跳频
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跳频范文第1篇
关键词：跳频技术扩频通信无线局域网ML2724DSP
2．4GHz是无线产品开发使用最为广泛的公用频段。目前很热门的技术话题——无线局域网的802．11标准就是采用2．4GHz这段频段。针对无线局域网，最大的争论便是其安全性和稳定性，国内外诸多文献指出：除了在无线局域网中采用更佳的密钥机制，应该广泛使用扩频和跳频等技术，增加其在无线信道上的稳定性和安全性。比较无线局域网中采用直接序列扩频和跳频两种方式的性能，可以得出：在无线局域网中采用跳频方式更佳。目前，对于跳频系统的设计通常采用CPLD+FPGA+DSP协同频率合成器实现，这样既增大了系统的体积，更导致系统的成本很高。本文介绍了基于高性能、低成本的ML2724和DSP的2．4GHz快速跳频系统设计。由于ML2724集成了可编程频率合成器、正交调制器和各种滤波器，并具有方便的控制接口，这样既可以减小体积，又可以降低成本；详细介绍了信道的分配和PN码的设计，以及跳频同步问题，并给出了部分软件实现的流程图。
图1
1ML2724简介
ML2724是MicroLinear公司的一款高性能的广泛应用于2．4GHz快速跳频通信系统的单片集成收发芯片，它集成了本振、抗镜像Ⅳ滤波器和基带低通滤波器、限幅器、数据判决器，并且自带了一个可编程控制的频率合成器，具有同步指示和与基带处理相接的各种端口。它具有以下主要特点：
(1)能够完成2．4GHz通信系统的收发功能的集成单芯片；
(2)信道间隔为2．048MHz，具有80个信道；
(3)完全集成了所有的Ⅲ滤波器和数据滤波器；
(4)灵敏度为-90dBm；
(5)内部集成了完整的1．6GHz的频率合成器；
(6)作为FHSS发射，能够达到1600跳／秒；
(7)可以利用一个3线的接口可编程控制PLL；
(8)具有模拟接收信号强度指示(RSSl)；
(9)在2．4GHz时，传输距离10m～1000m，传输速度可达1．5Mbps；
(10)可以应用于TDD和TDMA通信系统中。
其内部原理框图如图1所示。
图2
2系统的组成原理与设计
2．1系统的组成原理
笔者设计的2．4GHz快速跳频系统的组成原理如图2所示。系统主要由ML2724和DSP完成，该系统能达到1600跳／秒。如果跳频图案为正交排列，本系统的跳频点数最大可以为80个，非正交排列则为40个，在跳频带宽范围内，跳频间隔为1．024MHz，中心频率为2．4GHz，跳频处理增益分别为16dB(正交)、16dB(非正交)；DSP完成基带信号的编解码处理、跳频同．步控制、收发控制，以及跳频同步信息的提取和语音编解码器的控制。语音编码可以采用AMBE2000实现，也可以采用MC3518实现CVSD的语音编码。下面将探讨跳频信道的分配、跳频图案的设计，以及跳频同步问题。
2．2跳频信道的设置
如果按ML2724内部的分频点规则，邻近频率间隔不重叠(非正交排列)，系统的跳频点数最多只能有40个频点，由于跳频点数太少不能满足系统抗干扰指标，所以本系统中采用了相邻频点间正交排列方式，如图3所示。即允许发射频率的间隔重叠，间隔为1．024MHz，虽然正交排列与常规排列方式的系统带宽相同，但是跳频点数增加了一倍，跳频处理增益获得3dB的提高。
2．3跳频图案和序列的设计
由于受系统工作频点的限制，频点只能在80个(正交排列)的频点中伪随机地选取。从跳频系统性能上讲，系统对跳频图案的产生和性能有如下要求：
(1)跳频图案的周期性应足够长，线性复杂度应足够大，以达到高保密度的性能和强的抗破译性；
(2)同一网内各用户间的跳频图案的互相关性能要好，跳频图案的自相关性能也要良好，以减小因碰撞带来的信噪比损失；
(3)具有较好的随机性，使其不易被他方捕获和解密；
(4)各频点在频带内均匀分布，以增强抗干扰性能；
(5)跳频指令码的数量要多，可更换，以便多网使用，这样可进一步提高系统的抗截获性。
从国内外资料和研究来看，跳频图案的构造通常采用m序列、M序列、Gold码和钟控码等产生。这些码各有优缺点，其中钟控码性能最好且数量多；非线性码相关性能较好、编码复杂度高、难于破译，但结构复杂，挑选码比较困难；Gold码数量多，周期长，具有三值互相关性；RS码相关性好，但周期短；M序列也属于非线形码，其数量虽多，但相关性差；m序列相关性能好，实现简单，但数量少。综合各方面的因素，笔者采用了理论研究最完备、易于产生的m序列，并通过非线性变换的方法，增加序列的复杂度，并使其非线性化、具有优良的自相关和互相关性能。A．Lempl和H．Greenberger于1974年提出了具有最佳汉明相关性能的跳频序列簇的构造模型，它是基于有限域GF(P)上的n级m序列发生器。以发生器的众个相邻级(k≤n)与某个k项逐项模P相加后，去控制频率合成器，此模型称为L-G模型。L-G模型中存在严重的频点滞留问题：每当在移位寄存器中出现n重XX…X，XεGF(P)，X≠0，输入到频率合成器的是连续n-k+1跳变的k重XX…X。这样信号在某个频率上停留相当长的时间，很容易被非法接收机检测。
因此，在L-G模型上进行改进，采用了k个非相邻级缓解频点滞留问题，采用平滑替代算法[5]进行跳频图案的宽间隔处理。定义频带F：
F={f1|0≤i≤N-1}
只要满足|fi+1-fi|≥d就称为宽间隔跳频点，反之称为窄点。对于窄点有修正关系式：
PN（i+1）=[PN(i)+d]modN
其中，N为跳频频点数；d为跳频间隔；PN(i)为跳频码号。
这样对窄点通过修正处理后，在频域F上所确定的频率点就构成了所需要的宽间隔跳频图案集。这种方法不需要构造对偶频点或者对偶频带，保证了伪码序列的随机性，又等于进行了第二次非线性变换，使伪码(m序列)的非线性化程度和抗破译能力大大增强。从而得到既满足宽间隔要求，又克服L-G模型缺点的宽间隔跳频图案，构造模型如图4所示。这种跳频序列构造模型用FPGA或CPLD实现是不难的，但从系统成本出发，利用带ARM内核的DSP实现。而跳频频率合成器当然就利用ML2724内部所集成的频率合成器。
2．4系统的同步问题考虑
