基于超短波电台实现跳频话音通信的研究

摘要

基于跳频(FrequencyHopped)技术通信系统具有抗干扰和抗衰落能力强的特点,并可实现多址组网,目前在军用和民用两个方面都得到了长足的发展。但由于跳频系统是由多个功能模块和多种处理算法协同构建的一个复杂系统,如何使各个系统的部分协调一致的运行是整个系统设计的重点和难点。本文基于超短波跳频电台的具体设计实践,提出了一套有实际应用价值的跳频系统设计方案。本文开篇概述了超短波跳频电台的工作流程和设备组成;然后按照信号的处理流程,分别阐述了电台在跳频通信时采用的CVSD编码的原因以及CVSD编码的处理流程和性能测试结果;跳频系统的同步设计和具体的模块软硬件实现及电台信号处理在跳频状态下MSK调制收发的流程,并对其中重点环节进行了详细的描述;本文最后罗列了跳频系统在模块级和整机级测试的结果以及测试过程中遇到问题的解决过程。跳频系统的具体研制过程中,对于软硬件的协同设计要求较为严格,系统软件设计是以硬件平台为基础,而硬件设计以实现软件运行为前提。在本文着重论述的两个模块中,硬件平台都是以FPGA+处理器为主,其中FPGA给硬件逻辑设计以最大的自由度,为整个跳频系统提供了时序上的精确同步;而处理器则保证了复杂算法设计上的严谨,实现了跳频算法的灵活多变,两者相辅相成,并未系统的扩充和功能进一步完善提供了空间。在本项目研制中,本人负责参与了系统总体方案论证、性能指标细分和测试验证,并具体负责了终端模块的软硬件设计以及跳频处理模块的硬件设计。经过一年多的程序设计系统调试,一步步实现了电台跳频功能在模块级和整机级的验证,目前系统已在埃及军方进行外场联试,用户方反映效果良好。

目录

摘要

Abstract

第一章 引言

1.1 背景

1.2 项目实用价值

1.3 国内外研究动态

1.4 项目目标及论文内容

第二章 超短波跳频电台总体设计

2.1 系统总体介绍

2.2 系统模块组成

2.3 本章小结

第三章 跳频通信话音编码设计

3.1 CVSD 编码原理

3.2 CVSD 编解码流程

3.3 CVSD 编码测试

3.3.1 输入动态范围测试

3.3.2 输出幅度VS 输入幅度测试

3.3.3 输出频响测试

3.3.4 不同频率SINAD 测试

3.4 本章小结

第四章 跳频处理的同步设计及实现

4.1 同步原理

4.2 跳频同步方案设计

4.2.1 初始同步设计

4.2.2 相关码设计及仿真

4.2.3 跳频组帧设计

4.2.4 勤务同步设计

4.2.5 迟入网同步设计

4.3 跳频处理模块的硬件平台及工作流程设计

4.3.1 跳频处理模块硬件平台设计

4.3.2 跳频处理模块工作流程及原理描述

4.4 本章小结

第五章 跳频话音通信的数字传输

5.1 数字化MSK 调制

5.1.1 MSK 调制原理

5.1.2 基于直接数字频率合成(DDS)的MSK 调制

5.1.3 数字上变频单元实现方案

5.2 中频MSK 解调单元实现

5.2.1 采样频率的选取

5.2.2 中频滤波器的设计

5.2.3 数字下变频设计

5.2.4 差分解调及误码性能分析

5.2.5 位同步设计

5.3 本章小结

第六章 系统联试

6.1 模块基带性能测试

6.2 电台整机跳频性能测试

6.2.1 单点跳测试

6.2.2 两点跳测试

6.2.3 多点跳测试

6.3 本章小结

第七章 总结

致谢

参考文献

在学期间研究成果