基于软件无线电技术的短波高速跳频通信系统
牟维
北京邮电大学信息工程学院，北京（100876）
E-mail：muwei908@https://www.doczj.com/doc/fe10179154.html,
摘要：软件无线电是在无线通信中建立一个通用、标准的硬件平台，把收发信号的数字化处理（A/D和D/A转换）尽量靠近天线，从而可以在保持硬件平台不变的情况下，通过仅修改数字信号的处理软件来非常方便地实现通信系统的各种功能。短波高速跳频电台具有强抗干扰与抗截获能力，在军事上有极为重要的应用。本文介绍了软件无线电技术应用于短波高速跳频通信电台的基本情况，阐述了跳频通信的基本思想。在此基础上讨论了一种基于软件无线电技术的短波高速跳频电台的软硬件设计方案，指出了其广阔的应用前景，并提出了进一步实现的建议。
关键词：软件无线电，跳频，短波通信，数字信号处理
中图分类：TN92
1. 引言
波长在10米到100米的无线电波一般称为短波，其频率在3MHz到30MHz。由短波的物理特性可知，短波可通过电离层反射传播，无需转发器，传播距离可达上千公里。短波高速跳频通信电台，就是利用短波可长距离传播的特性，在短波的某个频段上选取一些频点，在这些频点上进行信号传输，以达到保密通信的目的。然而，短波通信由于其利用的是一个无线时变的变参信道，传输信号存在严重的多径衰落再加上多普勒频移的影响，这使短波信号的接收变得很不稳定，导致通信电台无法达到较高的传输速率。随着人们对长距离通信的要求不断提高，特别是军事、外交等领域对通信电台能高速、安全、稳定、可靠地传递信息有越来越迫切的需要，现有的短波通信电台必须进行技术革新，以适应新形势下的要求。软件无线电技术的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能。将其应用于短波电台的设计，从而改变了传统的基于硬件、面向用途的电台设计方法。我们可以通过仅修改信号处理的软件来实现各种不同功能。功能的软件化实现势必要求减少单一、灵活性差的硬件电路，尤其是减少模拟环节，把数字化处理（A/D和D/A变换）尽量靠近天线。近年来，随着软件无线电技术的广泛应用，以及相关各项新技术的发展，许多战术电台的设计均采用了软件无线电思想。美国Sanders公司推出了名为CHESS 【1】(Correlated Hopping Enhanced Spread Spectrum)的新型短波跳频通信系统，并获得了成功。CHESS系统可以提供4800~19200bps的数据速率,已经通过了美国Defense Information Systems Agency的测试。这种CHESS短波跳频通信系统采用了一种新的跳频技术——差分跳频技术并且全面采用DSP处理方式，具有很高的传输速率和很高的跳速(5000hop/s),可以有效地对抗跟踪干扰,并具有相当大的抗衰落能力。可以预见，高跳速、更高数据速率的跳频电台正是跳频通信系统的未来发展方向，软件无线电的概念也已逐渐应用到新型的跳频电台中。
本文介绍的短波高速跳频电台正是基于CHESS思想，并在TMS320VC5510【2】平台上开发实现该高速跳频电台的数字信号处理的相应功能模块。
2. 跳频原理
跳频是一种广泛应用的扩频通信方式，它不同于直接序列扩频，并没有真正扩展基带
信号的频谱，而是在一个时刻将要发送的基带信号放在事先选定好的一系列通信频率点中的一个频率点上来发送，在该频率点做短暂停留，然后迅速切换到另一个频率点再发送数据。这样在一段较长时间来看，发送信号占用了一个比实际基带信号的带宽要宽很多的频带，因此，我们也称跳频是一种扩频方式。如图1所示：
频域f
Fig1 hop frequency principle map
实际上，图1中横轴为时间轴，纵轴为频率轴。其中有“signal”字样的每个小方
块的横轴方向跨度代表信号持续时间，纵轴方向跨度代表信号在该段时间内所占的频率范围。可以看出，在一个时隙内，基带信号所占的频谱并没有被扩展，它只占据一个很窄的频带（信号自身带宽），信号在该时隙内稳定一段时间（略小于时隙宽度），然后在下一个时隙跳变到另一个频率点，这样便实现了频率跳变。换句话说，在某一个时刻，在跳频信号的全频段上至多只有一个频率点上有信号存在。
由图1可见，正是信号在不同频点上跳变，按时间记录其跳变轨迹，便形成了一幅跳频图案。对于通信双方来说，只要相互知道跳频图案的跳变规律，便可以在对应的时间点上到相应的频点上去接收或发送信号，实现通信。对于不知道收发双方约定的跳频图案规律的第三方，便不可能截取数据，这样便达到了保密通信的目的。
然而，对于跳频通信系统来说，最为重要的技术就是跳频同步。收发双方必须同步于同一时隙，即找准每一时隙的开始时刻，这样才能顺利的获取约定好的跳频图案中的频率点的信号。对于高速跳频通信系统来说，每个频点的信号只在该频点上驻留很短的时间，例如，对于5000跳/秒的跳频电台，其每跳信号持续200us，如果同步不准，必然会引起跳频信号接收错乱，误码严重，从而不能通信。
3. 短波高速跳频通信系统
本文讨论的短波高速跳频通信电台是在3MHz 到30MHz 的频段上，根据信道探测估
计
【3】
的结果来选择一段频段，在该段频段总共设计256个可选频点，每相邻两个频点之间
是等间隔的。根据信道实时情况选取其中64个可用频点进行跳频变化以传输数据。初步设计调频电台跳频速率为5000跳/秒。
3.1系统逻辑结构
图2是高速跳频系统发送的逻辑框图。
图2高速跳频系统发送的逻辑框图
Fig2 send part logical diagram of high speed HF system
待发送数据经过器扰码后，可根据实际数据速率情况，以若干bit 为一组形成一个频率号Fc ，该频率号对应一个跳频频点，相当于进行FSK 调制，产生一个单频信号。为了抗码间干扰，对FSK 信号进行升余弦成型滤波，然后再调制到发送频率上，经过A/D 转换到射频端，最后通过天线将信号发送出去。
对于接收部分，与发送逻辑是完全对偶的关系，其中关键步骤是解跳模块的设计，关于解跳逻辑框图可参见图6。
3.2 硬件平台
软件无线电化的硬件平台要完成整个短波通信过程，除了需要实现信号基带处理功能外，还需要软件无线电模块和射频天线。综合考虑性价比，本课题中采用的硬件平台采用的是中频数字化方案软件无线电平台。如图3所示：
图3 软件无线电平台逻辑图 Fig3 logical diagram of SDR