跳频系统的同步是成功通信的前提条件。如果没有同步，也就无法解调出信码，跳频系统的抗干扰也就无法发挥。由于收发时钟的不一致性、跳频序列的启动时差、电波传播时延等因素，接收端启动的跳频序列与接收到的发送跳频序列开始总是不同步的。因此，收端必须采用一定的技术措施迫使本地跳频序列与发端的跳频序列同步，这就是跳频码的捕获；在取得同步之后，噪声及一些外来因素的干扰还会迫使已取得的同步出现失锁现象，为此还应采取保持同步的技术，这就是同步跟踪。
跳频同步是系统初始同步、迟入网勤务同步和快速同步三者的有机结合。初始同步是网内用户通过搜索初始同步信息而快速达到同步进入正常通信，是通信双方沟通的主要手段；勤务同步是迟于初始同步信息发送之后而处于搜索状态的用户，通过搜索网内用户数据流中插入的同步信息来及时加入网内通信，同时勤务信息也是同步保持及快速同步的保证。同步的建立离不开同步信息。本系统设计的同步信息内容包括相关码、标记、位同步、网号、频率表示号、TOD及其他信息。通信开始时，接收机不断地搜索同步信息，当从四个循环频率中检测到两次同步信息，则认为抓到了同步，并根据相关码和标志，确定出通信的起始时刻；并后续地跳频点传送相同的位同步、网号、频率号信息。为了增加抗干扰能力，采用择多判决。最后，接收完TOD信息后，即可换算出对应的跳频图案，开始数据或数字话音信息的传输。
为了使电台有迟后入网和同步保持的功能，需在传输数据流中携带一定的同步信息(勤务同步)，以满足通信的要求。迟入网同步中，如在此帧检测失败，则下帧继续搜索，直到抓住正确的勤务同步信息为止。另外，利用每帧中的勤务同步信息可实现同步保持。在每帧同步信息出现时，接收机在出现相关码、标记的跳频区域加大搜索窗口，利用收到的相关信息，调整发生偏移的跳频时钟，达到同步保持的目的。
3系统的软件设计
系统同步的软件设计主要考虑接收部分的初始同步捕获和同步处理。接收同步处理由DSP协同ML2724共同完成，DSP(带ARM内核)从ML2724提取同步信息，经过相关运算，判断跳频是否达到同步。获得初同步以后，数据交由DSP完成主要的同步处理过程。系统接收同步过程的软件流程如图5所示。
跳频范文第2篇
关键词:跳频扩频; BPSK; Matlab; Simulink
中图分类号:TN914-34文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)19-0074-02
Implementation of Matlab Simulation for Frequency-hopping Spread Spectrum System
WANG Xiang-hong, ZHAO Hai-tao, GUAN Xiao-dong
(Unit 95588 of PLA, Xi’an 710306, China)
Abstract: The frequency-hopping spread spectrum technology has stronger anti-jamming ability, and the features of information hiding and multipath interference communication through the given spread-spectrum function and hopped-frequency. The PSK modulation mode and carrier phase are controlled by base-band pulse.The model of frequency-hopping spread spectrum communication system with BPSK mode is setted up with Matlab/Simulink. Finally this system is simulated with Matlab. It is very important for the communication system to realize the frequency-hopping spread spectrum communication.
Keywords: frequency-hopping spread spectrum; BPSK; Matlab; Simulink
收稿日期:2010-03-16
跳频扩频 (Frequency-Hopping Spread Spectrum,FHSS)通信系统抗干扰性能优异,具有抗多径衰落、低截获概率、码分多址能力、距离分辨率高和精确定时等优点,应用范围越来越广泛。扩展频谱通信系统[1]按工作方式分为直接序列扩展频谱系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统和混合方式,跳频扩频系统应用较为广泛。本文重点研究了采用Matlab/Simulink建立BPSK方式的FHSS通信系统模型的方法,并且编程实现该系统。
1 跳频扩频与PSK
1.1 跳频扩频技术
扩展频谱通信系统[2-3]是指待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数扩展后成为宽频带信号,送入信道中传输,再利用相应手段将其压缩,从而获得传输信息的通信系统。扩频技术是利用同域传输数据(信息)无关的码对被传输信号扩展频谱,使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。扩频函数常用的是伪随机序列。扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号, 其带宽远大于欲传输数据(信息)带宽,发射端展宽频带是用独立于所传数据的码来实现;在接收机中必须有与宽带载波同步的副本,利用同步的相同码解扩以恢复所传数据。
跳频是一种利用载波跳变来实现频谱展宽的扩频技术。在跳频系统中,调制载波频率受伪随机码的控制,不断地以伪随机规律跳变,以躲避点频干扰和窄带干扰。其方法是把一个宽频段分成若干个频率间隔(称为频道/频隙),由一个伪随机序列控制发射机在某一特定的驻留时间所发送信号的载波频率。在接收端,本地恢复载波也受伪随机码的控制,并保持与发送的跳频变化规律一致,这样,以频率跳变的本地恢复载波对接收信号经过变频(相乘)以后,就能得到一个固定的中频信号即把原来的频率跳变解除,这一过程称解跳,然后对解扩信号再进行相应的解调即可恢复数据。
1.2 移相键控(PSK)
