高速数据跳频通信系统的实现方案
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收稿日期 > " 44/?40?4)
表 ! 系统设计参数表
信道速率 信道间隔 信道编码 频点数
!"#$%& ’ (
)*#+, -.（/"0，//0） "1)
调制方案 跳频速率 同步方案 跳频码
2.3
"444 5678 ’ ( 同步字头法 混沌序列
系统带宽
中频
射频
/)9!:* ;+, *4 ;+,<
"*41)9!:* ;+,<
近年来，跳频通信在民用通信系统中的应用也 越来越受到重视，特别是应用于蜂窝移动电话系统 之中，如法国的 .2+=44 系统和欧洲的 I.; 系统 等，其跳频速率分别是 "14 5678 ’ ( 和 "/0 5678 ’ (。
另外，跳频技术在无线局域网中也得到了普遍的 应用，例如“蓝牙”技术就是建立在跳频技术之上的。
=B
天津通信技术
!""= 年
射频电路予以发送。
)* 在 接 收 时 ，从 射 频 电 路 解 调 下 来 的宽带中频信号首先经过中频滤波器
和中频 6;/ 电路滤除带外噪声和稳定 幅度，然后与本地 33-89:: 产生的 跳 变中的中频载波信号在混频器中混频，
经过低通滤波器后获得去跳后的基带
4-5 波形。 （.）射频子系统由频率合 成 器 、混
OTP G8U$*,#%7V8W$)40%#*8X,$1&’6# 2%#:-#*(3 "+1Y 1’*0 ’* <9 (+44-*’($&’+*.8Z[[[ C%+(+44-*8 ERRT7K;S=8
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法而不需变更硬件，因而符合现代软件无线电的发 M，符合跳频码序列汉明相关的要求。
展趋势。但方案一中频部分的硬件电路比较复杂， 由于 9BD 的频率相对于中频载波很小，因此两者
（N）跳频通信系统的数字化和软件化 本设计方案与传统的跳频通信方案相比，采用
混频后的差频与和频相差较小，对带通滤波器的要 求比较苛刻。
件来实现，在升级时若要更改调制方案，就需变更 好的条件。
硬件电路，比较麻烦。 NOQ 本设计方案与传统跳频方案相比较
O参考文献P
本设计方案与传统跳频方案相比较具有以下 优点：
（E）提高了跳频速率 在跳频通信系统中，跳频速率是一个重要的指 标，该指标会直接影响抗干扰性能的强弱。由于受 目前的技术水平所限，还跟不上 E FFF G-41 H . 的跟 踪干扰机，因此需要跳速大于 E FFF G-41 H .，使系统 避开干扰机的跟踪，以在电子对抗中处于有利的地 位。因此本方案采用了 AABICJJ 新型的高速频率 合成器，使跳速提高至 E FFF G-41 H . 成为可能。 （K）跳频码序列的优化 跳频组网时，网内电台自身相互间干扰的大小
@*在处于发送状态时，4ห้องสมุดไป่ตู้5 基带信号与 33- 产 生跳变的载波信号在混频器中混频后再产生跳变 的中频信号（1" ,>?A0B*.<1 ,>?），经 滤 波 后 送 入
在 发 送 时 D+,-.!"/012 首 先 对 数 据 进 行 7E=!FD==FG编码，然后对数据进行交织，交 织 后 的 数 据 "，= 控制门 = 和门 !。当数据为 = 时，门 = 导通， 开启第一路中频信号；当数据为 " 时，门 ! 导通，开 启第二路中频信号。与此同时，+,-.!"/012 控制 两个串口输出两路频率控制字，从而产生两路中频 信号。其第一路中频信号的频率控制字是跳变的中 频载波频率控制字与 1< 5>? （4-5 中 = 对应的频 率 ）频 率 控 制 字 之 和 ，第 二 路 中 频 信 号 的 频 率 控 制 字 是 跳 变 的 中 频 载 波 频 率 控 制 字 与 .! 5>?（4-5 中 " 对应的频率）频率控制字之和。两路中跳变的 中频载波频率控制字都是根据 3-9 存储器中跳频