从图3可以看出，在发送端，数据终端或语音终端将数字信息送入基带信号处理器（高速通用DSP），然后DSP将对这些数字信息进行基带处理，得到数字化的基带信号通过EMIF 接口送入FPGA进行数字中频处理（频谱上搬移过程），用数字化的方法将信号搬移中频上，数字化的中频信号再经过宽带D/A转换器转化为模拟信号，最后经由射频电路将载有信息的电磁波送入自由空间。当电磁波到达接收端后，经过前端电路的之后的模拟中频信号将通过宽带A/D转换器转化为数字信号，并送入FPGA经行中频处理（频谱下搬移过程），FPGA 在把解调以后的数字基带信号通过EMIF接口送入DSP，DSP在完成接收基带处理以后，将把信息序列送入远端的语音终端或数据终端。这样就完成了一次完整的通信过程。
对于其中的通用数字信号处理器本课题选用了TEXAS INSTRUMENTS公司的DSP芯片——TMS320VC5510【2】作为短波高速跳频系统实现的硬件载体。TMS320VC55x系列是TI公司定点处理器的第四代产品，它具有运算速度高，使用灵活，功耗低等优点，其不仅采用改进的哈佛结构，还在CPU中添加了特定的硬件逻辑、片上存储区、片上外设和特定的指令集，这不仅还可以满足数字信号处理大数据量、高速的要求，还可以快速的完成数字信号处理中的特殊运算。
3.3 主要算法与软件设计
为了实现高速跳频通信系统，主要有两大问题。一是跳频码的同步；二是跳频序列的设计。跳频同步的算法主要有滑动相关法，抛物线拟合算法【5】等。跳频序列设计主要按照3DES 【4】算法来设计。
3.3.1 同步算法简介
我们利用快速傅立叶变换(FFT)【6】滑动窗来接收信号，即滑窗每一定时间滑动一次，通过计算窗内信号的傅立叶变换，我们可以不断获得信号的频域信息，据此根据频点检测算法可以得到有效频点，进而还原发送信息。但在实际接收过程中，发送信号到达接收端的延迟以及本地振荡器的误差，将会导致加窗傅立叶变换位置会与理想的位置有偏差。这样的偏差会使后面的频点检测不能以高的可靠性进行。图4给出了接收信号波形以及滑窗的情况。
图4 接收信号滑动窗示意图
Fig4 slide windows diagram of received signal
这样，我们就必须解决滑动窗位置调整的问题。本文仅介绍一种滑动相关同步法。
如图5所示：
图5 滑动相关算法示意图
Fig5 slide window correlated algorithm diagram
图5为短波跳频通信模块中信号形式，跳频通信中传输数据以“帧”传输，其中一帧包含若干跳，由帧头和数据构成，帧头用来表征帧的起始位置。信号以“帧”流的形式传播，这些帧不需要连续传送，在相领俩帧间隙内可能没有信号存在。假设本短波跳频通信中利用64个频率(频率集)，64个频率可以用来做电离层探测。那么采用“帧头”为Np=64跳长是合理的，即64个频率对应64跳，分别为f1，f2，f3 (64)
定义Ms 是DFT 窗长度， 当DFT 窗的起始位置不同时(m=1，2 ，3…Ms)对于帧
头的第n 跳(n=1，2，3…Np)可以计算出Ms 个
)
(f E i
m n
模值，DFT 窗同步能够使得由
于窗偏移引起的码间干扰最小，短时傅立叶变换窗同步由一下算法得到：
①设m=1，即DFT 窗当前位置
②计算帧头第n 跳的DFT 模值
()
m n
i f E ，n=1，2，3…Np
③计算相关值R(m)=1
()
p
m n
i
i N f
E =∑
④m<=Ms 时，m=m+1，回到步骤②
⑤找到使得R(m)值最大的m ，认为此时DFT 窗同步
找到帧的同步头以后，我们就可以同步解跳接收的跳频信号，把结果送上层处理。接收解跳过程的逻辑框图如图6所示：
图6 解跳逻辑框图
Fig6 receive part of HF logical
同步算法除了滑动相关法外还有抛物线拟合算法，详见参考文献【5】。
3.3.2 调频序列设计
CHESS电台的跳频序列设计采用了一种差分跳频方式，用一种称为G函数【1】的规律来产生跳频图案，其差分跳变方向承载了传输的比特信息。实质上，这是一种卷积编译码的应用。
为了简化解跳程序，提高效率，本文提出了一种新的跳频序列设计思想。采用3DES算法【4】产生随机数来进行加密，将输出结果的若干比特组成一组行成一个整数，该整数对应一个频率号，发送端根据该频率号产生一个对应的单频信号。在接收端，在跳频信号同步之后，通过FFT【6】处理之后得到具体频点信息，可解出频率号，然后在收端由3DES算法同步产生的加密序列进行解密，则可得到接收数据
4.短波高速跳频电台应用
保密通信是指在合法的收发信号双方之间进行的信息传递，传递的信息不被第三方截获，且通信信号不会受到第三方的干扰。短波高速跳频电台就是使信号能在选定的频点上做到高速跳变，如果第三方不知道跳变规律便无法捕捉到传递的信号，同时第三方也很难在所
有使用的频点上同时释放干扰。因此，高速跳频技术的短波电台具有极强的保密通信功能。这在军事上有极为重要的应用价值。
目前，军事通信传递的信息，己从简单的指挥命令发展到诸如雷达探测的数据、计算结果、高速图像传真信息和数字话音加密信息等一些要求较高的数据信息。因此，对无线通信终端设备提出了越来越高的要求。此外，如果在发送的炮弹、导弹或鱼雷等的弹头上装上一种通信控制系统，使其在巡航过程中，可以采集巡航前方数据并实时通过高速跳频信号将其传回控制室的系统，并可接受收控制端实时的控制信号以改变巡航状态和方向，这在战术
上必将有极高的价值。而这些控制信息的传递正好可以采用本文介绍的短波高速跳频通信电台方案。
5. 建议与展望
目前，本文介绍的短波高速跳频通信电台还处在开发阶段，由于受软硬件等客观环境的限制，开发进度比较慢。在实际开发中遇到了许多问题，如目标板上DSP和FPGA通过EMIF口交换数据时存在问题，实际接收信号比计算机仿真环境下要差许多，使得同步头检测无法达到理想状况。如果可以尽快搭建好一个无故障的硬件平台，开发完在其上运行的软件系统后，可在室内或短距离自由空间进行测试，根据实际结果再考虑下一步措施。如果能够通信，那么可以考虑加入Rake接收技术，采用多径信号联合检测同步头和解跳，那么必将提高电台性能。
此外，我们应该看到，在现今的国际时代条件下，实现拥有自主知识产权的中国人自己的高速跳频通信电台，是有着更加特别的战略价值。而目前国内还没有一家单位可以做到这一点，因此尽快实现短波高速跳频电台是有很大的战略和经济价值的。
参考文献
【1】 D.L. Herrick and P.K. Lee, "CHESS: A New Reliable High Speed HF Radio," to be published in Proc. MILCOM '96, Washington, DC.
【2】 Texas Instruments “ TMS320VC5510 Fixed-Point Digital Signal Processor Data Manual” Literature Number: SPRS076G ，June 2000 ? Revised October 2003.
