自适应跳频电台跳频控制系统设计与实现

避扰（自适应）模块结构

避扰性能的良好发挥建立在大部分电台已经入网的基础上。以三用户小型网络为例，电台工作时序图如下：

图4跳频局域网络通信系统的同步保持频率关系

图 5 避扰流程图

（3）同步建立流程图

根据自适应动态双频跳频理论，电台从开机到同步建立的工作流程图如下：

图6 自适应动态双频跳频同步建立流程图

其中延时程序中规定的时间具体值和系统计算时间的开销在FPGA实现时，由试验测定给出。

（4）同步保持状态下电台收发状态转换图（以三电台为例）

根据自适应动态双频跳频理论，任一部电台在发射信息期间，网内电台处于接收信息的状态。3部电台每部电台应配置5个解调器，其中3个解调器用来解调各电台的已调信号，另外两个在避扰时用来探测干扰频率。在系统设计中设计一专用寄存器实时读取此三个解调器的状态。例如：在电台1发射期间，电台2和电台3在它的并行解调器上收到信息且完成解调，那么该寄存器值为00000001；电台2发射期间，根据双频跳频规则，此时仍存在信道中，那么电台1和电台3在其并行解调器上收到信息并完成解调，解调器状态寄存器值为00000011。各电台根据寄存器状态的值决定是否发送下一频率，其状态转换图如下：

图 7 同步保持状态下电台收发状态转换图

4、电台主要技术参数及系统框图

（1）跳频主要技术参数。

信道间隔：25khz,跳速：516hops/s,数字话音传输速率16kbit/s。考虑到实际传送数据率的计算需要的包括换频、数据保护等开销，约占数据率的20%左右，即在实际信道中传送的数据率约为20kbit/s，由此可得带宽效率，可以满足系统带宽要求。

图 8 系统实现逻辑框图

（2）系统功能描述（参照图8）

系统建立了三个用户，其中用户1发送信息为系统板采集的话音信号，用户2和用户3发送随机二进制信号。用户1接收来自用户2的随机二进制数，用户3接收来自用户1的话音信号。系统功能实现后，用户1的接收机输出和用户2的发送信息相比较，可以计算系统误码率。通过电台3的话音输出可懂度可以检验该系统的实际通话质量。通过编写上位机软件，可以利用USB接口对跳频参数进行设置。

（3）系统模块介绍（参照图8）

本设计拟完成的工作包括：在Virtex-II PRO(V2-Pro)开发系统上构建完整的自适应双频跳频通信系统，编程实现发射机、接收机的各种基带信号处理算法，编程实现跳频同步控制和避扰功能，并对AWGN信道、Rice平坦衰落信道、Rice频率选择性衰落信道、Rayleigh平坦衰落信道和Rayleigh频率选择性衰落信道等五种信道环境进行软件模拟，通过程序模拟实际信道的非理想情况，对真实的无线通信环境作抽象和近似，以此验证系统设计的正确性。

要实现的主要模块包括：

（1）数据的采集和输出模块

对于话音信号，利用开发系统自带的音频I/O接口和音频解码芯片LM4550（符合AC97标准）完成；通过USB接口，在PC和开发板之间完成数据交换。

（2）接收与发送缓冲模块

设计合理的缓冲区结构，对接收和发送的数据进行缓冲存储，使数据收发和数据处理并行完成。

（3）基带信号处理模块

包括散布电台的收发信机、跳频同步控制以及避扰三部分，实现图2中各种信号处理算法。

（4）信道建模与仿真模块

通过USB通道或者DIP开关将信道参数传给FPGA，FPGA调用相应的函数模拟信号通过信道的传输过程。