子技术的不断发展，对频率合成器的要求越来越高，频率合成器的主要性能指标有：输出频率范围，频率稳定度，频率间隔，频率转换时间，频谱纯度，调制性能。以上性能指标有些是互相矛盾的，设计频率合成器、选择方案时要综合考虑。第二章跳频通信的介绍频率合成器经过几十年的发展，形成了三种主要技术，即：(1)直接式频率合成技术(D S，D i r

43、e c tF r e q u e n c yS y n t h e s i s)(2)锁相环频率合成技术(P L L，P h a s eL o c kL o o pF r e q u e n c yS y n t h e s i s)(3)直接数字频率合成技术(D D S，D i r e c tD i g i t a lF r e q u e n c yS y n t h e s i s)2 2 2 直接式频率合成D S1 3直接式频率合成是一种早期的频率合成技术，它是利用混频、倍频、分频的方法由参考源频率经加、减、乘、除运算直接组合出所要求的频率的频率合成方法。直接频率合成器的特点：很小的换

44、频时间，几微秒或更低；较宽的带宽，可达几百M H z；高的频率分辨率，1 0 H z 或更低；较好的杂波抑制，一般可达4 0 5 0 d B。但是直接频率合成器在周期性跳频时，杂散和调频分量大，并且所用器件要比其他合成方法多，因而功耗大、体积大、造价高。电路制作工艺和屏蔽要求高。大量的混频器和滤波器将使大规模集成不可能。直接频率合成器的另一个缺点是在其输出端会出现寄生频率，即所谓的杂波。这是由于带通滤波器无法将混频器产生的寄生频率分量滤除干净造成的。而且频率范围越宽，寄生频率分量越多。这是直接频率合成器的一个致命的缺点，足以抵消前面提到的所有优点。因此，几乎在所有频率合成的场合，很少采用直接频

45、率合成。2 2 3 锁相环P L L，锁相环P L L(P h a s e 1 0 c k e dL o o p)是一个相位负反馈控制系统。它的功能是使输出信号的瞬时相位跟踪输入信号的瞬时相位的变化，从而实现相位的自动锁定。锁相环频率合成频谱纯度高，电路简单可靠、功耗低、体积小、重量轻：易于超大规模集成。但是，锁相环频率合成的频率分辨率决定于其输出频率只能够按照f 的增量来改变。为了提高合成频率的分辨率就要减小参考频率f，而这与频率转换时间的要求是矛盾的。2 2 4 直接数字频率合成D D S直接数字频率合成(D D S，D i g i t a lD i r e c tF r e q u e

46、n c yS y n t h e s i s)技术是一种新的频率合成方法，是频率合成技术的一次革命，J O S E P HT I E R N E Y 等3 人于1 9 7 1年提出了直接数字频率合成的思想，但由于受当时微电子技术和数字信号处理技旦跳频电台中直接数字频率合成器(D D S)的研究术的限制，D D S 技术没有受到足够重视，随着电子工程领域的实际需要以及数字集成电路和微电子技术的发展，D D S 技术日益显露出它的优越性。D D S 是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形R O M、D A 转换器和低通滤波器构成。参考时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字，频率分辨

47、率取决于累加器位数，相位分辨率取决于R O M 的地址线位数，幅度量化噪声取决于R O M 的数据位字长和D A 转换器位数。目前使用最广泛的一种D D S 方式是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速D A C 产生己经用数字形式存入的正弦波。正弦输出D D S 是实际应用最广的一类。目前所见到的国外公司如A D I 公司，Q u a l c o m m 公司等生成的D D S 芯片绝大多数都采用正弦信号输出。正弦输出的D D S 原理框图如下图所示5 1。它是由相位累加器、正弦R O M 表、D A 转换器组成。其核心是一个相位累加器(如虚框所示)，它由一个加法器和一个N 位的相位寄存器组成

48、。图2 2 正弦输出的D D S 原理框图图中的系统时钟即参考时钟为高稳定度的晶体振荡器，其输出用于D D S 中各器件同步工作。D D S 工作时，频率控制字(F T W,F r e q u e n c yT u n i n gW o r d s)K 在每一个时钟周期内与相位累加器累加一次，进制码的形式去寻址正弦查询表R O M，得到的相位值在每一个时钟周期内以二将相位信息转变成它相应的数字化正弦幅度值，R O M 输出的数字化波形序列再经数模转换器(D A C)实现量化数字信号到模拟信号的转变，最后D A C 输出的阶梯序列波通过低通滤波器(L P F)平滑后得到一个纯净的正弦信号。当D

49、D S 中的相位累加器计数大于2 时，累加器自动溢出最高位，保留后面的N 比特数字于累加器中，即相当于做2 的模余运算。可以看出：该相位累加器平均每2 瓜个时钟周期溢出一次。根据前面的分析，不难得知频率控制字K 和参考时钟频率共同决定着D D S 输出信号疋的频率，它们之间的关系满足：第二章跳频通信的介绍1 5无=寿正式(2 1)二D D S 的最小频率分辨率(最小频率分辨率是指频率控制字K 的最低位为l，其余位均为O 时D D S 的输出频率1 满足：1掣 血=寿xZ式(2-2)二由此可见，D D S 相当于一个特殊的小数分频器。当改变频率控制字K 时，即可改变输出频率。另外还可根据所需的输

50、出频率来反算出对应的频率控制字K。但实际运用所算出的K 很难为整数，因此不可避免地将会存在频率误差，经过分析可知，如将计算出来的频率控制码K 的小数部分采取四舍五入的算法，那么最终输出信号的频率误差与最小频率分辨率的关系始终满足：a f O 5 砜i n式(2 3)正是由于D D S 采用全数字技术，从概念到结构都有很大突破，所以它具有其它频率合成所无法比拟的优越性。(1)频率转换快。(2)频率分辨率高，频点数多。(3)相位连续。(4)相位噪声小。(5)便于实现复杂方式的信号调制。(6)控制容易，稳定可靠。由于D D S 采用数字化技术，最终合成信号是经D A 转换得到的，存在以下的缺点：(1