【3】李旭陈尚勤 “HF信道复包络参数估计及应用”，电子科技大学学报，第21卷，第5期，1992年10月。
【4】J(美)BruceSehneier著吴世忠祝世雄张文政等译《应用密码学》，机械工业出版社，2002年。【5】高攀“短波高速跳频通信系统的研究”，北京邮电大学硕士论文，2007年4月。
【6】胡广书《数字信号处理理论、算法与实现》，第二版，清华大学出版社，2003年8月。Shortwave High Speed HF Communication System Based
On SDR Technology
Mu Wei
Information Engineering School，Beijing University of Posts and Telecommunications，Beijing
（100876）
Abstract
Software define radio(SDR) planned to establish a general, standard hardware platform, on which the digitized process of receive/send signals (A/D and D/A transform) had been made close as much as possible to the antenna. Therefore, various functions of the communication system can be realized conveniently by changing the software of digital signal process, without considering the hardware platform. The shortwave high speed hop frequency radio owns strong capability of anti-interference and anti-interception. It has been widely used in military field. This paper introduced the basic situation of the software define radio technology using in shortwave high speed hop frequency radio, and expound the thought of hop frequency communication. Further, it discussed one software and hardware design program of shortwave high speed hop frequency radio which based on the software define radio technology, and indicated the prospect of this program. Last, it gave one further realized step proposal. Keywords：Software Define Radio，Hop Frequency，Shortwave Communication，Digital Signal Process（DSP）
《软件无线电原理与应用》思考题 第1章 概述 1． 软件无线电的关键思想 答：A/D 、D/A 尽量靠近天线 a) 用软件来完成尽可能多的功能 2． 软件无线电与软件控制的数字无线电的区别 答：软件无线电摆脱了硬件的束缚，在结构通用和稳定的情况下具有多功能，便于改进升级、互联和兼容。而软件控制的数字无线电对硬件是一种依赖关系。 3． 软件无线电的基本结构 答：书上第5页 第2章 软件无线电理论基础 1． 采样频率(fs)、信号中心频率(fo)、处理带宽(B)及信号的最低频率(f L )、最高频率(f H )之间的关系，最 低采样频率满足的条件 答：带通采样解决信号为（f L ~f H ）上带限信号时，当f H 远远大于信号带宽B 时，若按奈奎斯特采样定理，其采样频率会很高，而采用带通信号则可以解决这一问题，其采样频率12n 4f 12n )f f (2f 0H L s +=++= ，n 取能满足2B f S ≥的最大正整数，B 2 12n f 0+=。 2． 频谱反折在什么情况下发生，盲采样频率的表达式 答：带通采样的结果是把位于（nB ，(n+1)B ）不同频带上的信号都用位于（0,B ）上相同的基带信号频谱来表示，在n 为奇数时，其频率对应关系是相对中心频率反折的，即奇数带上的高频分量对应基带上的低频分量，且低频高频对应高频分量。 盲区采样频率的表达式为： S Sm f 12n 22m f ++= m 取0，1，2，3……的盲区，当取n=m+1时，S Sm f )3 2m 11(f +-= 3． 画出抽取与内插的完整框图，所用滤波器带宽的选取，说明信号处理中为什么要采用抽取与内插， 抽取与内插有什么好处 答：抽取内插的框图见24页。其中抽取滤波器带宽D /π，内插滤波器带宽I /π。 图像
第６期第１４卷第６期２００６年１２月 Ｖｏｌ．１４Ｎｏ．６Ｄｅｃ．２００６ 电脑与信息技术ＣＯＭＰＵＴＥＲＡＮＤＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 文章编号：１００５－１２２８（２００６）０６－００２５－０３ 高速跳频通信同步捕获方法的研究与仿真 尹建方，屈 巍，潘成胜 （沈阳理工大学通信与网络工程中心，辽宁沈阳 １１０１６８） 摘 要：同步技术是跳频通信系统的关键技术之一。针对高速跳频通信系统中同步的要求， 采用同步头与时间信息相结合的方法实现跳频同步。文章研究了同步序列格式、跳频图案同步、位同步等问题，分析了同步性能，使用Ｍａｔｌａｂ６．５完成了仿真验证。同步性能分析结果表明该跳频通信系统的同步时间短、捕获概率高、虚警概率低。关键词：高速跳频通信；同步头；初始同步；Ｍａｔｌａｂ；捕获概率中图分类号：ＴＮ９１４．４３ 文献标识码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｃａｐｔｕｒｅｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄＦＨｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＹＩＮＪｉａｎ－ｆａｎｇ，ＱＵＷｅｉ，ＰＡＮＣｈｅｎｇ－ｓｈｅｎｇ （Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ＆ＮｅｔｗｏｒｋＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ１１０１６８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｈｏｐｐｉｎｇ（ＦＨ）ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｑｕｅｓｔｓｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｆｏｒａｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄＦＨｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｗｅａｃｈｉｅｖｅｄｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｂｙｕｓｉｎｇａｍｅｔｈｏｄｃｏｍｂｉｎｅｄｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ－ｈｅａｄｗｉｔｈｔｉｍｅｏｆｄａｙ（ＴＯＤ）．Ｍａｉｎｌｙｔｈｅｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ，ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｈｏｐｐｉｎｇｐａｔｔｅｒｎ，ｂｉｔｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄｓｏｏｎ．ＴｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇＭａｔｌａｂ６．