一種短波動態(tài)頻譜接入系統(tǒng)的設計

1 短波動態(tài)頻譜接入系統(tǒng)硬件設計

短波動態(tài)頻譜接入系統(tǒng)的硬件組成部分主要包括:TMS320VC5502 數(shù)字信號處理器、音頻信號處理模塊以及外部存儲器等部分。

TMS320VC5502 是信號處理部分的核心，主要負責對音頻信號處理模塊送來的數(shù)據(jù)進行頻譜分析;TLV320AIC10 音頻處理模塊主要完成對輸入模擬信號的濾波和A/ D 轉換工作; SST39LF800A 作為程序存儲器，存放DSP 的引導程序; SDRAM 作為外部存儲空間的擴展，存放處理的數(shù)據(jù); DSP 與各外設的聯(lián)絡由XC2C128VQ100 來完成; 2410 開發(fā)板承載整個應用程序，同時通過RS 232 串口實現(xiàn)對短波電臺的自動化操作和控制，并通過反饋信息獲取電臺的工作狀態(tài)，圖1 為系統(tǒng)的硬件框圖。

系統(tǒng)工作過程如下: 系統(tǒng)加電TMS320VC5502復位后，由其內部固化的引導程序( BOOT) 將存于FLASH 的程序和數(shù)據(jù)搬移至內部RAM。由電臺音頻口送來的音頻信號經(jīng)TLV320AIC10 采樣后，送到高速處理器TMS320VC5502 進行基帶信號的FFT 運算。DSP 每運行一次算法，將結果送至RAM，在信道掃描一周后，RAM 將結果送到DSP，將各個信道的噪聲功率值排序，并將結果通過RS232 口送給SBC 2410 開發(fā)板，SBC 2410 開發(fā)板收到后，根據(jù)預先設置好的噪聲門限為每個信道劃分等級，并將其存儲在數(shù)據(jù)庫中。

2 短波動態(tài)頻譜接入系統(tǒng)軟件設計

2. 1 探測信號發(fā)送主程序設計

探測信號發(fā)送主程序流程如圖2 所示。

有效載荷經(jīng)過卷積編碼、交織和正交符號映射后，形成長度為13 1*= 832 的3 bit 數(shù)據(jù)符號序列，然后與保護序列、探測報頭和數(shù)據(jù)符號序列組成信道符號序列，以2 400 符號/ s 的速率對1 800 Hz的載波進行8PSK 調制，產(chǎn)生發(fā)送波形。

2. 2 接收信號恢復主程序設計

在沒有通信任務的狀態(tài)下，系統(tǒng)持續(xù)地監(jiān)測信道上有沒有高過門限的有效信號序列。如果發(fā)現(xiàn)信號，系統(tǒng)開始對信號進行捕獲。當?shù)? 次出現(xiàn)峰值大于門限時，記錄此時的頻差估計值，然后作3 次確認。若3 次確認中的峰值大于門限的少于2 次，或者頻差估計值之間的差值超出允許的范圍，則認為捕獲無效，系統(tǒng)重新開始搜索; 若確認過程中大于門限的峰值次數(shù)和頻差估計值之間的差值在允許范圍內，則進行位同步和信道估計。在位同步過程中，通過與本地序列的滑動相關來實現(xiàn)位同步和信道估計，并對多次估計值的結果進行適當處理，獲得最終的位同步和信道參數(shù)估值結果。根據(jù)位同步結果,通過采用分集接收、相關解擴、解交織和解碼獲得原始信息，完成一次接收。根據(jù)前導序列的對比可獲得信道誤碼率，其軟件設計流程如圖3 所示。

3 短波動態(tài)頻譜接入系統(tǒng)性能測試

為了對所設計系統(tǒng)的整體性能進行*估，先后在重慶? 遵義、重慶? 常州、重慶? 廣州、北京? 常州等不同距離的通信線路上進行了3 個多月、共約1 200 余次的通信實驗。

實驗中主要對設計系統(tǒng)的鏈路建立和基本數(shù)傳性能進行了測試和*估。以鏈路建立和數(shù)據(jù)報文通信為主，每份報文以200 組為標準，每4 個字符為一組，共800 個字符進行實驗。每隔30 min 發(fā)起一次呼叫，發(fā)起呼叫時的起始狀態(tài)為同步掃描狀態(tài)，待鏈路建立后并分別以600 baud 和1 200 baud 的數(shù)據(jù)傳輸速率發(fā)送報文。通過記錄鏈路建立情況、呼損率和數(shù)據(jù)報文的接收情況來測試系統(tǒng)的基本性能。通過對實驗數(shù)據(jù)的比較分析表明，系統(tǒng)由于采用了短波頻譜感知技術、動態(tài)頻率優(yōu)選等技術，建鏈概率和建鏈時間分別比二代短波電臺提高了約26% 和31% 。

在數(shù)據(jù)報文的通信過程中，由于系統(tǒng)采用了短波頻譜感知技術，通信前，系統(tǒng)根據(jù)頻譜感知結果優(yōu)選出了可靠空閑頻譜，保證了系統(tǒng)始終建鏈在可靠信道上。在數(shù)據(jù)傳輸速率為600 baud 和1 200 baud的前提條件下，報文的正確接收概率比普通的短波電臺提高了10%~ 12%，而且平均錯誤字符的概率也比普通電臺降低了一個數(shù)量級，達到了10- 4，能夠充分滿足短波普通通信業(yè)務的需求。

4 結束語

綜上所述，基于短波動態(tài)頻譜接入的頻譜感知技術改善了現(xiàn)有的二代短波通信系統(tǒng)的鏈路建立及業(yè)務傳輸性能，提高了短波數(shù)據(jù)通信的可靠性和有效性，對于提升通信裝備的戰(zhàn)術技術性能具有十分重要的意義。