在未来的通信中，需要有抗干扰能力强和信息 容量大的通信系统，特别是要满足高速数据通信的 要求等等，为此基于跳频技术的数据通信系统的产 生就成为了一种必然。本文正是基于这种背景，提出 了高速数据跳频通信系统的两种设计方案的。
" 设计方案的描述
"#! 系统设计参数 系统设计参数如表 / 所示。
作者简介 李振东：南开大学通信工程系 =: 级硕士研究生。 李 文 臣 ：南 开 大 学 通 信 工 程 系 教 授 。 刘 淮 ：南开大学通信工程系 "444 级硕士研究生。
了较多的数字设计技术。首先是 AAB 的采用，使得 整个设计得到了简化，也提高了性能。其次是高速
对于方案二，是将 9BD 调制和混频巧妙地结 合 在 一 起 的 ，省 去 了 混 频 器 和 滤 波 器 等 器 件 ，因 而 硬件电路相对比较简单。其缺点是，由于 9BD 用硬
数 字 信 号 处 理 器 （ABC）技 术 的 采 用 ，使 得 整 个 基 带 处理实现数字化和软件化，因此该系统可以成为通 用的跳频通信平台，为系统的进一步升级创造了良
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OEP 李承恕，赵荣黎8扩展频谱通信8北京Q人民邮电 出版社8ERRN8
OKP 王秉钧7居 溢等8扩频通信8天津Q天津大学出 版社8ERRN8
ONP 曹 志 刚 8 现 代 通 信 原 理 7 北 京 ：清 华 大 学 出 版 社 8ERRM8
OSP G8D8霍姆斯8相干扩展频谱系统8北京Q国防工业 出版社7ERRE8
1)9!:* ;+,
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"#" 设计方案一 设计方案一如图 / 所示。 整个硬件系统分为基带子系统、中频子系统和
射频子系统三个部分。 （/）基带子系统包括 FJ 公司的 /) 位定点 K.L
芯片 F;.!"4M1*= 和其外部所需的 N ’ K、K ’ N 转换 器 （包 括 其 所 需 的 波 形 成 型 滤 波 器 ）以 及 相 应 的 数 据及程序存储空间。F;.!"4M1*= 的指令执行速度 为 14 ;JL.（百万指令数每秒），在每跳的时间间隔 内可以完成 "1 444 条指令，足够任务处理所需的时 间。从图 / 中可以看出，F;.!"4M1*= 是整个系统的 核心部分，大部分信号处理任务由其来完成。
在赘述。
沌码序列，来作为跳频码的序列。通过计算机仿真
NOP 方案一、二的比较
发 现 ，混 沌 码 序 列 在 自 相 关 、周 期 性 、保 密 性 、多 址
对于方案一7基带部分全部实现了软件化7不仅 等方面明显地优越于其它跳频码的序列，尽管其汉
便于升级，而且在更改调制方案时只需更改调制算 明互相关在某些时延下较大，但平均互相关仅为
由 7- 译码程序进行译码。在数据解调的 过程中，+,-.!"/012 还要进行跳频同步 跟 踪 ，以 及 通 过 监 视 和 分 析 基 带 信 号 ，从
跳频同步跟踪算法中获得跳频码序列发 生器产生时钟的微调值，再通过微调跳频码序列的 相位保持最佳的同步状态。
（!）中 频 子 系 统 包 括 直 接 数 字 频 率 合 成 器 （33-89::）、混 频 器 、中 频 滤 波 器 以 及 中 频 自 动 增 益控制（6;/）电路。33-89:: 是跳频的核心部件。 在本设计中，33- 选用的是 63 公司的 632<0"，在 =!0 ,>? 时钟信号的驱动下，可以产生分辨率为 1*12! >? 的信号，其频率切换速度达 到 微 秒 （!(） 级，完全能够满足本设计对频率合成器的要求。
关 键 词 ：跳 频 ；信 道 编 解 码 ；频 率 合 成 ；混 沌 序 列 ；数 字 信 号 处 理
中 图 分 类 号 ：FP=/*9*!
文献标识码：Q
文 章 编 号 ：/44)?0**"（"44/）4!?44/1?4!