５．ＴｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｏｆＦＨｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｍａｋｅｓｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｔｉｍｅｓｈｏｒｔ，ｃａｐｔｕｒｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｈｉｇｈ，ｆａｌｓｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｌｏｗ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｈｏｐｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍb ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ－ｈｅａｄb ｉｎｉｔｉａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎb Ｍａｔｌａｂb ｃａｐｔｕｒｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ 收稿日期：２００６－０８－２９；修订日期：２００６－０９－２５ 基金项目：总参谋部“十五”重点预先研究项目（４１１０１０６０２０９） 作者简介：尹建方（１９８０－），男，辽宁锦州人，硕士研究生，研究方向：卫星通信、电子对抗、移动网络；屈巍（１９８２－），女，辽宁辽阳人，硕士研究生，研究方向：传感器网络、通信与信息系统；潘成胜，男，教授，博士生导师，研究方向：网络与通信系统检控技术、信息对抗技术。 跳频通信是现代通信领域中一种有效的抗干扰通信手段，其独特的抗干扰性能使其在军事和民用领域都得到了广泛的应用。对中低速跳频通信系统形成直接威胁的主要有跟踪式干扰和转发式干扰［１］，能够有效对抗这种干扰措施的就是提高跳速和扩展跳频带宽。这样，研究高跳速、超宽 带宽的跳频通信系统成为了必然。高跳速、超宽带宽的跳频通信系统有着良好的保密能力和抗干扰能力，但其实现带来了一系列的技术难题，如快速同步、组网问题等。跳频速率越快、带宽越宽，同步技术难度越大，因此，系统在反窃取和抗干扰性能上的提高主要靠跳频同步系统性能指标的提高，
第四代移动通信技术之软件无线电技术 【摘要】软件无线电是目前无线通信领域在固定至移动、模拟至数字之后的最新革命，其正朝着产业化、全球化的方向发展，将在4G系统中得到广泛应用。本文主要研究软件无线电技术对通信传输的改善以及4G系统中软件无线技术的应用特点等。 一、引言 软件无线电提供了一条满足未来个人通信需要的思路。软件无线电突破了传统的无线电台以功能单一、可扩展性差的硬件为核心的设计局限性，强调以开放性的最简硬件为通用平台，尽可能地用可升级、可重配置不同的应用软件来实现各种无线电功能的设计新思路。其中心思想是：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成，并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。 图一、软件无线电原理框图 1 二、简介 软件无线电(SWR)技术是近年来提出的一种实现无线通信的新的体系结构，它的基本概念是把硬件作为无线通信的基本平台，而把尽可能多的无线通信及个人通信功能用软件实现。 1、WLAN与蓝牙融入广域网 近年来各国都在积极进行4G的技术研究，从欧盟的WINNER项目到我国的“FuTURE计划”都是直接面向4G的研究。 日本对4G技术的研究在全球范围内一直处于领先地位，早在2004年，运营商NTTdocomo就进行了1Gbit/s传输速率的试验。目前还没有4G的确切定义，但比较认同的解释是：4G采用全数字技术，支持分组交换，将WLAN、蓝牙技术等局域网技术融入广域网中，具有非对称的和超过100Mbit/s的数据传输能力，同时，因为采用高度分散的IP网络结构，使得终端具有智能和可扩展性。
外军短波、超短波跳频电台发展综述 王淑波1 孙海鹏 1 梅文华2 (1. 空军工程大学工程学院陕西西安 710038) (2. (2.北京航空工程技术研究中心北京 100076) 摘要：本文综述了外军短波、超短波跳频电台的发展特点，预计了今后的发展趋势。关键词：短波跳频电台，超短波跳频电台 ABSTRACT：The characteristics of the development of HF and VHF(UHF) frequency-hopping radio used in the foreign armies are described and the development tendency is predicted in this paper. KEYWORD：HF frequency-hopping radio，VHF(VHF) frequency-hopping radio 1 概述 短波跳频电台是军事领域中保证远程通信的主要装备。目前，常规的短波单边带跳频电台与新型的短波自适应跳频电台并存共用，且还将延续较长的时间。短波自适应跳频电台将迅速发展而成为军事通信中广泛使用的主要装备。 超短波跳频电台是军事通信中应用极广、数量极大的通信装备。其中机载电台随飞机的发展而得以优先发展，但同时也存在着品种繁杂、标准化差、后勤保障困难等问题，在标准化、多功能综合化、多频段组合化和结构模块化等方面，有待进一步完善提高。美国空军为解决这类技术性问题而推行了发展使用标准型机载电台的举措，从而加快了更新换装的速度。地面电台普遍发展缓慢，仍然存在着不同年代的产品并存共用的现象。从技术特征上看，超短波跳频电台在信道间隔、抗干扰能力以及多功能兼容能力等许多方面，都已有很大的改进完善。从配置使用特征上看，超短波跳频电台在对空通信覆盖能力与波道分配利用等方面，都已相当完备而达到较高水平。未来的超短波跳频电台，将在技术性能与战术应用方面有较大的发展，但机载电台优先发展，地面电台落后的局面将难以改变。 2 外军短波、超短波跳频电台发展特点 外军短波、超短波跳频电台的发展大致有以下五个特点： (1)从国家地区看，美国和西欧国家短波、超短波跳频电台的发展长期以来居于各国前列，又以美、英两国更为领先，它们对多数国家短波、超短波跳频电台的发展都有较大的直接影响； (2)从装备水平看，跳频电台中，机载电台发展较快、换装较频繁，而相应的地面电台发展较慢、更新规模有限。在各种现役电台中，1950~1990年代出厂的电台都有应用，不同年代的电台数量是两头小、中间大，这种现象还将长期存在； (3)从工作频段看，基本上覆盖了从短波频率到超短波频率范围，但呈现出两头稀疏、中间密集的现象，有些跳频电台已将现有的频段进行了拓宽； (4)从技术体制看，电子技术的许多新技术、新器件和新工艺(如：微电子技术、计算机技术、总线技术、数字技术、软件技术、自适应技术、扩频技术、信号处理技术等)，在短波、
PAC-12 Kit Contents Part Quantity Screws: 8/32 x 3/8” 8 Screws: 8-32 x 5/16” 2 Screw: 8-32 x 1/4” 1 #8 internal tooth washers 8 #8 solder lug ring terminals 6 Bolt: Aluminum, 1/4-20 x 1.5” 1 1/4” internal tooth washer 1 Nut: Aluminum hex, 1/4-20 1 Stainless wing nut, 1/4-20 1 1/4” ring terminals 3 BNC connector 1 BNC mounting plate 1 Wire, PVC insulated stranded 12” Wire, 18AWG enamel copper 1 14 conductor ribbon cable roll 1 Feedpoint insulator PVC tube 1 Feedpoint insulator end caps 2 6” Coil form, PVC 1 3.5” Coil form, PVC 1 Coil form end caps 4 Aluminum Rods 12” 2 Aluminum hex coupling nuts 1 72” telescoping antenna 1 Antenna whip adapter 1 Aluminum ground spike 1 Tools Needed Soldering iron Phillips screwdriver Wire stripper Wrenches, 7/16” and 1/2” Terminal crimp tool Pliers Solder