移相键控(PSK)数字调制[4-5]是受键控的载波相位按照基带脉冲而改变的一种数字调制方式。
在一个码元传输时隙T内,M元数字相位调制的波形表示为:
Sm(t)=g(t)cos[2πfct+2πm/M]
=g(t)cos(2πm/M)cos (2πfct)-
g(t)sin(2πm/M)sin(2πfct)
=Re[g(t)e j2πm/Mej2πfct]
式中:g(t)为基本脉冲波形,对于常见的矩形脉冲,g(t)=1;M元数据符号映射到M个可能的相位θm =2πm/M,m=0,1,…,M-1上,M-PSK的等效基带信号是复信号g(t)e j2πm/M。
二进制移相键控(BPSK)系统抗噪声性能强、误码性能好、频谱特性好、抗衰落性能强及信道频带利用率等方面较优越,广泛应用于数字通信系统。
2 仿真模型
Matlab是一种功能强大的数据分析和工程计算语言[4,6],Simulink是其中一个可视化方框图系统建模和仿真平台,将强大的数值计算能力和丰富的数据可视化能力、友好的图形用户界面融合为一体,适合于科学计算、系统仿真,系统建模直观,更加贴近系统工程设计的思维模式。
在Matlab/Simulink中建立跳频扩频系统模型如图1所示。在发射端,二进制信源数据采用Bernoulli Binary Generator产生,PN Sequence Generator产生PN序列,采用BPSK Modulator Baseband完成┒进制移相键控(BPSK)数字调制;在接收端,采用BPSK Demodulator Baseband完成二进制移相键控(BPSK)数字解调。
图1 BPSK-FHSS跳频扩频系统模型
3 仿真实现
Matlab[4,7]包括许多标准函数,其信号处理工具箱可以解决通信中信号变换、调制解调、滤波、频谱估计、线性系统分析等多项功能,并且能够通过图形用户界面显示结果。
利用Matlab通过M函数的编写,可以进行编程仿真,得出跳频扩频系统相应的信号波形。
图2所示为BPSK-FHSS跳频扩频系统发射端波形,包括Original Bit Sequence, BPSK Modulated Siginal, Spread Signal(包括6个频率), Frequency-Hopped Spread Spectrum Signal四个信号波形。
图3为BPSK-FHSS跳频扩频系统接收端波形,包括Lifting of Spread Spectrum Signal(解扩波形)及Out of Multiplication Signal(解调器中相乘器的输出┎ㄐ为)。
图2 BPSK-FHSS系统发射端波形
图3 BPSK-FHSS系统接收端波形
4 结 语
从整个系统的建模与仿真过程可知,采用Bernoulli Binary Generator,PN Sequence Generator,BPSK Modulator Baseband及BPSK Demodulator Baseband数个主要模块,分别通过BPSK调制、扩频、跳频完成发射,加入高斯信道,通过解扩、BPSK解调完成接收。该仿真过程对系统的实现具有指导意义,在具体设计扩展频谱系统[8-10]中,接收端产生的解扩用的伪随机序列必须同发送端的伪随机序列同步,才能正确恢复信码,保证系统的同步性和强抗干扰特性。
参考文献
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[2]胡广书.数字信号处理:理论、算法与实现[M].北京:清华大学出版社,2003.
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[6]陈杰.Matlab宝典[M].北京:电子工业出版社,2008.
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[8]苑雪,曾兴雯,申振宁.跳频同步信号的干扰研究[J].西安电子科技大学学报,2004,31(6):896-899.
跳频范文第3篇
关键词：扩展频谱通信；跳频通信；Matlab
中图分类号：TN914.43 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）11（a）-0000-00
1 对跳频通信进行数学模型建立及对系统原理进行描述
对于跳频扩频通信，它的基本理论依据主要是根据信息论中的Shannon公式来的[4]，下式为它的具体公式描述：
c Blb（1 P / N）
在上式中，对于参数c、B、P及N，它们所代表的含义分别如下。其中，N，表示为噪声功率；c，代表系统的信道容量（bits/s）；P，表示为信号的平均功率；对于B，则表示为系统的信道带宽（Hz）。通过上式可以很明确、很清晰的知道，当满足一定条件（如在一定的信道容量之条件下），可以采用增加信道带宽的办法、或者通过减少发送信号功率的办法等，来对信道的带宽进行减少、或者采取一定的方式来对信道的容量进行提高，这样就能够增加发送信号方面的功率，更进一步，使得信道的容量发生变化，并且不断的得到提高 [5]。
对于跳频系统，由于它的载波频率是在不断发生变化的，如果想要在接收机中对载波相位进行跟踪，很明显，要实现该种情况是比较困难的，所以，在一般情况之下，我们是选择可非相干解调方式作为跳频扩频通信系统的调制方式，并且，该种调制方式所具有的优势是其它调制方式不能够相比的，而频移键控FSK调制则是经常采用的方式。对于数据载波为a（t），以及数据速度Ra，对它们的取值分别为+1和-1，当进行移频键控调制（即频率偏差为Δf）后，它所输出的等效低通信号为b（t）[6]，具体的表达式如下式1-1所示：
b（t） exp（ j2πa（t ）f ） （1-1）
在跳频扩频通信系统中，我们把伪随机序列控制下的瞬时频率定义为f（t）[7]，它会随着时间的不断改变，而对应的瞬时频率f（t）的取值在频率点fi，i=1，2，3，4…，N上也会发生改变[8]。那么，对于跳频载波信号，它的等效低通信号C（t）如下式：
c（t） exp（j2f （t）） （1-2）
对于跳频扩频通信系统，它主要是以跳频载波来实现对数据调制信号的频率进行搬移的一个过程[9]，通过这样一个过程，则跳频扩频通信系统所输出的等效低频信号d（t）如下式1-3所示；
d（t） b（t）c （t）
exp（j2（a（t）f f （t））） （1-3）