! 引言
跳频通信最早应用于军事通信，从 )4 年代 开 始 ，国 外 就 一 直 在 进 行 新 的 扩 频 通 信 体 制 、理 论 和技术的研究。例如，英国的 -@A@B、;@CADE% 公司， 美国的 +@CC%( 公司和法国的 FGD7(DE 公司等都先 后 研 制 成 功 了 采 用 跳 频 技 术 的 短 波 通 信 电 台 ，其 跳频速率在 "44 跳 ’ 秒（5678 ’ (）左右，主要用于话 音 通 信 。 在 国 内 ，通 过 技 术 引 进 和 消 化 ，也 已 生 产 和安装了中速超短波的跳频电台，如 0/4 厂生产 的 0/4?H 型电台，跳频速率为 "4! 5678 ’ (。
频 器 、滤 波 器 以 及 射 频 功 放 、低 噪 声 放
大器 :C6 等构成。其中频率合成器采 用的是有固定频率输出的由锁相环路
发射机中就产生了 ! """ #$%& ’ ( 的跳变中频载波信 号。
)*在接收时，+,-.!"/012 的处理 过 程 与 发 送 相反，首先 +,-.!"/012 控制 33- 在一个定频上 等待同步头，并将 +,-.!"/012 的程序处于同步捕 获的进程中，一旦捕获到同步信号 ，+,-.!"/012 即启动跳频码序列发生器，控制 33- 产生与发射 机同步跳变的中频载波。待跳频同步后，将跳后的 基 带 4-5 波 形 解 调 出 来 ， 由 6 ’ 3 变 换 器 对 基 带 4-5 波 形 进 行 采 样 ， 并 将 样 点 值 送 给 +,-.!"/012 进行处理。+,-.!"/012 接 收 到 样 点 值 后 首 先 对 其 进 行 4-5 解 调 ， 然 后 将 解 调 出 来 的 数 据 进 行 去 交 织 ，并
@9 在发送时，F;.!"4M1*= 首先对数据进行 -. （/"0，//0）编码，然后对数据进行交织。交织后的数据 进行 2.3 调制，产生 2.3 波形的样点值，经 K ’ N 转 换器和成型低通滤波器产生 2.3 的基带模拟波形。 同时，F;.!"4M1*= 还产生跳频码序列，通过查阅预 先存储在存储器中的跳频图案表，获得产生该频率信 号所对应的 KK. 控制字，并将该控制字写入 KK. 之 中和对 KK. 发出频率切换的指令。F;.!"4M1*= 以 " 444 次 ’ 秒的频率来更新 KK. 输出的频率，这样，在
构成的频率合 成 器 ， 以 产 生 !"" ,>? 的输出频率作为本振频率。待发送的中 频 宽 带 信 号 （1" ,>?A0B*.<1 ,>?）与 本 振 频 率 在 混 频 器 中 混 频 后 ，经 过 带 通 滤 波 器 取 上 边 带 ，得 到 !1" ,>?A!0B*.<1 ,>? 的射频信号，经过功率放大 后馈入天线予以发射。从天线接收下来的信号经过 滤波后，由低噪声放大器 :C6 放大，然后在混频器 中与本振信号混频，经带通滤波后恢复 1" ,>?A 0B*.<1 ,>? 的中频宽带信号。 !"# 设计方案二 设计方案二的发射系统如图 ! 所示。
"44/ 年 = 月 第!期
天津通信技术 FJNP5JP MR;;SPJMNFJRP. FTM+PRURIV
.W89"44/ PD9!