跳频 跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，“跳频”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信系统。从时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号；从频域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的。其中：跳频控制器为核心部件，包括跳频图案产生、同步、自适应控制等功能；频合器在跳频控制器的控制下合成所需频率；数据终端包含对数据进行差错控制。 与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获我方的通信内容。同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。由于跳频通信系统是瞬时窄带系统，它易于与其他的窄带通信系统兼容，也就是说，跳频电台可以与常规的窄带电台互通，有利于设备的更新。 通信收发双方的跳频图案是事先约好的，同步地按照跳频图案进行跳变。这种跳频方式称为常规跳频(Normal FH）。随着现代战争中的电子对抗越演越烈，在常规跳频的基础上又提出了自适应跳频。它增加了频率自适应控制和功率自适应控制两方面。 在跳频通信中，跳频图案反映了通信双方的信号载波频率的规律，保证了通信方发送频率有规律可循，但又不易被对方所发现。常用的跳频码序列是基于m序列、M序列、RS码等设计的伪随机序列。这些伪随机码序列通过移位寄存器加反馈结构来实现，结构简单，性能稳定，能够较快实现同步。它们可以实现较长的周期，汉明相关特性也比较好，但是当存在人为的故意干扰(如预测码序列后进行的跟踪干扰)时，这些序列的抗干扰能力较差。 在90年代初，出现了基于模糊（Fuzzy)规则的跳频图案产生器。在这种系统中，由模糊规则、初始条件以及采样模式共同来决定系统的输出序列。只要窃听者不知道模糊规则、初始条件、采样模式三者的任何一个，就无法预测到系统的输出频率，由此就提高了系统的抗窃听能力和抗干扰能力。模糊跳频给出的跳频码序列与传统的跳频码序列相比更加均匀，也更难预测。 90年代末有人提出了混沌（chaotic)跳频序列。其基本思想是通过混沌系统的符号序列来生成跳频序列。在这个混沌系统中要确定一个非线性的映射关系、初始条件和混沌规则，三者唯一确定一个输出序列。由此确定的混沌跳频序列体现了良好的均匀性，低截获概率，良好的汉明相关特性以及具有理想的线性范围。 与一般的数字通信系统一样，跳频系统要求实现载波同步、位同步、帧同步。此外，由于跳频系统的载频按伪随机序列变化，为了实现电台间的正常通信，收发信机必须在同一时间跳变到同一频率，因此跳频系统还要求实现跳频图案同步。跳频系统对同步有两个基本要求：一是同步速度快，二是同步能力强。目前跳频电台的同步方法有精确时钟法、同步字头法、自同步法、FFT捕获法、自回归谱估计法等等。在实际应用中，同步方案常常综合使用多种同步方法。例如战术跳频系统中常用扫描驻留同步法，综合使用了精确时钟法、同步字头法、自同步法三种同步方法，分成扫描和驻留两个阶段进行。扫描阶段完成同步头频率的捕获，驻留阶段从同步头中提取同步信息，从而完成收发双方的同步。
利用MATLAB实现跳频通信系统 摘要：随着无线通信不断快速的发展，跳频调制技术越来越受到人们的重视。跳频通信是一种具有较强抗干扰能力的通信体制。其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，即通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。跳频技术是一种具有高抗干扰性、高抗截获得能力的扩频技术。由于它的技术优势，跳频技术不仅在军事通信领域得到广泛的运用，在民用领域也有很好的表现。 本课题要求构建蓝牙跳频通信系统的各组成模块，包括信号传输，信号接收，谱分析和误码分析部分，了解和熟悉蓝牙跳频系统的特点，分析系统的运行及性能。主要研究方法是MATLAB软件进行蓝牙跳频通信系统的仿真，通过各组成模块的连接与封装，运行并分析结果。 关键词：蓝牙，跳频，MATLAB，无线通信
Realize Frequency Hopping Communication System Based on MATLAB Abstract：With the rapid development of the wireless communications, people pay more and more attention to frequency hopping modulation techniques. Frequency hopping communication is a strong anti-interference communication system. The working principle is a communication mode which refers to the carrier frequency that sends and receives the signal according to rule to do dispersant change, that is applying the carrier frequency used in communication by pseudo-random code control and random changes hopping. Frequency hopping technology is a spread spectrum with high anti-interference and resistance ability. Frequency hopping technology not only being widely used in military communication areas, but also in civilian areas due to its technique advantages. This paper is to make up composed modules for the Bluetooth frequency hopping communication system, which including signal transmission, signal reception, spectral analysis and error analysis, as well as to know and have a deep understanding of the characteristics of this system, and also including analyzing the performance and its performance. The main research method is using matlab to make the simulation of the Bluetooth frequency hopping communication systems, run and analysis results by the simulation of each of the modules connection and encapsulation. Keywords: Bluetooth, frequency hopping, MATLAB, wireless communication