在跳频扩频系统的接收端，采用同步伪随机码控制的频率、以及伪随机变化的载波和接收信号作为混频，在这样的条件下，所得到的系统输出信号为bxj，它的表达式如下式1-4所示： bsj （d（t） N（t） I（t））c （t）
exp（2 ja（t）f ） （N （t）
I（t））exp（ j2f （t）） ， （1-4）
对于上式1-4，它的参数N（t）、I（t）所代表的含义如下：N（t），它表示噪声；I（t），它则表示干扰信号。通过采用同步跳变的本地恢复载波来实现对接收信号进行混频后，在这样的情况下，就能得到解跳后的宽带干扰信号、窄带信号b（t）、以及信号噪声等。
2 跳频的主要技术指标及关键技术
对于一个跳频扩频通信系统而言，它所包括的技术指标主要有：①跳频频率的数目；②跳频的带宽；③跳频码的周期；④跳频的速率；⑤跳频系统的同步时间。对于这些技术指标，它们所代表的含义分别如下：①跳频频率的数目。在一般情况下，通过对跳频信号的处理增益 ，这样就能够得到相等的跳频点数。②跳频的带宽。在通常情况之下，跳频的带宽是与抗部分频带的干扰能力存在一定关系的。③跳频码的周期。倘若跳频图案的延续时间越长，那么，这样就会使敌方破译变得更加的困难，因此，其抗截获 的能力就越强。④跳频的速率。顾名思义，就是指每秒钟频率跳变的次数，决定跳频图案延续时间的长度。⑤跳频系统的同步时间。针对该同步时间的相关定义是非常多的，但这里主要是指对于跳频图案，要使其系统收发双方的时间达到一致，即完全同步，并且，对于通信所需要的相关时间也要进行建立。
3 对系统进行仿真模型的建立
3.1 对Simulink仿真工具进行概述
在本论文的研究过程中，采用的仿真工具是基于MATLAB提供的仿真平台Simulink。另外，采用Simulink仿真平台来建模是很方便的，它所带有的软件包是能够对相关的稻萁行仿真、进行分析的，是一个动态系统。它能够支持的系统也是非常多的，如连续系统、线性系统等。
3.2 模型建立
在基于Simulink仿真软件的基础上面建立起来的跳频扩频通信系统仿真模型，通常情况之下，它能够对跳频扩频通信系统的整个工作过程进行实时监控及反映相关的问题，对于系统扩频前后的频谱，通过该仿真软件能够实时的观测。
4 对仿真结果进行分析
为了更加准确、更加合理的得到本论文研究的跳频扩频通信系统的仿真精确结果，所设定的相关仿真条件如下：对于所采用的跳频载频，它是采用伪随机整数方面的信号控制系统来进行实现的；对跳频点数设定为64个；对于跳频的频率间隔，是把它设定为50跳/秒；数据调制采用FSK，并且频率的间隔为200HZ；对于每个符号，它的采样点数为120。我们把本次系统仿真实验的时间设定为1000s。
5 结束语
本论文首先对跳频扩频通信系统的数学建模进行了简单介绍，然后对跳频通信的系统工作原理进行了概述，对跳频的主要技术指标及关键技术进行了介绍，接着，对Simulink仿真工具进行概述及对其进行相关模型的建立，最后，就是采用Simulink仿真软件对跳频扩频通信系统进行模型的建立，并进行了仿真研究。在进行仿真实验前，设定了相关的仿真条件，如跳频点数、采样点数、跳频频率间隔等相关条件，这样设定的目的是为了保证仿真的实验结果更加准确。
参考文献
[1] 陈高平等.扩频通信技术在CDMA中的应用[J].通信技术，2012，（07）：54-59.
跳频范文第4篇
关键词：OFDM 跳频；嵌入式同步；内嵌消除
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）28-0273-03
1 引言
OFDM正交频分复用技术由于其对频带利用率高、可克服码间干扰等特点，已经成为宽带无线通信的应用热点，并被802.11a、TD-LTE等多种商用标准选定为其物理层的传输技术[1][2]。同时，新的战场通信环境对战术电台的传输速率提出越来越高的要求，这正与OFDM的特点相契合。但与商用通信情况不同的是，战术电台有其特殊的使用环境。为了对抗阻塞式干扰，战术电台经常会在跳频方式下工作，并且随着与干扰机间对抗的升级，跳频速率有着越来越高的趋势，现役电台的跳频速率已达数百至上千跳。因此，要使用在跳频电台中的OFDM技术需针对其工作环境特点进行修改和设计。
2 跳频OFDM特点分析
OFDM技术的一大优点在于其对频谱的高利用率，但同时也由于其子载波间隔窄，其对于频偏特别敏感[3]。因而OFDM标准中都含有精确的时、频同步技术以及信道估计技术。基本的OFDM帧结构如图1所示。
由于跳频OFDM是在整个电台工作频带内任意跳频，其每一跳的载波频率相差较大，频道特性也可能相差较大，因此每一跳内都要重新进行信道估计。如果每一跳内都按上述结构安排，则一跳内最短长度为。再加上换频时间，系统能达到的最大跳数为4000跳以下，此时仅有三分之一的符号用来传输数据，效率十分低下。
3 内嵌式同步OFDM
由以上分析可看出，造成跳频OFDM效率低的主要原因是其前导占时间比较大，要在一跳的有限时间内实现所有结构则剩下的数据传输时间十分有限。如果将同步序列改为PN序列并与数据OFDM符号直接相加，便是内嵌式同步OFDM[4]。这种方案可大大提高频谱效率。
3.1 原理与跳结构
内嵌式同步OFDM的基本思想是以PN序列代替OFDM训练符号完成相关的工作，并且PN序列是叠加在OFDM符号上（包括循环前缀），而不是作为前导存在。相比OFDM训练符号，PN序列有以下优点：一是有输入时同步峰更尖锐；二是没有循环前缀带来的定位模糊；三是峰均比更低；四是没有输入时平均同步信号值更低。其基本结构如下图2所示。
内嵌式同步结构减小了OFDM帧结构的长度，将原有的前导与OFDM符号合而为一。采用与第二节中相同的数据，则内嵌式结构下其一跳的最小长度仅为139μs且传输效率（也可以认为是频谱效率）为原方案三倍。
3.2 性能仿真与分析
3.2.1 相关性能分析
内嵌式同步方案对OFDM帧结构变化较大，其各种性能需与原结构进行对比。在文献[4][5]中对平坦衰落的AWGN（加性高斯白噪声）信道下内嵌式同步结构与原结构的相关性能进行了研究和对比，并得出了同步与虚警概率的理论公式。
取SNR=0dB，比例因子ρ=0.2，信号带宽B=4MHz，子载波间隔Bsub=15kHz，两种结构下相关序列长度均取为一个OFDM符号长，进行仿真，则内嵌式结构与原结构的相关性能对比如下图3所示。
