專利名稱：混合跳頻無線收發(fā)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及無線通信技術(shù)的無線跳頻通信領域，具體為一種綜合采用兩種跳頻方式和兩級跳頻結(jié)構(gòu)，通過混合方式實現(xiàn)高速無線跳頻通信的混合跳頻無線收發(fā)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
不同于傳統(tǒng)的常規(guī)跳頻技術(shù)，差分跳頻(DFH，Differential Frequency Hopping) 技術(shù)代表了現(xiàn)代跳頻通信技術(shù)的新發(fā)展，甚至在短波頻段上可實現(xiàn)高速跳頻(跳頻速率可達5000Hop/s)和高速數(shù)據(jù)傳輸(傳輸速率可達19. 2kbit/s)，極大地提高了抗跟蹤干擾和偵查的能力，數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行源鬄樘岣?。不同常?guī)跳頻系統(tǒng)編碼、調(diào)制和跳頻的順序?qū)崿F(xiàn)方式，差分跳頻系統(tǒng)中，編碼、調(diào)制和跳頻采用網(wǎng)格編碼調(diào)制(TCM，Trellis Coded Modulation) 一體化實現(xiàn)方式。發(fā)送端，信息數(shù)據(jù)經(jīng)過信道編碼后，再經(jīng)G函數(shù)映射為跳頻序列控制數(shù)控振蕩器(DDS，Direct Digital Synthesizer)產(chǎn)生相應的跳頻載波；在接收端，對A/D采樣信號進行數(shù)字正交下變頻后產(chǎn)生兩路正交的信號，隨后對其進行快速傅立葉變換(FFT，F(xiàn)ast Fourier Transformation)，變換結(jié)果經(jīng)跳頻檢測單元判決得到有效的跳頻信號，再經(jīng)頻率序列譯碼模塊根據(jù)事先定義好的規(guī)則解調(diào)出發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。跳頻系統(tǒng)若能實現(xiàn)實時全頻段跳頻，對系統(tǒng)的抗干擾能力的提升將大有裨益。但是，由于受到數(shù)字信號處理單元的軟硬件資源的限制，差分跳頻方式難以實現(xiàn)較寬的頻率范圍跳變。例如，若要實現(xiàn)短波全頻段(3 30MHz)跳頻，根據(jù)帶通采樣定理，ADC的采樣速率為fs > 60Msps。若直接以如此高的速率采樣，其后續(xù)的快速傅立葉變換(FFT， Fast Fourier Transformation)數(shù)據(jù)運算等信號處理將極難實現(xiàn)?，F(xiàn)有相關(guān)增強型跳頻系統(tǒng)(CHESS，Correlated Hopping Enhanced Spread Spectrumd)采用“分段跳頻”解決，即將短波段劃分為若干個頻段，取其中一個頻段作為工作頻段，采用正交下變頻的方法，將信號變?yōu)橐欢ㄋ俾实膹筒蓸有盘?，隨后再對此信號進行快速傅立葉變換(FFT，F(xiàn)ast Fourier Transformation)處理。這種方法有效緩解了快速傅立葉變換(FFT，F(xiàn)ast Fourier Transformation)的實現(xiàn)難度，降低了信號處理對硬件的要求，但是卻大大減少了頻率跳變范圍(一般為2MHz左右)，也大大降低了抗干擾和抗偵查的能力。此外，差分跳頻系統(tǒng)正交組網(wǎng)性能較差。對于單用戶的通信，差分跳頻系統(tǒng)可以提供較高的數(shù)據(jù)傳輸率，由于不存在異頻干擾，其可靠性也非常高。當網(wǎng)內(nèi)有多個用戶時，若采用異步正交組網(wǎng)，其后果是頻譜利用率急劇下降。若采用異步非正交組網(wǎng)，由于存在子網(wǎng)間的異頻干擾，差分跳頻系統(tǒng)的性能則完全依賴于系統(tǒng)本身的差錯糾正能力，受與最大似然頻率序列檢測相關(guān)的編碼特性制約。若提高系統(tǒng)的差錯糾正能力，實現(xiàn)的復雜度將相應提尚。R-S序列有良好的正交性，在同步組網(wǎng)時可實現(xiàn)“無碰撞”組網(wǎng)，在異步組網(wǎng)時性能也非常優(yōu)良，若常規(guī)跳頻序列采用R-S碼，系統(tǒng)可較易實現(xiàn)正交組網(wǎng)。