信道化技术在软件无线电接收机中的应用 姚 澄!朱灿焰!杨会保 " 苏州大学电子信息学院江苏苏州 #$%&#$’ 摘 要(软件无线电是目前通信领域研究的热点!其关键技术之一的数字中频技术则是多速率信号处理理论的典型应用) 介绍了一种基于多相滤波的数字信道化技术在软件无线电接收机中的应用!利用离散傅里叶变换"*+,’的成熟理论和多相滤波的灵活处理!在接收机的数字中频段提出了一种高效的处理结构!对其原理-性能和特点进行了深入地探讨和研究!较好地解决了当前无线通信中硬件速度和高速数据流不匹配的问题)计算机模拟结果证明了处理结构的可行性和有效性) 关键词(软件无线电.信道化.多相滤波器组.离散傅里叶变换中图分类号(,/0 $$文献标识码(1 文章编号($&&23435" #&&%’&4&$4&367789:;<9=>=?@A ;>>B 89C B DE B :A >=8=F G 9>B DL ;D 9= M N O P Q R S T !U V W P X S Y X S !M N /Z V [\]X ^ "_‘Q ^^a ^b c a R ‘d e ^S \‘f S b ^e g X d \^S !_^^‘Q ^h W S \i R e j \d Y !_[k Q ^[!#$%&#$!P Q \S X ’l m n o p q r o (,Q R_^b d h X e R*R b \S R s t X s \^"_*t ’Q X j]R ‘X g Rd Q Rb ^‘[j^be R j R X e ‘Q \S ‘^g g [S \‘X d \^S j u *\T \d X af S d R e g R s \X d R +e R v [R S ‘Y "f +’X j ^S R^b \d j w R Yd R ‘Q S ^a ^T \R j !\j Xd Y x \‘X a X x x a \‘X d \^S^b g [a d \e X d Rj \T S X a x e ^‘R j j \S Td Q R ^e Y u ,Q RX x x a \‘X d \^S^b X s \T \d X a ‘Q X S S R a \k R sd R ‘Q S \v [Rb ^e_*t e R ‘R \i R e j\j\S d e ^s [‘R s\Sd Q \jx X x R e u 1X j R s^Sd Q Rg X d [e Rd Q R ^e Y^bd Q R*\j ‘e R d R+^[e \R e ,e X S j b ^e g "*+,’X S s d Q R b a R y \]\a \d Y ^b d Q R x ^a Y x Q X j R b \a d R e ]X S ws R ‘^g x ^j \d \^S !X SR b b \‘\R S d x e ^‘R j j \S T X e ‘Q \d R ‘d [e R \j x e R j R S d R s \Sd Q R s \T \d X a f +x X e d !\d j x e \S ‘\x a R !x R e b ^e g X S ‘R X S s‘Q X e X ‘d R e \j d \‘X e R s R R x a Ys \j ‘[j j R sX S sj d [s \R s u ,Q R g R d Q ^sT \i R j X]R d d R e j ^a [d \^S^b d Q Rg \j g X d ‘Q]R d h R R Sd Q Ra ^h R e Q X e s h X e Rj x R R sX S sQ \T Qs X d Xe X d R^b d ^s X Y z jh X e R a R j j‘^g g [S \‘X d \^S j u +\S X a a Yj \g [a X d \^Se R j [a d j j Q ^h d Q R R b b \‘\R S ‘Y^b d Q \j x e ^x ^j R sX e ‘Q \d R ‘d [e R u {|}~!p "n (_^b d h X e R *R b \S R st X s \^"_*t ’.‘Q X S S R a \k \S T .x a ^Y x Q X j R b \a d R e ]X S w .*\j ‘e R d R +^[e \R e ,e X S j b ^e g "*+,’ 收稿日期(#&&2$#$2#引 言 软件无线电是近些年来崭露头角的新技术!他代表包括无线通信在内的几乎所有的无线电电子信息系统的发展趋势)为适应其发展!有必要对基于滤波器组的信道化方法进行研究) 理想的软件无线电结构$ $% 在射频直接采样数字化!其核心思想就是将N &*!*&N 变换器尽量靠近天线!在对信号充分数字化的基础上依靠软件来实现无线电的各项功能)但是现阶段!由于受微电子技术水平的限制!直接对射频"t + ’进行采样还很难实现!成本上亦不合算)所以!在目前的软件无线电研究中!大部分都是首先将射频信号转换到中频!然后在中频对模拟信号进行数字化)数字中频软件无线电加上少量的高频模拟前端正逐渐成为理想 软件无线电的一种经济实用的选择$#%)中频软件无线电接 收机的结构如图$所示) 对于单一信道而言!使用宽带N &*!*_’和通用P ’W 的软件无线电方法比传统的使用硬件集成的技术要昂贵的多!而目前多通道接收机"数字下变频器’已有上市!如 f S d R e j \a 公司"原V X e e \j 公司的半导体部分’的V _’ %&#$(!Z e X Y P Q \x 公司的Z P 2&$(!N S X a ^T *R i \‘R j 公司的N *((#2和_^b d P R a a 等)但这些接收机的主要问题是!必须事先确知在哪个信道上有信号!或者用一个全景接收机对整个频 段进行搜索和监视以确定信号的位置$3%)然而!如果搜索 速度不够快! 就会产生漏警现象以至于无法进行全概率的信号截获)本文所讨论的基于滤波器组的信道化接收机就是能够完成全概率信号截获的接收机) 图$中频宽带接收机实现框图 )信道化接收机 信道化接收机瞬时频带宽-动态范围大!能实现超宽带侦察)传统的技术是采用模拟电路来实现信道化!即(用模拟滤波器组把侦察频率范围分割为许多邻接的信道!如图#所示) 显然!当瞬时频带很宽时!需要非常多的滤波器!接收机将变得非常庞大)而在软件无线电信道化技术中!则充分利用数字信号系统精确-灵活-造价低-速度快的优 4 $*现代电子技术+#&&%年第4期总第$0,期-通信与信息技术 . 万方数据
跳频通信和扩频通信 跳频通信是扩频通信的一个分支，它的突出优点是抗干扰性强，因而很适用于军事领域。当70年代末第一部跳频电台问世以后，就预示着其发展势头锐不可挡。到了８０年代，世界各国军队普遍装备跳频电台。这十年是跳频电台发展速度最快的十年。广泛使用跳频电台曾被誉为80年代ＶＨＦ频段无线电通信发展的主要特征。90年代，跳频通信如虎添翼，在军用跳频通信领域已相当成熟的同时，跳频通信的应用又拓宽到民用领域。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“杀手锏”。跳频通信是如此的神奇，以致于自其问世至今的短短30年间，倍受世界各国，特别是几大军事强国的青睐。 2 跳频通信的基本概念 2.1 定义 我们在用收音机收听某电台，当电台在中波和短波两个波段上播放同一个节目时，有这样的体会：若中波波段信号不好，则随即换到短波波段收听；当短波波段信号不好，则又换回到中波波段收听。这种以更换波段的手段来改善收听效果的方法，就是跳频的通俗含义。只不过这种跳频仅在接收端发生，而且是由人工干预来实施跳频的。我们假设，当广播电台发送的频段也能“紧跟”收音机用户更换的话，那么，这种通信方式就是跳频通信。因此，跳频通信可这样描述：通信收发双方同步地改变频率的通信方式称为跳频通信。 2.2 同步条件(通信条件) 与定频通信相比，跳频通信的载波频率一直在跳变。工作中，发方以相当快的速率（跳速）改变频率，收方必须与发方同步地改变频率，双方才能保持通信。也就是说，跳频通信时，收发双方必须采用同一种跳频图案。跳频电台之间要成功地进行跳频通信，收发双方必须同时满足三个条件：跳频频率相同；跳频序列相同；跳频的时钟相同（允许存在一定的误差）。三个条件缺一不可，否则无法实现跳频通信。 3 跳频通信的主要特点 3.1 抗干扰性强 跳频通信抗干扰的机理是“打一枪换一个地方”的游击策略，敌方搞不清跳频规律，因而具有较强的抗干扰能力。一方面，我方的跳频指令是个伪随机码，其周期可长达十年甚至更长的时间。另一方面，跳变的频率可以达到成千上万个。因此，敌方若在某一频率上或某几个频率上施放长时间的干扰也无济于事。