由图3（a），可以明显看出，由于PN序列更好的相关性，在没有发射信号时接收端的相关信号幅值更低，因此，内嵌式方案有比原方案更好的虚警概率曲线，即随着域值的上升，上降得更早更快。但同时，由于内嵌式方案中PN序列的功率被因子所减弱，而且被叠加的数据信号干扰，因此在图3（b）中可发现内嵌式结构的相关失败率曲线随着域值的下降，其下降速度不如原结构。因此对于内嵌式结构，在相关判决的域值应该选择更低。以以上参数做虚警概率与相关失败概率的曲线，经过计算可以发现，选择合适的域值，能够达到相关失败概率为10-8，同时虚警概率为10-6。
3.2.2 接收性能仿真
内嵌式结构对接收性能的影响主要体现在两个方面：一个是对频偏估计的影响，另一个则是对接收的数据系列信噪比的影响。
内嵌式结构的频偏估计同样是利用完全相同的两个PN序列，在三种信噪比下Var随比例因子的变化曲线如图4所示。
由上图可看出，随着比例因子的增加，频偏估计的方差急骤下降，到0.3以后开始平滑，同时SNR对其方差也有一定的影响，但10dB和20dB下的曲线较相近，且三条曲线的差距随比例因子的增加而快速减小，在比例因子0.3以上时已经差距很小。
内嵌式结构对OFDM数据符号的影响可认为是信噪比的降低，信噪比的降低不仅为影响解调，还会对信道估计产生一定影响。在文献[4]中提到了一种EIC内嵌消除技术，通过在迫零均衡后的信号中减去r[k]（r[k]为相关序列）来实现。
最终采用了如下参数对内嵌式结构OFDM在AWGN信道下的误码率进行了仿真：子载波个数M=256，每跳两个OFDM符号，比例因子，子载波宽度15000Hz，基带采样频率3.84MHz，循环前缀长度5.2us，采用4QAM调制和LS（least squares）信道估计；导频采用频域梳状插入的方法设置，其间隔根据（和分别为子载波宽度与多径的最大时延）设为6，即每隔6个数据子载波插入一个导频子载波，导频估计之间采用二阶多项式。最后进行内嵌消除、迫零均衡、再解调，最终得出的误码率与信噪比的曲线如下图所示。
3.2.3 结果分析与总结
通过仿真可以得出以下结论：
1） LS信道估计效果不佳，需要对噪声不敏感的信道估计方式，例如LMMSE （linear minimum mean-squared error线性最小均方差）。如图5所示，在信噪比小于15dB时，做信道均衡后的误码率甚至比未做均衡时还差，并且在更高信噪比下，前者也仅比后者略低。
2） 信噪比较高时内嵌消除技术的作用明显。从图5中可以看出，从信噪比为大约7dB处开始，使用了内嵌消除技术后的误码率明显低于未使用时，最高可相差两个数量级。
以上对内嵌式同步结构的OFDM跳频技术的分析与仿真，可总结出其有以下优点：一是在高跳速下传输效率高。由于无需专门的同步头，在高跳速下其传输效率可达原结构的2～3倍；二是最高跳速潜力高。更短的帧结构意味着内嵌式同步结构可能达到的跳速可以更高。但同时该技术也有以下缺点：一方面同步序列长度的相同的情况下同步成功率不如原结构，但在较低跳速下由于内嵌结构会有更长的同步序列从而拥有相近甚至更好的同步成功率。另一方面降低了数据信号的实际信噪比。整个信号的信噪比越高，数据信号的实际信噪比就被降低得越多，如果信噪比本身就很低，则降低的较少，比如3dB时采用0.1的比例因子信噪比下降1.3dB。
4 结束语
以上对内嵌式同步结构的OFDM跳频技术的特性进行了分析与仿真，结果显示该技术与原结构相比互有优缺点，对于采用OFDM的高跳速宽带网络电台，不失为一种较佳的方案。
参考文献：
[1]. 杨文东.IEEE802.11无线局域网标准发展历程及其发展方向[J].电信工程技术与标准化，2002（6）：54-59.
跳频范文第5篇
【关键字】通讯协议， RS485，2.4GHz跳频扩频通讯技术，无线调制解调器
0、工程概况
某钢厂现已建成现代化的原料场、球团、烧结厂房，均已投产。因生产和管理的需要，需将球团一台电子皮带秤和烧结一台电子皮带秤的信号引入原料场控制室新上的报表系统。原料场上的数台电子皮带秤的信号同时也引进新上的报表系统，而且原料场的部分电子皮带秤有物料选择，即同一条电子皮带秤不同时间是运送不同的物料。上述的信号需要在新上的系统上进行集中监测并生成日报表。另外，上述3个厂房相距较远，最远者相距约一公里，厂房之间还有其它的建筑物和马路，如何将需要的信号引进原料场控制室是此项目的成败关键。
一、系统方案构成
目前，按照网络的传输介质分为有线网络和无线网络。结合本工程的实际情况看，本工程采用无线传输的模式，因为原料场、球团、烧结厂房三者之间的距离较远，而且所有的电缆沟和桥架均以盖上盖板，重新走线非常困难和投资较大。在工业自动化领域，常用的通讯协议有RS232 /RS485串口通讯和计算机网络通讯（以太网口通讯）。无线电数据通讯链路其实只是一种完全透明的传输媒介，对于标准的串行通讯而言，就相当于一根串行电缆线；对于标准的以太网通讯而言，就相当于一根网络线。无线电数据通讯链路作为一种传输媒体，
其可靠性是毋庸置疑的。在航天领域，我国的地面测控工程师对各种航天器的遥测遥控作业，都是通过无线电数据通讯链路这种传输媒体进行的。
二、系统实现原理
（一）硬件方面
1， 将球团系统原有的一台计量秤信号所对应的隔离器改为一入二出的隔离器，一路4～20mA信号进入原有的PLC系统，一路4～20mA信号进入8通道模拟量模块，模拟量模块的输出以RS485接入无线调制解调器。以同样的方法将烧结的原有的一台计量秤信号，引入8通道模拟量模块，模拟量模块输出以RS485接入无线调制解调器。在原料场控制室设一台无线调制解调器，将接收的球团计量秤信号及烧结机的计量秤信号以RS485方式接入工控机。
2，将原料场系统原有的七台计量秤信所对应的隔离器改为一入二出的隔离器，一路信号进入原有的PLC系统，一路4～20mA信号进入8通道模拟量模块，模拟量模块输出RS485信号有线的接入工控机。
3，原料场操作室增加5块8通道的带RS485数字量输入模块，用于接收原料场原有系统的物料选择信号。物料选择的信号通过RS485的方式进入新上的报表系统工控机。
为了实现上述功能，需要以下主要硬件：
1），带RS485模拟量输入模块，采用研华的ADAM-4117，该模块是16位A/D、8通道，可以采集电压、电流模拟量信号，并且所有通道都提供了独立的可编程的输入范围。