但常規(guī)跳系統(tǒng)可實現(xiàn)的跳速較低，數(shù)據(jù)傳輸率也較低。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是設計一種混合跳頻無線收發(fā)系統(tǒng)，包括常規(guī)跳頻和差分跳頻兩大結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)實時全頻段跳頻，有效增強了抗干擾和抗偵查能力。本實用新型設計的混合跳頻無線收發(fā)系統(tǒng)包括發(fā)射機和接收機兩大部分。發(fā)射機主要包括順序連接的發(fā)射機數(shù)據(jù)接口、跳頻組幀器、發(fā)射機差分跳頻模塊、發(fā)射機常規(guī)跳頻模塊、D/A變換器(數(shù)模變換器)和射頻寬帶前端發(fā)射電路。其中發(fā)射機差分跳頻模塊含有依次連接的頻率序列編碼器、差分跳頻頻率控制字存儲器(ROM)、插值器和差分跳頻數(shù)控振蕩器(差分跳頻NC0)；發(fā)射機常規(guī)跳頻模塊則含有發(fā)射機R-S序列發(fā)生器、常規(guī)跳頻頻率控制字存儲器(ROMl)、插值濾波器、發(fā)射機跳頻數(shù)控振蕩器(發(fā)射機跳頻NC0)和減法器。發(fā)射機R-S序列發(fā)生器的一個輸出接入跳頻組幀器、另一輸出經(jīng)常規(guī)跳頻頻段頻率控制字存儲器接入發(fā)射機跳頻NC0，差分跳頻NCO輸出的Q路和I路信號分別接入一臺插值濾波器，2臺插值濾波器輸出的內(nèi)插后的I路和Q路差分跳頻信號分別與發(fā)射機跳頻NCO產(chǎn)生的兩路跳頻載波信號混頻，得到I1路和％路信號，接入減法器。所得％路信號和I1路信號之差，經(jīng)D/A變換器送入射頻寬帶前端發(fā)射電路。接收機主要包括依次連接的射頻寬帶前端接收電路(RF前端寬帶接收電路)、A/ D變換器(模數(shù)變換器)、接收機常規(guī)跳頻模塊、接收機差分跳頻模塊、跳頻解幀器和接收機數(shù)據(jù)接口。其中接收機常規(guī)跳頻模塊包括解跳數(shù)控振蕩器(解跳NC0)、抽取濾波器、低通濾波器、常規(guī)跳頻同步器、接收機R-S序列發(fā)生器；接收機差分跳頻模塊包括快速傅立葉變換 (FFT Fast Fourier Transformation)模塊(FFT模塊)、頻率序列譯碼器和跳沿同步器，頻率序列譯碼器由載頻識別器連接維特比譯碼器組成。FFT模塊的輸出接入頻率序列譯碼器和跳沿同步器，跳沿同步器反饋接入FFT模塊。跳頻解幀器輸出的同步信息接入常規(guī)跳頻同步器，常規(guī)跳頻同步器的輸出連接接收機R-S序列發(fā)生器，再接入解跳NC0，解跳NCO發(fā)出的2路載波信號與A/D變換器高速數(shù)據(jù)采樣得到A和I1兩路信號混頻后分別經(jīng)過抽取濾波器和低通濾波器得到Q路和I路信號送入接收機差分跳頻模塊。上述發(fā)射機常規(guī)跳頻模塊、發(fā)射機差分跳頻模塊、接收機常規(guī)跳頻模塊及接收機差分跳頻模塊均采用數(shù)字信號處理器(DSP，Digital Signal Processing)實現(xiàn)。數(shù)字信號處理模塊的核心為現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA，F(xiàn)ield-programmable Gate Array)。本實用新型設計的混合跳頻無線收發(fā)系統(tǒng)將整個短波頻段劃分為M段，每段帶寬均相等，常規(guī)跳頻在各段頻帶之間跳變，而差分跳頻則在段內(nèi)跳變。本實用新型混合跳頻無線收發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)點為1、采用兩種跳頻方式和兩級跳頻結(jié)構(gòu)的形式，充分利用兩種方式的各自優(yōu)勢和兩種結(jié)構(gòu)的級聯(lián)特點；后級采用差分跳頻方式， 保持了差分跳頻高速跳變和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?yōu)點，同時前級采用常規(guī)隨機跳頻方式，獲得了正交組網(wǎng)性能，在多用戶情況下性能遠好于差分跳頻系統(tǒng)；本跳頻系統(tǒng)可以實現(xiàn)在頻段之間大間隔跳變，也就實現(xiàn)全頻段跳頻，由此可以把跳頻帶寬擴展至整個短波頻段，具有更寬的跳頻帶寬，極大地豐富了跳頻頻點數(shù)，提高了系統(tǒng)的隨機性和抗干擾、抗偵查能力，系統(tǒng)的誤碼性能遠遠好于單純采用差分跳頻的系統(tǒng)，有效提高跳頻通信的性能；2、降低了差分跳頻對硬件規(guī)模和技術(shù)的要求，也降低硬件成本和實現(xiàn)的難度；3、兩級級聯(lián)的跳頻結(jié)構(gòu)， 