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差分跳频的解调窗口同步算法

顺盛范文论文网 http://www.jxtgzs.cn 2020-02-11 15:55 出处:网络 编辑:





  摘要:差分跳频是。一种数字通信系统,其频率跳变速度快,通信保密性好。接收机采用软件无线电的技术。解调。解调窗口的同步是关键技术,是正确解调的前提。推导出同步算法的计算公式,给出相应的数据图表和流程图。该。算法同。步建立时间短,运算量小,并且。可以实时调整,在仿真中取得成功。
  关键词:同步算法差分跳频软件无线电
    1差分跳频简介
  
  差分跳频系统工作于短波波段(2MHz~30MHz),频率跳变速度5000跳/s,最高数据传输速度为19.2kbps。5000跳/s的频率跳变使得频率不易被跟踪,通信保密性好。差。分跳频不同于传统的模拟跳频,发射机采用DDS直接合成发送频率,接收机采用软件无线电方法解调。
  
  简。单说明系统的工作方式,见图1频率转移图。系统待发数据为0110110……。当第一个bit'0'到来时,频率点由f1转移到f2,该bit'0'用频率f2发送;当第二个bit'1'到来时,频率点由f2转移到。f4,以此类推解调时,将接收信号采样。的数字信号,对采样数据进行快速傅立叶变换(FFT)运算,识别当前的频率点,然后保护频率转移图和前一次的频率点解调原始数据。
  
  实际系统的参数如下:将2.56MHz~28.1。6MHz的频带等间隔划分为10个信道,每个信道以5kHz等间隔取256频率点。通信开始前,系统扫描10信道,动态决定一个特性最好的信道用来通信,收发双方按协议从选定信。道的256个频率点中取64作为工作频率,按存储在系统中的频率转移图进行通信。该系统支持三种数据传输速率:4.8kbps、9.6kbps和19.6kbps。
  
  2同步策略
  
  差分跳频系统采用软件。无线电的方法进行数据解调。软件无线电结构降低了系统硬件的复杂性,接收机不需要传统模拟跳。频系统中的频率合成电路和硬件的同步电路。但没有硬件的同步电路后,采用何种软。件算法快速实现同步成为关键技术之一。  
  如图2所示,接收信号经过A/D采样变为数字信号,然后对一跳时间内(以下称为解调窗口)的采样数据进行FFT运算,识别当前。的频率点,依据频率转移图和前一次的频率点解调原始数据。如果解调窗口不同。步,则窗口内。会出现两个频率点,无法判定该用哪个工作为解调频率点。因此必须将不同步的解调窗口滑动到同步位置,才能正确解调数据。
  
  笔者设计的同步方法简述如下:
  
  (1)随机选择初始窗口,对采样数据作FFT运算,识别可能出现的两个频。率点f1和f2以及FFT。后的相应幅度P1和P2(在频域中频率点的能量与幅度的平方成正比,为简化以幅度代替能量计算)。  
  (2)判断这。两个频率点在时域波形上的。顺序。
  
  (3)频率点f的幅度P(请注意,这里指FFT后的频域幅度)只与两个因素有关:采。样前模拟信号的时域振幅和该频率点在解调窗口内点据的时间长度。模拟信号的时域振幅可以在接收端采用自动增益控制保持常数值。那么,P只要。频率点在解调窗口内。点据时。间长度(也就是该频率点占据的采样点数目)的单值函数,只要找到这个函数,即可先由FFT计算出幅度P,反求该频率点占据的窗口长度,最后将窗口滑动适当长度即可同步。
  
  以下假设:采样频率为fs,解调窗口总长度为N,某一频率点占据的长度为N1。
  
  定。义:α=N1/N
  
  3实现的方式
  
  具。体实现要考虑很多复杂的情况,详细说明如下。
  
  首先要找到(3)中提及的函数关系,这个函数关系记为P=F(α)。
  
  在满足(f1/fs)×N1=整数的条件下,由离散傅立叶变换的性质可推出P=F(α)=A·(N/4)·α,A是A/D采样前模拟信号的时域振幅。
  
  但实际情况更。为复杂。上面提到的(f1fs)×N1=整数的条件不可能总。被满足。当系。统的。采样频率和窗口长度确定后(这两个量是系统级的参数,
  
  
  
  一经确定不能变更),只有有限几个频率点满足要求。而差分跳频系统需要64个工作频率点,它们是收发双方按协议从选定信道的512个频率点中选择的,也就是说512个频点都有可能成为工作频率点,绝大部分不满足工作。如果条件得不到满足,那么公式修改为P=F(α)=。H(f,α)·A·(N/4)·α。因。子H(f,α)依赖于频率和α。H(f,α)无。法。动态自适应计算,因为依赖于α,而α恰好是要求解的变量。因此,直接对采样数据进行计算的方法不太可取。
  
  还有一点,希望该跳频系统降低对同步的敏感性,从而降低复杂性和运算量,因此希望P=F(α)是非线性函数,以改善系统。特性。
  
  可采用对采样。数据预先加窗函数修正的方法。本系统采用海明窗,因为海明窗是满足要求的最简单窗函数,并且可以理论推导出。P=F(α)的函数。式。海明窗定义为:
  
  W(n)=0。.5+0。.5cos[2(π-。N/2)]n=0,。1,2,…,N-1(1)  
  经过推导得到加窗后的P=F(α)的估计式为:
  
  P=F(α)=0。.935A·N·{α/4-sin(2πα)/(8π)+[cos(α)-1]/(8π)}(2)
  
  图3是用Matlab。仿真得出的P=F(α)的图形。该图形不是按(。2)。式。直接绘制的,它是实际仿真得到的结。果,与(2)式彼。此独立,但(2)式的图形也基本是这个图形。(2)式中的系数0.93可以在(0.92~0.94)之间微调。
  

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