2），带RS485的数字量输入输出模块，采用研华的ADAM-4055，该模块是将8DI/8DO集成在一起，并带LED指示灯。
3），工控机采用研华的IPC-610L，一入二出的隔离器采用深圳万讯的MSC301EC0CC，打印机采用惠普品牌下的激光打印机，显示器选用三星品牌下的液晶显示器。
4），无线调制解调器是本套方案成败的关键所在。无线电技术在数据传输和数据采集/控制应用主要分两大类：230MHz频段的窄带通讯和2.4GHz频段的扩频通讯。和传统的230MHz频段的窄带通讯技术相比较，2.4GHz跳频扩频通讯技术在以下方面具有明显的优势：
不需要当地的无线电管理部门分配专用的频点资源；
抗环境噪声干扰。在2.4GHz频段下，环境噪声干扰信号的电平是很低的；
抗工业环境电火花干扰。在2.4GHz频段，工业环境电火花干扰信号的功率谱密度分布微乎其微；
抗同频干扰。具有智能化水平的2.4GHz跳频扩频通讯设备，能够自动避开同频干扰。
传输数据的速率高，速率可达115.2Kbps；传输质量极佳性能可靠、稳定；本工程无线调制解调器选用美国DATA-LINC GROUP公司制造的2.4GHz跳频扩频通讯设备：SRM6100工业级无线电调制解调器及相应的国产附件，如天线，射频电缆等。该产品具有2.4GHz跳频扩频通讯技术的上述的所有优势。另外，SRM6100工业级无线电调制解调器还具有以下优势：
与各种品牌（如GE、Omron、AB、西门子等）的PLC有很好的通讯兼容性。
品质因素高：工作环境温度为 -40 oC -- +75 oC
智能频谱技术：能够自动地避开同频干扰的影响。即使二套相互独立系统的设备安装在同一地点，相互之间也不会干扰对方的工作
强大的通讯纠错能力：通过自身强大的纠错功能，极低的故障率。
无论是作为主站或是从站，无论是点对多点方式还是点对多点方式，它们在硬件上都是一样的，只是内部工作参数设置不同。使用"窗口"操作系统所包含的"超级终端"，就可以方便地对系统的各台站进行维护。这意味着备份设备的型号是单一的，备份的设备量将大大减少。
5），项目在实施过程中需要考虑防雷接地等保护措施。
（二）软件实现方面
上位机组态软件发出的采集数据命令，通过串行通讯数据接口送到所连接的SRM6100无线调制解调器，SRM6100无线调制解调器将这些命令加载在2.4GHz载波信号上，发给远端的球团站和烧结站的SRM6100无线调制解调器，球团站和烧结站的SRM6100无线调制解调器将收到的2.4GHz载波信号进行解调后，从中检出有用信号，并把它们送到各自对应的RTU设备。RTU设备接受到上位机组态软件发出的采集数据命令后，随即把已经采集到的现场数据通过所连接的SRM6100无线调制解调器发送回上位机，从而完成远端数据采集的过程。原料场操作室内部的模拟量数据采集也是同样的过程。对于物料的选择，由原料场原有的PLC系统输出相应的物料选择信号到原料场数字量输入模块，通过特定的程序读取物料选择信号，根据这些信号来区分和计算物料的种类和累积量。软件的编写和调试可以购买特定的软件或者用VB等高级语言编写。
跳频范文第6篇
【关键词】跳频序列 数据流控制器 换位操作 有限状态机
一、引言
蓝牙技术是目前使用较为广泛的一种短距离无线通信技术。它是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，以低成本的短距离无线连接为基础，为固定的或移动的终端设备提供廉价的连接服务[1～2]。
本文利用有限状态机的理论实现资源共享，减少硬件资源的使用，从而降低开发成本。通过状态机控制蓝牙基带对数据的处理，根据基带控制器不同的工作状态给出蓝牙跳频算法中的控制信号，通过跳频状态机控制完成跳频选择模块的数据处理，实现蓝牙跳频选择算法，输出蓝牙跳频频率。设计通过FPGA硬件平台验证，成本低、可靠性高并可采用多点数据采集，既可作为独立的产品，也可方便集成到其他终端设备上。
二、蓝牙基带处理单元架构
蓝牙基带处理单元主要完成的是链路的控制、跳频以及基带数据的处理。本文提出的蓝牙基带模块实现方案包含接口模块为：蓝牙基带芯片与AMBA总线中APB总线的接口；蓝牙基带与处理音频芯片的接口；蓝牙基带芯片与射频芯片的接口；链路控制（Link_Ctrl）模块；数据流处理（Data_path）模块；跳频模块。
三、蓝牙基带关键技术
（一）基带数据流控制模块设计
数据流处理模块是对整个基带数据流进行控制，协调数据流处理各个模块之间工作，是蓝牙基带数据流处理的核心模块[3]。整个蓝牙数据流处理的状态机的迁移如图1所示。初始情况下，状态机处于IDLE状态；当蓝牙基带处于发送状态时，状态机从IDLE进入输出TX状态，根据数据分组选择跳转相应的状态，发送过程结束，状态机从TX跳到IDLE，再进入输入RX状态。
（二）蓝牙跳频算法研究与实现
蓝牙无线技术采用跳频扩频技术以更好地抵抗干扰和避免中途拦截。跳频系统载频受伪随机码控制，不断随机跳变，尽量减少频段内跳频碰撞的机会从而抵御大部分干扰。
本文主要研究基带跳频序列选择算法，从输入到特定跳频序列映射由选择算法实现。蓝牙跳频算法中，要进行两次加法操作、两次异或操作，及共七个阶段的蝶型运算、求模运算以及寄存器映射。这些运算是由状态机完成的，状态机将整个数据运算过程分为十四个阶段，加上空闲和准备状态，以及跳频序列映射共十七个状态，具体状态迁移过程如图2所示。
四、 FPGA硬件验证结果
FPGA验证平台采用ARM 926EJ-S内核处理器的Versatile Platform开发板，射频模块采用NORDIC推出的2.4GH射频芯片nRF2401。FPGA验证的仿真波形如图3所示。
五、结论
遵循IP核设计原则和流程，基于蓝牙协议规范v1.1版本，本文对蓝牙基带芯片中数据处理的关键技术进行了深入研究，提出了一种蓝牙基带数据流控制器和跳频算法的VLSI设计方法，并用硬件描述语言加以实现。FPGA测试表明设计功能稳定，电路结构简单，具备一定的通用性。
参考文献：
[1]WANG Haolin， XIN Minjun， LIU Jia， CHEN Caifen. Transmitting IPv6 packets over Bluetooth low energy based on BlueZ. International Conference on Advanced Communication Technology， ICACT， 72-77， 2013.