參數(shù)和性能可以合理分擔和互換，可以根據(jù)用戶數(shù)和硬件資源對頻段進行靈活劃分，在復雜度和成本之間平衡，保證了設計上的靈活性；例如，可以減少后級差分跳頻頻點數(shù)，增加前級常規(guī)跳頻頻點數(shù)，來降低差分跳頻處理難度；4、R-S序列有良好的正交性，在同步組網(wǎng)時可實現(xiàn)“無碰撞”組網(wǎng)，在異步組網(wǎng)時性能也非常優(yōu)良；前級采用R-S碼作為偽隨機碼，跳頻系統(tǒng)可實現(xiàn)正交組網(wǎng)；5、差分跳頻的高跳速與常規(guī)跳頻的低跳速級聯(lián)，更有利于系統(tǒng)同步的實現(xiàn)；常規(guī)跳頻速率較低，可在一個常規(guī)跳的時間內(nèi)傳輸完所有的同步信息，較易實現(xiàn)跳頻同步。

圖1為本混合跳頻無線收發(fā)系統(tǒng)實施例發(fā)射機的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本混合跳頻無線收發(fā)系統(tǒng)實施例接收機的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
本混合跳頻無線收發(fā)系統(tǒng)實施例的發(fā)射機如圖1所示，接收機如圖2所示。發(fā)射機主要包括順序連接的發(fā)射機數(shù)據(jù)接口、跳頻組幀器、發(fā)射機差分跳頻模塊、發(fā)射機常規(guī)跳頻模塊、D/A變換器和射頻寬帶前端發(fā)射電路。其中發(fā)射機差分跳頻模塊含有依次連接的頻率序列編碼器、差分跳頻信號頻率控制字存儲器(ROM)、插值器和差分跳頻數(shù)控振蕩器(差分跳頻NC0)；發(fā)射機常規(guī)跳頻模塊則含有發(fā)射機R-S序列發(fā)生器、插值濾波器、發(fā)射機跳頻數(shù)控振蕩器(發(fā)射機跳頻NC0)和減法器。發(fā)射機R-S序列發(fā)生器的一個輸出接入跳頻組幀器、另一輸出經(jīng)常規(guī)跳頻頻段頻率控制字存儲器接入發(fā)射機跳頻NC0， 差分跳頻NCO輸出的Q路和I路信號分別接入一臺插值濾波器，2臺插值濾波器輸出的內(nèi)插后的I路和Q路差分跳頻信號分別與發(fā)射機跳頻NCO產(chǎn)生的兩路跳頻載波信號混頻，得到 I1路和A路信號，接入減法器。所得A路信號和I1路信號之差，經(jīng)D/A變換器送入射頻寬帶前端發(fā)射電路。接收機主要包括依次連接的低噪聲射頻寬帶前端接收電路(低噪聲RF寬帶前端接收電路)、A/D變換器、接收機常規(guī)跳頻模塊、接收機差分跳頻模塊、跳頻解幀器和接收機數(shù)據(jù)接口。其中接收機常規(guī)跳頻模塊包括解跳NC0、抽取濾波器、低通濾波器、常規(guī)跳頻同步器、接收機R-S序列發(fā)生器；接收機差分跳頻模塊包括快速傅立葉變換(FFT Fast Fourier Transformation)模塊、頻率序列譯碼器和跳沿同步器，頻率序列譯碼器由載頻識別器連接維特比譯碼器組成。FFT模塊的輸出接入頻率序列譯碼器和跳沿同步器，跳沿同步器反饋接入FFT模塊。跳頻解幀器輸出的同步信息接入常規(guī)跳頻同步器，常規(guī)跳頻同步器的輸出連接接收機R-S序列發(fā)生器，再接入解跳NC0，解跳NCO發(fā)出的2路載波信號與A/D變換器高速數(shù)據(jù)采樣得到A和I1兩路信號混頻后分別經(jīng)過抽取濾波器和低通濾波器得到Q路和 I路信號送入接收機差分跳頻模塊。上述發(fā)射機常規(guī)跳頻模塊、發(fā)射機差分跳頻模塊、接收機常規(guī)跳頻模塊及接收機差分跳頻模塊均用FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)實現(xiàn)。上述實施例，僅為對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本實用新型并非限定于此。凡在本實用新型的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、 等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.