跳频通信系统中关键技术的研究

论文摘要

扩频技术是一种信息调制传送技术,它利用伪随机码对被传输信号进行频谱扩展,使之占有远远超过被传送信息所需的最小带宽。而跳频技术则是因为其良好的抗衰落性和抗干扰性,及能与窄带系统相兼容的优点,使其成为通信领域中一种应用最广的抗干扰手段。跳频通信不仅应用在军事通信中,而且还在民用通信中也得到广泛应用,例如,Home RF,GSM以及蓝牙之中。要实现跳频系统的正常通信,需要注意它的几项关键技术,例如,跳频序列的设计,跳频频率合成器的设计,跳频同步和网络接入等。本文主要研究了跳频系统的数学模型、组成结构、技术指标、特点和关键技术这几方面。对于跳频通信关键技术,本文针对跳频通信的频率合成器设计、同步性能和抗干扰性能这三个方面的内容进行了理论分析和仿真研究。在频率合成器部分,深入研究并仿真了一种有特色的PLL频率合成器,并阐述了其相对于传统典型的频率合成器的一些优点。另外,鉴于工程方面的应用,我们设计了一种频率调谐范围为500MHz~4GHz的宽带频率合成器,其频率步进200KHz,输出功率0dBm,相位噪声指标优良,适合应用于跳频通信系统。同步方面,主要是研究了几种自同步方法,并在此基础上提出了一种串并混合搜索同步捕获法。另外,在Matlab/Simulink仿真软件平台上搭建了一个较为复杂的同步系统,采用等待式自同步捕获法和延迟跟踪法,通过仿真试验分析,证实该模型能够达到预期的效果,是一种有效的同步方法。最后,我们针对干扰性能进行了一定的研究。通过理论上分析四种典型的通信干扰对跳频系统的影响(以FH/MFSK系统为例),推导并计算出了这几种典型通信干扰下的误码率,然后通过Matlab/Simulink仿真软件搭建了一个简单的跳频通信系统的仿真模型来验证我们的分析结果。即分别建立上述四种典型干扰的模型,并通过参数的改变得到在不同干扰下跳频通信系统的误码率曲线。这说明跳频通信是一种在干扰条件下,仍能保障高质量通信的技术,故得到了广泛应用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 跳频通信技术的发展
• 1.3 论文的主要内容及章节安排
• 2 跳频通信系统
• 2.1 跳频通信系统基本原理
• 2.2 跳频通信系统关键技术
• 2.3 抗干扰技术
• 2.4 本章小结
• 3 频率合成器
• 3.1 频率合成原理
• 3.1.1 直接频率合成法
• 3.1.2 间接频率合成法
• 3.1.3 直接数字频率合成法
• 3.1.4 DDS/PLL 组合频率合成法
• 3.2 PLL 频率合成器
• 3.2.1 原理及性能分析
• 3.2.2 仿真结果分析
• 3.3 宽带频率合成器设计
• 3.4 本章小结
• 4 跳频同步技术研究
• 4.1 捕获算法原理
• 4.1.1 等待式自同步法
• 4.1.2 串行滑动相关同步捕获法
• 4.1.3 并行匹配滤波同步捕获法
• 4.1.4 串并混合搜索同步捕获法
• 4.2 同步跟踪
• 4.2.1 延迟锁相环
• 4.2.2 τ-抖动锁相环
• 4.3 本章小结
• 5 跳频通信系统分析
• 5.1 跳频通信系统仿真平台
• 5.2 跳频通信系统模型
• 5.2.1 信源模块
• 5.2.2 调制模块
• 5.2.3 PN 序列模块
• 5.2.4 跳频器模块
• 5.2.5 跳频通信系统的仿真分析
• 5.3 干扰性能分析
• 5.3.1 全频段干扰
• 5.3.2 部分频段干扰
• 5.3.3 单频干扰
• 5.3.4 多频干扰
• 5.3.5 几种典型干扰技术的性能比较
• 5.4 跳频同步的实现
• 5.4.1 等待式自同步法
• 5.4.2 跳频同步模型
• 5.4.3 结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录