差分跳頻通信技術(shù)的船用通信系統(tǒng)應(yīng)用

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摘要:差分跳頻通信技術(shù)是一種以數(shù)字信號處理為基礎(chǔ)的新興通信技術(shù)，不同于傳統(tǒng)的通信技術(shù)，差分跳頻通信技術(shù)具有更好的抗干擾能力和跳變速度，因此，在現(xiàn)代化船舶通信系統(tǒng)中獲得了大量的應(yīng)用。本文首先系統(tǒng)介紹了差分跳頻通信技術(shù)的原理和基本組成，然后設(shè)計(jì)和開發(fā)了船用通信系統(tǒng)的中頻控制平臺，最后進(jìn)行了差分跳頻通信的軟件編程和功能性仿真試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：差分跳頻通信；船舶通信系統(tǒng)；中頻控制平臺

0引言

船舶通信系統(tǒng)不僅起到船舶之間、船舶與岸基之間的數(shù)據(jù)傳遞功能，還起到船舶導(dǎo)航功能，因此，通信系統(tǒng)在船舶上占有重要的地位。軍事艦艇對通信系統(tǒng)的性能有更高的要求，需要具有更高的隱蔽性、穩(wěn)定性和抗干擾能力，而傳統(tǒng)的船舶短波通信普遍存在著抗干擾能力差，隱蔽性差等問題，因此，研究一種新型的船舶短波通信技術(shù)有重要意義[1]?，F(xiàn)在，大量軍事艦艇在復(fù)雜電磁環(huán)境中均采用差分跳頻通信方式，這種通信方式的頻率不斷發(fā)生變化，可以抵抗多徑干擾[2]、鄰道干擾等干擾類型，有效提高了通信的可靠性和安全性。本文詳細(xì)的介紹了差分跳頻通信技術(shù)的原理和特性，將差分跳頻通信技術(shù)應(yīng)用到普通船舶上，開發(fā)了一種新型的船用通信系統(tǒng)。

1差分跳頻通信技術(shù)的研究

所謂差分跳頻通信是指將調(diào)制、編碼和跳頻技術(shù)結(jié)合在一起，信號的載波頻率以某特定的規(guī)律發(fā)生變化。差分跳頻通信提高了短波通信設(shè)備的抗干擾能力、數(shù)據(jù)傳輸能力和抗衰減能力，有重要的潛在應(yīng)用價值。差分跳頻通信是一種擴(kuò)展頻譜的通信方式，在時域上，差分跳頻信號具有多頻率特征；在頻域上，差分跳頻信號的頻率按照不同的間隔隨機(jī)發(fā)生變化，但始終處于一個較寬的頻帶上，且差分跳頻信號在每個頻率的駐留時間均不相同。信號首先經(jīng)過調(diào)制電路和同步電路的處理，然后在差分跳頻發(fā)生器和頻率合成器中進(jìn)行頻率變換，最終經(jīng)過信號解調(diào)以跳頻信號輸出。差分跳頻通信技術(shù)的優(yōu)勢集中在下列幾個方面：1）信號的調(diào)制解調(diào)功能強(qiáng)差分跳頻通信技術(shù)采用G函數(shù)變換[3]完成信號的數(shù)-頻切換，不需要通過基帶調(diào)制等流程。因此，差分跳頻通信的調(diào)制解調(diào)功能強(qiáng)。2）數(shù)據(jù)傳輸速度快當(dāng)通信鏈路中每一跳攜帶的比特數(shù)確定時，差分跳頻通信的數(shù)據(jù)傳輸速度與跳速[4]成正比。當(dāng)跳速保持恒定時，數(shù)據(jù)傳輸速度與每一跳攜帶的比特數(shù)成正比。差分調(diào)頻通信技術(shù)利用多比特編碼，可獲得2500bps的傳輸速率，足以滿足船舶通信系統(tǒng)的日常數(shù)據(jù)傳輸需求。3）抗干擾能力強(qiáng)差分跳頻通信的抗干擾能力主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面，差分跳頻通信具有高跳速的特點(diǎn)，跳速遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常用的干擾機(jī)；另一方面，差分跳頻通信采用隨機(jī)的數(shù)據(jù)流控制跳頻信號，干擾機(jī)難以預(yù)測和追蹤信號的路徑，具有良好的抗干擾性能。

2差分跳頻通信技術(shù)在船用通信系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1差分跳頻通信的抗干擾性能研究

差分跳頻通信技術(shù)的跳速較高，抗干擾能力強(qiáng)，因此，本研究將差分跳頻通信應(yīng)用于船舶的通信系統(tǒng)中。下面主要對差分跳頻通信的抗干擾性能進(jìn)行分析.為了簡化分析過程，本節(jié)將信號中的白噪聲忽略，設(shè)定信號的跳頻時間間隙為T，跳頻信號具有的能量為，發(fā)射信號的基帶如下式：可以得到干擾信號作用下，跳頻信號的特征函數(shù)與概率密度函數(shù)

2.2差分跳頻通信的跳頻同步

差分跳頻通信的跳頻同步是指接收機(jī)與發(fā)射機(jī)在同一時刻保持相同的信號頻率，從而獲得與本地頻率合成器相同的通信信號。

2.3差分跳頻通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于跳頻通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種新型的船舶通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)由信號雷達(dá)、用戶終端、寬帶信道和差分跳頻通信器等組成，該船舶通信系統(tǒng)的跳頻信號處理通過DSP芯片實(shí)現(xiàn)，主要體現(xiàn)在以下3個方面：1）DSP基帶任務(wù)處理在基于差分跳頻技術(shù)的船用通信系統(tǒng)中，所有的基帶信號任務(wù)均由DSP芯片完成，主要包括信道編碼、差分編碼、數(shù)據(jù)時序控制、頻譜分析等。由于基帶任務(wù)的種類和數(shù)量繁多，本研究采用了雙DSP芯片協(xié)同模式，確?；鶐蝿?wù)完成效果。2）DSP控制頻率合成器頻率合成器產(chǎn)生高速跳頻信號，由存儲器ROM、相位累加器和濾波器等器件組成，頻率合成器的工作狀態(tài)受DSP控制。3）DSP控制FPGA單元FPGA單元具有VHDL編程功能[5]，可以進(jìn)行終端與DSP之間的指令傳輸，并向DSP發(fā)送每秒4500次的定時中斷，從而控制跳頻信號的速率。

3差分跳頻通信系統(tǒng)的仿真試驗(yàn)

為了探究基于差分跳頻短波通信的船舶通信系統(tǒng)效果，本文對不同頻帶干擾下的信號噪聲比進(jìn)行仿真分析，仿真軟件為Matlab，B為噪聲頻帶為50Hz下，船舶通信系統(tǒng)信號的噪聲比變化曲線；C為噪聲頻帶為70Hz下，船舶通信系統(tǒng)信號的噪聲比變化曲線；D為噪聲頻帶為90Hz下，船舶通信系統(tǒng)信號的噪聲比變化曲線.

4結(jié)語

差分跳頻技術(shù)具有良好的穩(wěn)定性和抗干擾能力，將差分跳頻技術(shù)應(yīng)用到船舶通信系統(tǒng)中具有良好的市場潛力。本文介紹了差分跳頻技術(shù)的抗干擾性原理和跳頻同步流程，設(shè)計(jì)基于差分跳頻技術(shù)的船用通信系統(tǒng)。

作者:余曉玫 譚祥 張媛 單位:重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院