混合跳頻無線收發(fā)系統(tǒng)，包括發(fā)射機和接收機兩大部分，其特征在于所述發(fā)射機主要包括順序連接的發(fā)射機數(shù)據(jù)接口、跳頻組幀器、發(fā)射機差分跳頻模塊、發(fā)射機常規(guī)跳頻模塊、D/A變換器和射頻寬帶前端發(fā)射電路；其中發(fā)射機差分跳頻模塊含有依次連接的頻率序列編碼器、差分跳頻信號頻率控制字存儲器、插值器和差分跳頻數(shù)控振蕩器；發(fā)射機常規(guī)跳頻模塊則含有發(fā)射機R-S序列發(fā)生器、常規(guī)跳頻頻段頻率控制字存儲器、插值濾波器、發(fā)射機跳頻數(shù)控振蕩器和減法器；發(fā)射機R-S序列發(fā)生器的一個輸出接入跳頻組幀器、另一輸出經(jīng)常規(guī)跳頻頻段頻率控制字存儲器接入發(fā)射機跳頻數(shù)控振蕩器，差分跳頻數(shù)控振蕩器輸出的Q路和I路信號分別接入一臺插值濾波器，2臺插值濾波器輸出的內(nèi)插后的I路和Q路差分跳頻信號分別與發(fā)射機跳頻數(shù)控振蕩器產(chǎn)生的兩路跳頻載波信號混頻，得到I1路和A路信號，接入減法器，所得A路信號和I1路信號之差，經(jīng)D/A變換器送入射頻寬帶前端發(fā)射電路；所述接收機主要包括依次連接的射頻寬帶前端接收電路、A/D變換器、接收機常規(guī)跳頻模塊、接收機差分跳頻模塊、跳頻解幀器和接收機數(shù)據(jù)接口 ；其中接收機常規(guī)跳頻模塊包括解跳數(shù)控振蕩器、抽取濾波器、低通濾波器、常規(guī)跳頻同步器、接收機R-S序列發(fā)生器；接收機差分跳頻模塊包括快速傅立葉變換模塊、頻率序列譯碼器和跳沿同步器，頻率序列譯碼器由載頻識別模塊連接維特比譯碼器組成；快速傅立葉變換模塊的輸出接入頻率序列譯碼器和跳沿同步器，跳沿同步器反饋接入快速傅立葉變換模塊；跳頻解幀器輸出的同步信息接入常規(guī)跳頻同步器，常規(guī)跳頻同步器的輸出連接接收機R-S序列發(fā)生器，再接入解跳數(shù)控振蕩器，解跳數(shù)控振蕩器發(fā)出的2路載波信號與A/D變換器高速數(shù)據(jù)采樣得到兌和I1 兩路信號混頻后分別經(jīng)過抽取濾波器和低通濾波器得到Q路和I路信號送入接收機差分跳頻模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合跳頻無線收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射機常規(guī)跳頻模塊、發(fā)射機差分跳頻模塊、接收機常規(guī)跳頻模塊及接收機差分跳頻模塊均采用數(shù)字信號處理器實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合跳頻無線收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字信號處理模塊的核心為現(xiàn)場可編程門陣列。
專利摘要本實用新型為混合跳頻無線收發(fā)系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括發(fā)射機和接收機。發(fā)射機有依次連接的數(shù)據(jù)接口、跳頻組幀器、發(fā)射機差分跳頻模塊和常規(guī)跳頻模塊、D/A變換器和前端發(fā)射電路。接收機為依次連接的前端接收電路、A/D變換器、接收機常規(guī)跳頻模塊和差分跳頻模塊、跳頻解幀器和數(shù)據(jù)接口。本系統(tǒng)將整個工作頻段劃分為M個帶寬相等的子頻段，常規(guī)跳頻在各段頻帶之間跳變，而差分跳頻則在段內(nèi)跳變。發(fā)射機通過常規(guī)跳頻和差分跳頻，實時全頻段跳頻，生成待發(fā)送的跳頻信號；接收端按相反順序完成對接收信號的解跳，還原出數(shù)據(jù)信息。本實用新型采用兩種跳頻，充分利用兩種優(yōu)勢，提高了系統(tǒng)的隨機性和抗干擾、抗偵查能力，有效提高跳頻通信的性能。
文檔編號H04B1/7136GK202190265SQ201120226419
公開日2012年4月11日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者崔楊, 廖連貴, 曹衛(wèi)平, 王國正, 田克純, 符杰林, 趙利 申請人:桂林電子科技大學