软件无线电技术的发展应用探究 软件无线技术相对于传统的“纯硬件电路”具有非常大的优越性，以硬件为基础，软件在可以在此之上扩展更多的通信功能，使得设备的通信功能不再硬件锁限制，并且可以大大简化设备的硬件复杂程度，提升其可靠性、维护性，耐用性，并且由于软件的可升级性以及更加优良的兼容性，因此可以大大降低开发、生产、升级换代和维护成本。软件无线电技术是通信领域的第三次革命，前两次模拟通信和数字通信。目前新技术的发展重点基本都已开始转移软件之上。文章就软件无线电技术的发展和应用进行一些详细的探讨。 标签：软件无线电；软件无线电发展；软件无线电应用 1 软件无线电各个系统的作用 1.1 软件无线电技术与传统无线电技术的区别 软件无线电与软件控制无线电的区别在于软件无线电是开放并且标准化的，因此研究更加容易也更加灵活，设备具有的功能不再主要依赖系统的构架和硬件，转而开始依赖软件环境，通过改变软件来改变功能，使得系统、功能的升级或是不同系统间的兼容变得更加简单，升级换代所需要的时间大大缩短。而数字无线电主要依赖于硬件和系统结构的发展，使得环境更加封闭，不利于推广交流，一旦出现问题，需要花费相当多的人力、物力以及时间。 1.2 软件无线电技术硬件平台解析 软件无线电是一个标准化、开放式的平台，以硬件作为基础，将编写好的指令预先录入，用以操纵硬件进而实现尽可能多的无线通信功能，可以通过改变软件的方式改变软件无线电所具有的功能，并可因此减少硬件模块的数量和复杂程度，所具备的灵活性、集中性、维护性无可比拟。一个典型的软件无线电需要以下的硬件系统：射频、中频、基带、信源、信令，软件部分则为数字信号处理器（DSP），DSP通过录入程序，可以对带宽、频率、调制模式、信源解码等进行控制，因此DSP处理性能的强弱直接影响通信功能的数量和质量。通过录入程序，DSP控制各个系统，实现无线电软件具体化。 1.2.1 天线 天线是保证信号的基础，理论上天线最好应该能覆盖全部的通信频段，但在实际应用中，并不能做到覆盖如此多的频段，更多的时候需要能保证完美适配软件所需的、线性性能较好的频段，使用组合式多频段天线，通过测试自动寻找干扰较小，流量宽松的频段，因此就有多频段天线和宽带天线，其二者都可以为软件无线电技术提供信号的保障，而区别主要在于多频段可在分离的不同频段上工作，而宽带则意味着是连续的宽频。而调频、信号接收、算法优化仍然是天线在无线电技术中的关键。
面对二十多个业余波段，究竟该用哪一段？春夏秋冬阴晴雨雪对通信会有什么影响？当你对这些问题打算亲自体验一番之前，应该对无线电波的传播规律及各业余波段的特点等等先做些“调查研究”，这样才能事半功倍。 一、无线电波的传播方式 无线电波以每秒三十万公里的速度离开发射天线后，是经过不同的传播路径到达接收点的。人们根据这些各具特点的传播方式，把无线电波归纳为四种主要类型。 1）地波，这是沿地球表面传播的无线电波。 2）天波，也即电离层波。地球大气层的高层存在着“电离层”。无线电波进入电离层时其方向会发生改变，出现“折射”。因为电离层折射效应的积累，电波的入射方向会连续改变，最终会“拐”回地面，电离层如同一面镜子会反射无线电波。我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。 3）空间波，由发射天线直接到达接收点的电波，被称为直射波。有一部分电波是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的，被称为反射波。直射波和反射波合称为空间波。 4）散射波，当大气层或电离层出现不均匀团块时，无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射，使一部分能量到达接收点，这就是散射波。 在业余无线电通信中，运用最多的是“天波”传播方式，这是短波远距离通信向必要条件。空间波和散射波的运用多见于超高频通信，而地波传播“般只用于低波段和近距离通信。
二、电离层与天波传播 1、电离层概况 在业余无线电中，短波波段的远距离通信占据着极重要的位置。短波段信号的传播主要依靠的是天波，所以我们必需对电离层有所了解。 地球表面被厚厚的大气层包围着。大气层的底层部分是“对流层”，其高度在极区约为九公里，在赤道约为十六公里。在这里，气温除局部外总是随高度上升而下降。人们常见的电闪雷鸣、阴晴雨雪都发生在对流层，但这些气象现象一般只对直射波传播有影响。 在离地面约10到50公里的大气层是“同温层”。它对电波传播基本上没有影响。 离地面约50到400公里高空的空气很少流动。在太阳紫外线强烈照射下，气体分子中的电子挣脱了原子的束缚，形成了自由电子和离子，即电离层。由于气体分子本身重量的不同以及受到紫外线不同强度的照射，电离层形成了四个具有不同电子密度和厚度的分层，每个分层的密度都是中间大两边小。 离地面50～90公里的称作D层。D层白天存在，晚上消失。D层的密度最小，对电波不易反射。当电波穿过口层时，频率较低的被吸收得较多。 90公里~140公里的是E层。通常情况下E层的密度也较小，只有对中波可以反射。在一些特定条件下，E层有可能反射高频率的无线电波。在盛夏或是隆冬，E层对电波的反射现象总是有规律地出现，你可以清楚地接收到远距离小功率电台发射的信号，而且可以发现可
跳频通信系统抗干扰的方法有: 1.提高跳频速率 提高跳频速率是对付跟踪干扰的有效方法。提高跳频速率后，使频率的驻留时间足够短，在驻留时间小于干扰机转发时间加上时间差引起的传播时延条件下，当引导的干扰信号到达接收机时，跳频接收机已在接收下一个跳频频率了。近年来，出现了跳频在几千跳/秒的高速跳频短波数据系统，如美国HF200O。跳速2560跳/秒高速短波跳频系统有非常强的抗干扰能力，同时，由于跳频频率驻留时间短，在零点几个毫秒，这样可以克服短波严重的多径和衰落的影响，使数据传输速率得到较大的提高。 2.展宽工作频段 抗干扰能力与频带有关，频带越宽，处理增益越高，抗干扰性能也就越好。随着技术水平的提高，多频段电台不断涌现，在一部电台内的跳频带宽也越来越宽。 3.双工跳频 随着战术通信向无线电话方式发展，许多系统要求具有双工跳频功能，双工系统一般分两种方式工作，一种是时分双工，即将每一跳时隙再分成上下两个时隙，用时分的方式完成双工工作。另一种方式为频分双工，此方法简单，无同步问题，但由于频分双工需上下两个跳频段和频率间隔，在频段较窄的系统中将严重影响抗干扰的处理增益，同时系统中需要收发两个频率合成器和双跳频单元，电磁兼容问题也较严重。 4.自适应跳频 自适应跳频的基本思想是将跳频的频率点与干扰的频率点相联系起来，当整
个频段上出现较大面积干扰时，系统能自动识别干扰，自适应的改变跳频序列，重新跳到无干扰或干扰较轻的频段上，从而克服部分频段干扰带来的影响。 针对上述特点可采用自适应跳频通信系统，自适应跳频系统是在常规跳频系统的基础上，实时的剔出干扰频段，从而自适应的选择优良的信道集进行跳频通信，使通信系统保持良好的通信状态。也就是说，它除了要实现常规跳频通信系统的功能外，还要实现自适应频率控制功能，通过可靠的信道质量评估信道，发现了干扰频点后，应当在收发双方的频率表中将其删除，并用好的频点对它们进行替换，以维持频率表的固定大小。为了使收发频率表同步更新，需要通过一个信道将对方频率更新信息通知对方。这种信息的相交换是种闭环控制过程，需要制定相应的信息交换协议来保证频率表可靠的更新。
Altera中文资料 FPGA在软件无线电中的应用 介绍 软件无线电（SDR）是具有可重配置硬件平台的无线设备，可以跨多种通信标准。它们因为更低的成本、更大的灵活性和更高的性能，迅速称为军事、公共安全和商用无线领域的事实标准。SDR成为商用流行的主要原因之一是它能够对多种波形进行基带处理和数字中频（IF）处理。IF处理将数字信号处理的领域从基带扩展到RF。支持基带和中频处理的能力增加了系统灵活性，同时减小了制造成本。 基带处理 无线标准不断地发展，通过先进的基带处理技术如自适应调制编码、空时编码（STC）、波束赋形和多入多出（MIMO）天线技术，支持更高的数据速率。基带信号处理器件需要巨大的处理带宽，以支持这些技术计算量的算法。例如，美国军事联合战术无线系统（JTRS）定义了军事无线中20多种不同的无线波形。一些更复杂的波形所需的计算能力在标准处理器上是每秒数百万条指令（MIPS），或者如果在FPGA实现是数千个逻辑单元。 协处理器特性 SDR基带处理通常需要处理器和FPGA。在这类应用中，处理器处理系统控制和配置功能，而FPGA实现大计算量的信号处理数据通道和控制，让系统延迟最小。当需要从一种标准切换至另一种标准时，处理器能够动态地在软件的主要部分间切换，而FPGA 能够根据需要完全重新配置，实现特定标准的数据通道。 FPGA可以作为协处理器同DSP和通用处理相连，这样具有更高的系统性能和更低的系统成本。自由地选择在哪实现基带处理算法为实现SDR算法提供了另一种方式的灵活性。 基带部件也需要足够灵活让所需的SDR功能支持在同一种标准增强版本之间的移植，
