跳频同步技术研究与基带帧结构设计

摘要

跳频通信以其抗干扰、抗衰落、抗截获能力强，兼有多址组网应用等诸多优点，不但在军事通信中得到广泛应用，用以保障部队在恶劣的战场电磁环境下建立可靠的通信，而且在民用移动通信中也得到了广泛应用。 跳频通信作为扩展频谱通信的一种，目前已经成熟，基于跳频技术的战术电台在军事通信中得到了广泛地应用。但是传统的战术跳频电台都是为模拟话音或数字话音的传输而设计的。军事通信系统要求具备数字化信息高速传输的能力。为话音通信而设计的传统的战术跳频电台己无法满足现代战场环境中高速数据可靠传输的要求。基于这样的背景，本课题研究基于跳频技术的高速数据通信系统，主要研究跳频数据通信系统的关键技术－跳频同步技术及其实现。 跳频通信的同步是跳频通信系统中最为关键的问题。本文对跳频同步技术进行较为深入的研究，对目前实用的战术跳频电台所采用的同步头方案进行系统地分析和比较，在此基础上，对原有的同步字头法进行改进，充分考虑系统对于同步的要求，兼顾同步的坚固性和可维持性，综合设计了一套适合本课题的同步方案，该方案具有一系列传统的跳频同步方案不具备的优点：支持高跳变速率、初始同步时间和迟后入网同步时间较短、同步保持时间长且不受传统的跳频通信干扰机的干扰等。同时还进行了迟后入网同步和勤务同步等同步进程的设计，并对该方案的同步性能进行了理论分析。为了实现该同步方案，本文根据实际的需求，对跳频帧结构和跳频时序方面进行具体分析，在此基础上设计了基带部分数据处理流程，然后基于FPGA设计并实现了基带处理、同步头检测和跳频控制电路模块。 通过分析相关电路模块的仿真和功能测试结果，验证了本文提出的同步方案能够满足需求，性能达到了预期的设计目标，实验证明该跳频同步设计简易可行，具有一定的应用价值和参考价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2跳频通信技术的现状及发展趋势

1.3课题研究意义

1.4本文的主要内容与结构

第2章课题相关的理论基础

2.1通信对抗

2.2扩频通信的基本原理

2.2.1扩频通信的理论基础

2.2.2扩频通信系统的数学模型

2.2.3扩频通信的模型、分类及特点

2.2.4扩频通信系统的性能指标

2.3跳频通信

2.3.1跳频系统的组成

2.3.2跳频系统的信号分析

2.3.3跳频图案

2.4软件无线电技术

2.4.1软件无线电的定义

2.4.2软件无线电的基本结构及关键技术

2.5同步的基本原理

2.5.1跳频信号的特征

2.5.2影响同步的因素

2.5.3同步的过程

2.5.4跳频同步的要求与指标

2.6跳频系统同步技术

2.6.1跳频同步的方法

2.6.2同步的捕获

2.6.3同步信息的跟踪

2.7本章小结

第3章 跳频同步方案和基带帧结构设计

3.1跳频要求

3.2跳频速率的选择

3.3跳频帧结构

3.4跳频图案的产生

3.5跳频同步设计

3.5.1同步要求

3.5.2同步状态划分与转移分析

3.5.3初始同步设计

3.5.4勤务同步设计

3.5.5同步坚固性设计

3.5.6同步维持设计

3.5.7跳频性能分析

3.6基带数据处理

3.7本章小结

第4章基带处理和跳频控制模块设计及FPGA实现

4.1可编程器件及开发手段

4.1.1 FPGA技术

4.1.2 Stratix Ⅱ系列器件

4.1.3可编程逻辑器件开发流程和软件开发工具

4.2基带处理和跳频控制模块的FPGA设计

4.3基带处理模块的FPGA实现

4.3.1信源与基带速率匹配单元数据流设计与实现

4.3.2 RS编译码单元与基带速率匹配单元数据流设计与实现

4.3.3交织、解交织实现

4.3.4 FPGA与DSP数据流设计与实现

4.3.5调制数据成型模块设计与实现

4.3.6帧检测模块设计与实现

4.3.7帧检测模块与解交织模块数据流设计与实现

4.4跳频控制模块的FPGA实现

4.4.1原理设计

4.4.2时钟发生器

4.4.3跳频时序控制状态机

4.5系统调试及测试

4.6本章小结

结论

参考文献

致 谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录