跳频范文第7篇
[关键字]FCC15.247 无线电子产品
一、FCC15.247的概念
FCC（Federal CommunicationsCommission），是美国政府中的一个独立型的机构，它直接负责国会的所有系统检测。FCC15.247只是FCC中的一种型号设定，它的型号有很多种，比如：FCC15.209、FCC15.207等等的型号分类。利用无线电广播、卫星、电视和电缆，负责调解国内与国际的通信系统设备，这个任务涉及到美国五十多个州以及哥伦比亚等地区。依照美国联邦机构的通讯类的相关法律法规的制度，除了一些相关法律特别规定的产品不需要EMC认证，凡是要进军美国市场的电子类的产品都要有EMC的认证，相对于FCC无线电子产品存在着特殊的规定要求，用EMC的测试方法去测试，则测试的主要有三个项目，分别是：辐射发射（RE）、传导发射（CE）、无线带宽。下面分别对这几个项目进行的EMC测试方法进行研究。
二、FCC15.247无线电子产品的EMC测试和方法
2.1辐射发射
在检测辐射发射数据时，FCC进行EMC测试需要在3米测试距离，通常利用3米的暗室电波，并且以30MHz-1GHz的准峰值检测，但是在1G偏上的频率需要以平均值检测。检测数据的仪器值的设定需要根据国家无线电干扰，特别是委员第十六号的规定设定，让测试设备（EUT）正常工作，这两种测试数据方法得出的结果要符合B类所限定的值，这样才能让消费者放心使用。
2.2传导发射
采用传导发射的EMC检测数据时，（EUT）受试仪器要以CISPR所限定的方式检测，阻抗稳定网络（LISN）跟电源端子的结合，它的检测频率需要在0.15-30MHZ之间，接收机要以准峰值及采用峰值这二种测试波形的方法测试。
2.3无线产品带宽的要求
1、数字调制系统（DTS）。
采用数字调制系统（DTS）测试方式时，FCC的具体要求如下：所受测式设备（EUT）必须在500kHz以上及6dB带宽以上。在检测过程中，所受检测仪器（EUT）需要将仪器的天线接口连接到频率分析仪器上，中心频率则需要采用频带载波所在频率，然后再来分析500kHz是不是小于6dB带宽的宽度。在检测过程中要分别测试高频、中频和低频这三个频段的数据。
2、跳频系统（FHS）。
在跳频系统（FHS）测试方式中，FCC具体要求如下：所受测试设备（EUT）的跳频载波频率相隔必须在跳频频道20dB带宽及25kHz以上。在跳频系统测试中，跳频系统随意选取跳频频率时，所受测试设备（EUT）应当精确跳频到所相应的频率。在此过程中频率应被平均分配，传输器上的跳频频道应当跟系统所收到的输入带宽所相配对，所传输的信号应当跟频率的跳动所同步，检测步骤跟以上所提数字调制系统一致。如下表2-1所展示，FCC15.247（a）（i）（ii）（iii）分别描述了跳频系统中20dB带宽的要求。
除去跳频系统中20dB带宽的要求，则还要测试跳频系统中的频道数目和频道所占用的时间要求，如下表2-2中所展示。
2.4最大峰值输出功率的要求
2.4.1数字调制系统（DTS）
在采用数字调制系统（DTS）测试方式时，FCC需要所受测试仪器（EUT）最大输出功率的最高值应小于1W（30dBm），在测试过程中，将所受测试仪器（EUT）的天线接口与衰弱器连接到功率计上，根据电缆绳及衰弱器以及功率计显示的数据相加得出所测数据值，测试过程要以高中低三个频段进行测试，这样才更加精准有效。
2.4.2跳频系统（FHS）
相对来说跳频系统（FHS），FCC要求受试设备（EUT）跳频载波频率分开至少25kHz，或跳频系统中至少20dB带宽要求，如表2-1所示。所测试的内容和上述所涉及的数字调制系统是一样的步骤。FCC15.247（b）（1）和（2）都具体描述了最大峰值输出功率的要求，如下表2-4所示。
跳频范文第8篇
关键词:通信,电子战,技术
电子战主要包括:即电子支援措施(ESM)、电子对抗措施(ECM)、电子反对抗措施,通信对抗措施既是电子对抗的重要组成部分,又是通信的伴生物,它的主要任务是:截收,检测、测向定位和识别敌方的通信信号,进而采取通信干扰措施,达到阻止破坏或削弱敌人C41系统,同时又要保护己方通信畅通是双方在通信领域内为争夺制电磁权而展开的电子对抗,专家认为:未来战争,交战双方谁赢得了制电磁权,谁就赢得战争的主动权,乃至整个战争。
一、现代通信对抗的特点
通信对抗经过几十年的发展,进入当今的信息时代,已发生了深刻的变化,注入了很多新的内容。主要表现为:
1、通信对抗技术与通信技术同步发展,并且两者出现了交叉与交融
通信方式从单网台工作向综合多网台发展时,通信对抗也迅速从单部干扰机作战转向系统对抗。新的通信方式跳频、扩频通信一出现,则多种干扰样式,跳频、扩频通信干扰也立即跟上。当C41作为一种系统开始成为现代战场体系的核心,世界各国对于C4CM(C41对抗措施)的研究很快成为热门课题。通信对抗技术的向前发展,又推动了通信方式的不断更新。
――如今,对于研究通信技术一方,希望利用通信抗干扰原理,在确保已方通信的同时,向敌方实施干扰;对于研究通信对抗一方,也希望在向对方施放干扰时,能将已方的通信信息调制在干扰载波上发射出去。这样,既能保护已方的通信,又能破坏敌方的通信,并将两种目标同时实现。
