软件无线电跳频波形时间同步技术研究

摘要

软件无线电技术作为无线通信的未来发展趋势，得到越来越广泛的关注。SCA是一种通用通信系统的设计规范，其设计思想符合软件无线电的软硬件分离思想，因此在软件无线电设计中得到很大的应用。其中SCA的波形开发和验证是基于SCA规范设计流程的重要组成部分。
　　本文的项目来源就是基于SCA规范的跳频波形开发，目标是在两台SCA平台上实现200跳/s的模拟语音跳频通信。跳频波形开发分为算法功能设计和基于SCA规范的封装设计。在跳频算法功能设计环节中，如何快速、准确的实现收发双方的时间同步是实现跳频通信的关键。本文主要对模拟跳频通信中的同步模块进行仿真并且用C++代码编写实现了符合SCA规范的同步组件的功能封装。
　　首先，针对时间粗同步，采用的方法主要有串行捕获法、并行捕获法和等待捕获法三种。先是对这三种方法的原理进行阐述，再分别对三种不同捕获方法的捕获时间和捕获概率、虚警概率和漏警概率进行公式上的推导，最后给出了这三种不同方法的仿真实现流程和仿真结果，并对仿真结果进行了分析，最后根据项目指标需求，选择了等待捕获法。
　　其次，针对时间精同步，采用的方法主要有双相关器的超前-滞后非相干跟踪环以及单相关器的跟踪环，先是分别对这两种跟踪算法进行原理阐述，再给出了超前-滞后非相干跟踪环原理公式的推导过程。最后，把时间粗同步和时间精同步的两部分结合起来，采用粗同步中的等待捕获算法和精同步中的超前-滞后非相干跟踪环，进行联合仿真，仿真结果表明，跟踪环在6跳的时间内就能获得稳定输出。
　　再次，对同步功能进行了组件划分和设计。先是对组件端口进行了设计，然后根据同步的功能把组件划分为捕获组件和跟踪组件，并对每一个组件进行了UML模型设计，对组件的接口函数参数和函数原型进行了详细定义，给出了函数的实现流程。
　　最后，对捕获组件和跟踪组件功能进行测试和分析。先是编写了信号源组件和接收信号组件，分别与捕获组件和跟踪组件的输入输出端口相连。通过控制程序来连接这几个组件，并启动组件的数据处理线程，完成组件间数据传输。并把数据处理结果保存到文件中，利用MATLAB导入文件来进行统计，对捕获时间、捕获概率、虚警概率以及跟踪后的中频信号输出等指标进行测试，测试结果符合项目需求。
　　本文的跳频时间同步研究为基于SCA规范的跳频波形开发提供了理论依据，开发的捕获和跟踪组件功能正常，可以作为独立组件供第三方使用。

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缩略词表

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 本文内容及结构安排

第二章 软件无线电跳频通信技术现状

2.1 引言

2.2 软件无线电

2.3 SCA技术现状

2.4 跳频关键技术

2.5 本章小结

第三章 跳频时间粗同步

3.1 引言

3.2 串行捕获

3.3 并行捕获

3.4 等待搜索捕获

3.5 仿真分析

3.6 本章小结

第四章 跳频时间精同步

4.1 引言

4.2 跳频序列双相关器同步跟踪环

4.3 跳频序列单相关器同步跟踪环

4.4 仿真结果

4.5 本章小结

第五章 跳频波形同步组件设计

5.1 引言

5.2 通用SCA组件开发方法

5.3 组件端口设计

5.4 捕获组件

5.5 跟踪组件

5.6 组件连接

5.7 本章小结

第六章 组件测试与结果分析

6.1 引言

6.2 测试方法与流程

6.3 捕获组件测试

6.4 捕获、跟踪组件联合测试

6.5 本章小节

第七章 结束语

7.1 本文总结及主要贡献

7.2 下一步工作的建议

致谢

参考文献

附录A 跳频同步仿真链路

个人简历

攻读硕士学位期间的研究成果