短波差分跳频通信系统的软件无线电实现

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1、第一章绪论第一章绪论帚一早珀T匕短波通信和卫星通信曾经是最重要的远程通信手段，并在各个领域都得到了广泛的应用。特别是在军事部门，短波通信是军事指挥、联络的重要手段之一。然而，就通信的顽存性，灵活性和机动性来说，短波通信具有无可比拟的优越性，特别对军事通信而言，卫星在战争期间易被干扰或阻塞甚至被摧毁而失去通信能力，短波通信则由于利用电离层作为传输媒介而具有较强的抗毁性，传输距离可达数千公里而不需要转发，同时兼具设备简单、成本低廉、发射功率小，使用简便、通信方式灵活等固有特点，从而使其具备在恶劣电磁环境下低限度通信的能力。因而成为信息化战争条件

2、下远距离通信和指挥领域必备的通信基础设备。但是基于短波信道的自身特点，传统的短波通信【l】【2】方式也有其固有的缺点。由于电离层是分层、不均匀、色散、随机、有时空性的通信媒介，所以短波信道是一个典型的变参信道⋯【3】，短波信道存在着严重的多径时延、衰落、多普勒频移、近似高斯分布的白噪声，信号电平的快速起伏等复杂现象，同时，大量短波电台的带内干扰，使可用短波频段存在时变的窗口效应，工作频率需要不时更新，从而导致短波通信的可靠性与有效性一直不甚理想。目前，短波通信的通信速率较低，可通性不高，影响了短波通信系统的性能。国外近年来新推出的相关跳频增

3、强型扩谱电台(CorrelatedHoppingEnhancedSpreadSpectrum)，简称CHESS电台，它从高速差分跳频新体制出发，较好地解决了提高数据速率和抗跟踪干扰等问题【4】【51，代表了当前短波通信的一个重要发展方向，这也是本文研究和开发的重点。1．1短波信道特点短波波段为1．5—30MHz频率范围，主要靠电离层反射来进行远距离天波传播，也可以和中长波一样进行短距离地波传播，由于地波通信沿陆地传播时受到地球传导率、地形地貌、极化方式、频率的影响，信号衰减迅速，通信距离在几十公里以内。天波方式则可以超越复杂的地貌特征进行跨

4、度达上千公里的远距通信，所以天波传播较地波传播更具有普遍意义。天波传播方式以电离层作为传输媒介，电磁信号到达电离层后，一部分能量被电离层吸收，一部分能量被反射和折射回地面。电波频率越高，电波穿透电离电子科技火学硕士学位论文层的能力就越强。由于短波信道属于随机变参信道，即传输特性是时变的，且无规律，存在多径效应、衰落、多普勒频移等特性，故而短波信道又被称为时变色散信道。这些信道特性都是信号传输的不利因素。1．1．1短波信道的多径效应和时间色散由于短波利用电离层进行天波传播，多种因素催生了多径效应【l】：一是地波和天波传播的电波叠加产生的多径；

5、二是天波从不同的电离层反射产生的多径；三是电波在电离层和地面经过多跳反射产生的多径；四是电波的发射时的仰角不同产生的多径。这些多径信号通过不同的传输模式以不同的路径长度、不同的时间延迟到达接收端。由于不同的多径成分具有的随机相位和衰落幅度，各种路径的群延迟是不同的，叠加之后的多径信号会在接收端引起信号波形失真。从时域来看，信号的多径效应径引起信号时间上的延展即时间色散，从而导致相邻信号间的码间干扰(ISI)和信号模糊，同时，从频域分析，若发送信号的带宽超过信道相干带宽，则从频率响应可以看出，多径效应将导致信号的频率选择性衰落。短波的多径时延

6、具有多种特征：一是多径时延随着工作频率的变化而变化。二是多径时延会随时间而改变，这是因为电离层的电子密度随季节和昼夜而变化，除此之外，电离层的结构在较短时间内还存在着较快的随机起伏。三是多径时延与通信距离密切相关，在200～300km的短波线路上，电离层与地面间的多次反射使多径时延最坏，可达8ms在2000～8000km的短波线路上，可能存在的传播模式减少，故多径时延只有2-3ms；当通信距离进一步增大时，多径时延又随之增大，当距离为20000km时，多径时延可达6ms。1．1．2短波信道的多普勒频移和频率色散上文中提到的短波传输中的多径效

7、应，不仅使接收信号的振幅随机波动，也会导致信号的相位起伏不定，同时，在单一传输模式下，电离层经常性的快速运动也会导致接收信号的相位产生随机起伏的变化。这种相位的起伏，可以看成由于电离层不规则运动引起的高频(HF)载波的多普勒频移[71。当有多普勒频移存在的时候，从频域上来看，信号的频率结构会发生变化，导致频谱畸变。从时域的角度来看，其信道的传输函数是时变的，这意味着短波传播中存在着时间选择性衰落。多普勒频移在日出和日落期间呈现出较大的数值，当电离层处于平静的夜间，．2．第一章绪论不存在多普勒效应。1．1．3短波信道的衰落和干扰状况衰落‘8】

8、【91是指接收端信号电平强度随机变化的现象。在短波通信中，即使是在电离层的平静时期，也不可能获得稳定的信号，接收端信号振幅总是呈现忽大忽小的随机变化。衰落可分为快衰落和慢衰落，连