2、通信对抗的工作频段向两极扩展
随着通信的发展,通信对抗的工作频段由低端深入到超长波甚至声纳波段,以对付海上舰船、海底潜艇的通信。由高端扩展到毫米波、亚毫米波乃至光通信。这样使通信对抗在频域上能与雷达对抗、光学对抗、声学对抗等的工作频段相融。
3、通信对抗己发展成为系统对抗,电子一体化成为发展趋势
在现代战争中,C41系统日趋成熟,使系统对抗、体系对抗成为现代高技术战争的基本特征。系统对抗的核心就是作战双方在保持已方的C41系统发挥正常效能、设法去破坏或削弱对方的C41系统,是双方以已方的C4CM破坏对方的C41系统的对抗。由于各种电子对抗的工作频段都在相应扩展,通信情报、雷达情报、光电情报的相互支援,多种干扰手段的综合使用,促使通信对抗的一体化发展成为必然趋势。
4、通信对抗成为一种独立随电子战兵器
目前,通信对抗广泛使用于陆、海、空和其他兵种。例如,有通信侦察车、测向车、干扰车,通信侦察船、舰载通信干扰系统,无人机载通信对抗系统,直升机通信对抗系统,远距离作战的通信电子战专用飞机,通信侦察卫星等。这些战略和战述通信对抗装备,已成为现代战争中的重要手段。
二、通信抗干扰主要技术
(一)扩展频谱抗干扰技术
1、跳频扩频技术(FH-SS):跳频技术是用扩频码去进行频移键控,使载波频率不断跳变而扩展频谱的一种方法,因技术比较成熟,抗干扰能力较强,已在战术通信中得到广泛应用。国外自60年代起开始研究,到了80年代,跳频电台已成为世界各主要国家的重要通信装备,到了90年代更融入了DSP技术和计算机网络技术,目前正向着适应、高速,变数率和宽带的方向发展。
(1)自适应跳频,使得适应带宽和速率调整更加灵活。典型设备美国的Milsta军事星在EHF频段因频谱资源丰富,可在1GHz的频带内实现快速宽带跳频,使得现有的干扰技术无法对它实施有效的干扰。英国Racal公司生产的Panther-H高频电台有通用定频、自适应定频和智能跳频三种方式。在智能跳频方式中可对128个频率扫描,从中选出一组静噪频率据称这种智能跳频方式在传输质量上优于传统方式。采用跳速多变的方式,可不断打乱敌方的侦察和跟踪部署,是有效的抗跟踪干扰措施之一。
(2)功率自适应跳频是通信方对每个有效频率自适应地调整发射功率,使功率输出在满足收端正常接收的情况下达到最低,提高信号的隐蔽性,从而达到抗干扰目的,其关键技术是宽带、大动态范围的可变增益功率放大器。以色列Yadiran通信公司的HF-6000自适应HF/SSB跳频电台,可在全频段自适应跳频,其跳速在15-20跳/秒范围可变。具有自适应射频功率输出,自动化信道频率选择,机内自动建立链路等功能。
(3)跳频空闲信道搜索跳频(跳频Fcs)是一种新的跳频自适应技术。法国Thomson-CSF公司的新型战术通信系列电台PR4G在1996年的改进中增加了跳频空闲信道搜索功能,这种方式在每次通话前对全部信道进行空闲信道检测,即使大部分频率扰,仍可保持通信。
(4)差分跳频(DFH)技术是一种新的跳频技术,美国Lockheed Sanders公司1995出品的HF增强型相关跳频电台(CHESS)是一种能保障低截收和检测概率及高抗干扰能力的高速短波跳频系统。它是新一代短波扩展频谱技术的代表。跳速5000跳/秒,信道探铡每秒开销200个频率,其余4800个频率用于传数据。
2、直接序列扩频(DS)技术
直接序列扩频是一种真正对抗的抗干扰体制,它将有用信号在很宽的频带上进行扩展,使单位频带内的功率变小,即信号的功率谱密度变低,通信可在信道噪声和热噪声的背景下,用很低的信号功率谱进行通信,使信号淹没的噪声里,敌方不容易发现信号。该技术的特点是信号隐蔽性好,截获概率低,并能抗多径干扰,而且容易实现码分多址(CDMA)体制。
3、跳时扩频(TH)
由于简单的跳时抗干扰性不强,很少单独使用,常与其它方式组合使用。此外还有将以上各种方式集成后混合扩频技术,进一步增强了系统抗干扰性。限于篇幅限制,不做详细讨论。
(二)非扩频类的通信抗干扰技术
1、自适应天线技术
对于空间不同方向来的各种干扰,自适应天线可以通过调整其备单元上的振幅和相位分布,波瓣在这些干扰方向上形成零点,从而减小或避免干扰信号的影响,如果干扰源在空间不断运动,自适应天线则可以相应改变波瓣零点的位置,继续对干扰信号进行抑制。如果干扰信号是宽带的,自适应天线还可以在对应的方向处,形成较宽角度的凹口,以对抗宽频带干扰。美军的第三代国防卫星通信系统(DSCS一Ⅲ)就使用了抗干扰的自适应调零天线。
2、猝发通信技术
所谓猝发通信技术是先将信息存储起来,然后在某一瞬间以正常时10-100倍或更高速率猝发。一方面可使用较大的脉冲功率来抵御有意干扰,另一方面由于发射时间的随机性和短暂性使侦收概率大大降低。国外一些数据通信设备如美国Racal公司的6288型数据终端,以色列TADIRAN公司生产的配有TMD--326猝发通信终端的PRC-174电台都具有信息猝发能力。
3、纠错编码和交织编码
采用数字技术和纠错编码技术在一定程度上可提高抗干扰性。纠错编码能纠正因受干扰而产生的错误,是一种有效的辅EcCM措施。