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1、差分跳频频率检测模块仿真设计与实现摘要:设计了基于FFT的差分跳频频率检测模块,从而实现差分跳频通信信号的频点检测,并通过仿真验证所设计的频率检测模块的有效性。 关键词:差分跳频频率检测仿真FFT :TP391:A:1672-3791(2011)01(c)-0074-02 差分跳频技术的出现,较好地解决了提高数据速率和抗跟踪干扰等问题［1～3］。因此差分跳频已成为当前短波通信的一个重要发展方向。在差分跳频通信中,对信息的正确解析必须建立在对差分跳频信号频率检测的正确实现上。鉴于此,本文设计了一种基于FFT的差分跳频频率检测模块,利用滑动加窗FFT方法,达到实现正确检测差分跳
2、频信号频率的目的。 1差分跳频通信概述 差分跳频体制集调制、解调和跳频图案于一体,可以理解为是一种特殊的调制解调方式,具有数字化程度高、极易实现高跳速和高数据率、抗跟踪干扰能力强、频谱利用率高、跳频图案的一维均匀性好、跳频图案不重复以及流动密钥特性、电台简化,成本低等优点。 差分跳频基本原理是在发送端,当前时刻的频率值由上一跳的频率值和当前时刻的数据符号决定,可用一个隐式差分方程表式为 (1) 在接收端,通过数字化宽带接收,经FFT分析跳频带宽内的所有信号特征,确定和,由函数的逆变换即可恢复出发送端的数据信息,即 (2) 差分跳频通信系统信息处理流程如图1所示。待传
3、输的信息比特流首先经过一个比特-符号转换器,按照每r个比特(r是差分跳频每跳所传输的比特数)划分为一组构成信息符号流。G函数根据当前的信息符号和前一跳的频率值映射出当前跳的频率值,控制频率合成器生成对应的射频频率发送到信道。在系统接收端,差分跳频接收机采用FFT宽带接收的方法对信号进行解调,获得系统全频段内每一个跳频频点上的能量值。然后软判决维特比译码器利用解调输出的能量值对发送的信息符号序列进行估计,最后再通过一个符号-比特转换器得到原始的信息比特流输出。 2基于FFT的差分跳频频率检测模块设计 差分跳频接收机频率检测方法是根据信号的时域波形特征、频域特征来判断发送的频率,
4、然后根据频率转移函数反向得出传输的数据。判断的依据是根据信号的能量持续时间、在频率域上的波形以及信号能量相对于该频率附近的信号能量是否足够强,来判决哪一个信道上存在有效的跳频信号。 差分跳频接收机采用加窗FFT方法进行信号频点能量检测是较为重要的处理过程,其检测能力直接影响接收机性能。设差分跳频频率个数为N,跳频周期为T,为每一跳的频率,将每跳时间内的差分跳频信号表示为复数形式,有 ,i=0,1,2,…,N-10≤t≤T(3) 其中,p为差分跳频信号功率。 在不考虑多径和群时延的影响而仅考虑AWGN条件下,差分跳频信号在每跳的时间间隔内是一个单频信号,接收端跳检测的任务是将每
5、一跳的单频信号检测、识别出来。较简单且直观的方法是用一组与差分跳频信号跳频频点相对应的滤波器组来接收当前跳的频率。但由于差分跳频独特的通信体制,其跳频频点变化与传输的信息数据有关,具有随机性。因此只能对整个跳频频率集同时进行接收,使得滤波器的个数与频率集大小相等。当N较大时,所需滤波器太多,需占用较多资源。通常采用加窗FFT方法进行等效处理。 通过宽带接收,利用加窗FFT对接收数据进行处理,得到时间窗包含的数据中跳频频率集内各跳频频点的能量为 (4) 其中r(·)为时间窗。 通过分析各跳频频点的能量值即可判断出该频点在当前时间内是否存在差分跳频信号。但由于差分跳频信号传输信道
6、的不确定性,可能存在某些突发干扰,造成在某个时间窗内的某些频点出现干扰信号能量,而造成误判。因此在利用加窗FFT进行差分跳频信号频点检测时,采样滑动时间窗的方法进行处理,当连续多个时间窗内同一频点均存在信号能量时,才认为该频点存在信号。基于加窗FFT的差分跳频信号滑动检测机理如图2所示。设FFT时间窗为两跳时长,相邻两次运算的时间窗滑动步长为1/2跳时长。则如图2所示,一跳差分跳频信号频点的能量在滑动过程中,可以在FFT检测结果中出现5或6次,随着时间窗位置的滑动,同一差分跳频信号频点上的能量值呈现由小到大,而后由大到小的过程。 利用加窗FFT算法采用滑动时间窗可得到差分跳频信号的
7、频率,再结合函数即可解析出所传输的数据。 3仿真及结果分析 设差分跳频信号使用G函数类型为每跳传送1bit,传输信息数据率2.4Kbps,跳频频带范围1.5MHz～30MHz,采样率80MHz,单跳信号采样数据点数16000。 对FFT处理结果进行两次门限判决,选取存在信号能量的频点。第一次先经过能量判决,选取频点能量超过能量绝对阈值为5656.9的频点作为可能存在差分跳频信号的频点;然后求出差分跳频信号带宽内频点能量的平均值进行比例阈值判决,若
