自适应跳频系统算法设计及关键模块的FPGA实现

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1、硕士学位论文自适应跳频系统算法设计及关键模块的FPGA实现DESIGNOFADAPTIVEFREQUENCYHOPPINGSYSTEMALGORITHMANDIMPLEMENTATIONOFKEYMODULESBASEDONFPGA张少鹏哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN911.22学校代码：10213国际图书分类号：621.39密级：公开工学硕士学位论文自适应跳频系统算法设计及关键模块的FPGA实现硕士研究生：张少鹏：导师：马永奎：教授申请学位：工学：硕士学科：信息：与通信工程所在单位：电子与

2、信息工程学院：答辩日期：201：8年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学：ClassifiedIndex:TN911.22U.D.C:621.39DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringDESIGNOFADAPTIVEFREQUENCYHOPPINGSYSTEMALGORITHMANDIMPLEMENTATIONOFKEYMODULESBASEDONFPGACandidate：ZhangShaopengSupervisor：Prof.MaYongkuiAcadem

3、icDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InformationandCommunicationEngineeringAffiliation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要自适应跳频系统是跳频通信系统最重要

4、的发展趋势之一，是建立在实时信道质量评估的基础上，根据信道状态自适应地规避开受到干扰或质量较差的跳频子信道，从而保持长时间可靠通信链路的跳频系统，具备很强的抗衰落、抗截获和抗干扰能力。本文将分别从自适应跳频算法设计和关键模块的FPGA实现两个方面进行研究。根据软件无线电技术的设计思路，在系统整体方案设计的基础上，在FPGA硬件平台成功搭建了自适应跳频系统的关键模块，并对各模块功能进行了验证。此外，通过matlab仿真选取了数字接收机中最适用于本文低信噪比下的信噪比“最佳”估计算法，并对其修正的精确表达式进行了

5、推导与分析，将两个重要参数对算法性能的影响给出了仿真结果。首先，介绍了跳频通信的发展现状及未来的发展趋势，接着详细分析了常规跳频通信系统的基本原理、基本参数及其主要特点，再进一步研究了自适应跳频通信系统的基本原理、数学模型和常见的自适应跳频通信系统分类，并从实现的角度列举了自适应跳频的几个关键技术，为后续章节更为深入的研究打下了坚实的基础。其次，研究了最适用于本文低信噪比下的信噪比“最佳”估计算法。在信噪比估计数学模型的基础上，对M2M4算法、ML算法、SNV算法、SVR算法和SSME算法这几种实时信噪比估计

6、算法进行了研究，通过仿真对这几种算法的性能进行了比较。结合本文的低信噪比条件，进一步对最为适用的SSME算法进行分析，给出了均值无偏估计的修正精确表达式，对其主要参数的设计进行了详细的介绍，并给出了最终仿真结果。最后，自适应跳频系统关键模块的FPGA实现是本文研究的重点。先是给出了自适应跳频系统的整体方案设计和主要指标参数的设定，并对本文采用的硬件平台做了简要概述。继而分别介绍了发射机和接收机的系统框图，研究了各功能模块的设计方法和具体实现过程。最终在硬件平台中对DBPSK调制解调模块、跳频同步捕获模块、跳频

7、同步跟踪模块、自适应跳频图案产生器和控制模块等完成了FPGA实现，并通过Chipscope、示波器和频谱仪等观测工具验证了模块功能的正确性。至此，成功建立了一条完整的高跳速高信息速率跳频通信链路。关键词：自适应跳频；信噪比估计；算法设计；模块实现；FPGA哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAdaptivefrequencyhoppingtechnologyisoneofthemostimportanttrendsinfrequencyhoppingcommunicationsystems.Itis

8、basedontheRealTimeChannelEvaluationandadaptivelyavoidstheinterferenceorpoorqualityhoppingsubchannelsaccordingtothechannelstate,thusmaintainingalongandreliablecommunicationlink.Therefore,ithasstronganti