并能够支持完全不同的标准。可编程逻辑结合软核处理器和IP，具有了提供在现场远程升级的能力。图1 是一个框图，其中FPGA能够通过IP功能如Turbo编码器、Reed-Solomon编码器、符号交织器、符号映射器和IFFT，很容易地重配置支持WCDMA/HSPDA或802.16a标准的基带发送功能。 图1. 两种无线信号的SDR基带数据通道重配置例子 数字IF处理 数字频率变化具有比传统模拟无线处理方式更高的性能。FPGA提供了一种高度灵活和集成的平台，在这之上以合理的功率实现大计算量的数字IF功能，这在便携系统中是一个关键的因素。能够在FPGA实现的IF功能包括数字上变频器（DUC）和下变频器（DDC），以及数字预畸变（DPD）和波峰系数削减（CFR），帮助降低功放的成本和功率（见图2）
短波通信原理 尽管当前新型无线电通信系统不断涌现，短波这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视，不仅没有被淘太，还在快速发展。其原因主要有三： 一、短波是唯一不受网络枢钮和有源中继体制约的远程通信手段，一但发生战争或灾害，各种通信网络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击。无论哪种通信方式，其抗毁能力和自主通信能力与短波无可相比； 二、在山区、戈壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依靠短波； 三、与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。 近年来，短波通信技术在世界范围内获得了长足进步。这些技术成果理应被中国这样的短波通信大国所用。用现代化的短波设备改造和充实我国各个重要领域的无线通信网，使之更加先进和有效，满足新时代各项工作的需要，无疑是非常有意义的。 这里简要介绍短波通信的一般概念，优化短波通信的经验，以及一些热门的新技术。1、短波通信的一般原理 1.1.无线电波传播 无线电广播、无线电通信、卫星、雷达等都依靠无线电波的传播来实现。 无线电波一般指波长由100,000米到0.75毫米的电磁波。根据电磁波传播的特性，又分为超长波、长波、中波、短波、超短波等若干波段，其中：超长波的波长为100,000米~10,000米，频率3~30千赫；长波的波长为10,000米~1,000米，频率30~300千赫；中波的波长为1,000米~100米，频率300千赫~1.6兆赫；短波的波长为100米~10米，频率为1.6~30兆赫；超短波的波长为10米~1毫米，频率为30~300,000兆赫（注：波长在1米以下的超短波又称为微波）。频率与波长的关系为：频率=光速／波长。 电波在各种媒介质及其分界面上传播的过程中，由于反射、折射、散射及绕射，其传播方向经历各种变化，由于扩散和媒介质的吸收，其场强不断减弱。为使接收点有足够的场强，必须掌握电波传播的途径、特点和规律，才能达到良好的通信效果。 常见的传播方式有： 地波（地表面波）传播 沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波，简称地波。地波的传播途径如图1.1 所示。其传播途径主要取决于地面的电特性。地波在传播过程中，由于能量逐渐被大地吸收，很快减弱（波长越短，减弱越快），因而传播距离不远。但地波不受气候影响，可靠性高。超长波、长波、中波无线电信号，都是利用地波传播的。短波近距离通信也利用地波传播。直射波传播 直射波又称为空间波，是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波。直射波传播距离一般限于视距范围。在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利用直射波传播的。 在地面进行直射波通信，其接收点的场强由两路组成：一路由发射天线直达接收天线，另一路由地面反射后到达接收天线，如果天线高度和方向架设不当，容易造成相互干扰（例如电视的重影）。 限制直射波通信距离的因素主要是地球表面弧度和山地、楼房等障碍物，因此超短波和微波天线要求尽量高架。 天波传播 天波是由天线向高空辐射的电磁波遇到大气电离层折射后返回地面的无线电波。电离层只对短波波段的电磁波产生反射作用，因此天波传播主要用于短波远距离通信。
第34卷第1期电子科技大学学报V ol.34 No.1 2005年2月Journal of UEST of China Feb. 2005 高速跳频通信系统同步技术研究 蒋定顺，金力军 (西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室西安 710071) 【摘要】同步是跳频通信系统关键技术之一。针对高速跳频通信系统中同步的主要要求，提出了一种高速跳频通信同步的方案，采用同步字头法和时间信息相结合的方法实现跳频同步。研究了系统定时，跳频图案同步，位同步等问题，并对其同步性能进行了分析。同步性能分析结果表明该跳频通信系统的同步时间短、捕获概率高、虚警概率低。 关键词高速跳频通信; 时间信息; 初始同步; 勤务同步; 虚警概率 中图分类号TN914.4 文献标识码 A Research on Synchronization Technique for a High-Speed FH Communication System JIANG Ding-shun，JIN Li-jun (National Key Lab. Of Integrated Services Network, Xidian Univ. Xi’an 710071) Abstract Synchronization is one of the key techniques to frequency-hopping (FH) communication system. Based on the main requests of synchronization for a high-speed FH communication system, this paper puts forward a synchronization scheme of a high-speed FH system, which is achieved by using a method combined synchronization-head with time of day (TOD). This paper mainly studies time of system, synchronization of FH pattern, bit synchronization, and so on. The performance of synchronization shows that the synchronization of FH communication system makes synchronization time short, capture probability high, false probability low. Key words high-speed frequency-hopping communication; time of day; initial synchronization; service synchronization; false probability 跳频通信是现代通信领域中一种有效的抗干扰通信手段。对于中低速跳频通信形成直接的威胁主要有跟踪式干扰或转发式干扰。能够有效的对抗这种干扰措施是提高跳速。这样研究高速跳频通信系统成为了必然。高速跳频通信系统有着良好的保密能力和抗干扰能力，但对其实现带来了一系列的技术难题，如同步、组网问题等。如跳频速率越高，同步技术问题难度越大，因此，同步系统是高速跳频通信的核心。 1 高速跳频同步要求 对高速跳频通信系统的同步要求主要有如下5点[1]： 1) 能自动快速实现同步； 2) 同步捕获能力要高，能抗噪声或干扰信号引起的虚假同步，失步后的再同步能力要强； 3) 同一网内的跳频电台任何时间入网都可以实现同步，同步不影响信息传输质量； 收稿日期：2003 ? 06 ? 11 作者简介：蒋定顺(1977 ? )，男，硕士，主要从事数字通信与信号处理、扩频通信方面的研究；金力军(1944 ? )，女，教授，主要从事无线通信方面的研究.