高速数据跳频通信系统的实现方案
李振东O 李文臣O 刘 淮
（南开大学，天津 !4440/）
摘 要：详细介绍了为实现高速数据传输而设计的跳频通信系统的两种方案，并阐述了各自的工作原理和优缺点。
第N期
李振东7李文臣7刘 淮：高速数据跳频通信系统的实现方案
E\
图案表的规律跳变的，将两路中频信号进行模拟相 在很大程度上取决于跳频码序列的选择。跳频电台
加后再送至射频部分之中。
常用的跳频码序列通常是基于 4 序列或 LB 码的，
设计方案二的接收系统与设计方案一相同，不 而本设计方案则采用的是目前研究的热点— ——混
表 ! 系统设计参数表
信道速率 信道间隔 信道编码 频点数
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调制方案 跳频速率 同步方案 跳频码
2.3
"444 5678 ’ ( 同步字头法 混沌序列
系统带宽
中频
射频
/)9!:* ;+, *4 ;+,<
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近年来，跳频通信在民用通信系统中的应用也 越来越受到重视，特别是应用于蜂窝移动电话系统 之中，如法国的 .2+=44 系统和欧洲的 I.; 系统 等，其跳频速率分别是 "14 5678 ’ ( 和 "/0 5678 ’ (。
另外，跳频技术在无线局域网中也得到了普遍的 应用，例如“蓝牙”技术就是建立在跳频技术之上的。
=B
天津通信技术
!""= 年
射频电路予以发送。
)* 在 接 收 时 ，从 射 频 电 路 解 调 下 来 的宽带中频信号首先经过中频滤波器
和中频 6;/ 电路滤除带外噪声和稳定 幅度，然后与本地 33-89:: 产生的 跳 变中的中频载波信号在混频器中混频，
经过低通滤波器后获得去跳后的基带
4-5 波形。 （.）射频子系统由频率合 成 器 、混
OTP G8U$*,#%7V8W$)40%#*8X,$1&’6# 2%#:-#*(3 "+1Y 1’*0 ’* <9 (+44-*’($&’+*.8Z[[[ C%+(+44-*8 ERRT7K;S=8
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法而不需变更硬件，因而符合现代软件无线电的发 M，符合跳频码序列汉明相关的要求。
展趋势。但方案一中频部分的硬件电路比较复杂， 由于 9BD 的频率相对于中频载波很小，因此两者
（N）跳频通信系统的数字化和软件化 本设计方案与传统的跳频通信方案相比，采用
混频后的差频与和频相差较小，对带通滤波器的要 求比较苛刻。
件来实现，在升级时若要更改调制方案，就需变更 好的条件。
硬件电路，比较麻烦。 NOQ 本设计方案与传统跳频方案相比较
O参考文献P
本设计方案与传统跳频方案相比较具有以下 优点：
（E）提高了跳频速率 在跳频通信系统中，跳频速率是一个重要的指 标，该指标会直接影响抗干扰性能的强弱。由于受 目前的技术水平所限，还跟不上 E FFF G-41 H . 的跟 踪干扰机，因此需要跳速大于 E FFF G-41 H .，使系统 避开干扰机的跟踪，以在电子对抗中处于有利的地 位。因此本方案采用了 AABICJJ 新型的高速频率 合成器，使跳速提高至 E FFF G-41 H . 成为可能。 （K）跳频码序列的优化 跳频组网时，网内电台自身相互间干扰的大小
@*在处于发送状态时，4ห้องสมุดไป่ตู้5 基带信号与 33- 产 生跳变的载波信号在混频器中混频后再产生跳变 的中频信号（1" ,>?A0B*.<1 ,>?），经 滤 波 后 送 入
在 发 送 时 D+,-.!"/012 首 先 对 数 据 进 行 7E=!FD==FG编码，然后对数据进行交织，交 织 后 的 数 据 "，= 控制门 = 和门 !。当数据为 = 时，门 = 导通， 开启第一路中频信号；当数据为 " 时，门 ! 导通，开 启第二路中频信号。与此同时，+,-.!"/012 控制 两个串口输出两路频率控制字，从而产生两路中频 信号。其第一路中频信号的频率控制字是跳变的中 频载波频率控制字与 1< 5>? （4-5 中 = 对应的频 率 ）频 率 控 制 字 之 和 ，第 二 路 中 频 信 号 的 频 率 控 制 字 是 跳 变 的 中 频 载 波 频 率 控 制 字 与 .! 5>?（4-5 中 " 对应的频率）频率控制字之和。两路中跳变的 中频载波频率控制字都是根据 3-9 存储器中跳频
在未来的通信中，需要有抗干扰能力强和信息 容量大的通信系统，特别是要满足高速数据通信的 要求等等，为此基于跳频技术的数据通信系统的产 生就成为了一种必然。本文正是基于这种背景，提出 了高速数据跳频通信系统的两种设计方案的。
" 设计方案的描述
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作者简介 李振东：南开大学通信工程系 =: 级硕士研究生。 李 文 臣 ：南 开 大 学 通 信 工 程 系 教 授 。 刘 淮 ：南开大学通信工程系 "444 级硕士研究生。
了较多的数字设计技术。首先是 AAB 的采用，使得 整个设计得到了简化，也提高了性能。其次是高速
对于方案二，是将 9BD 调制和混频巧妙地结 合 在 一 起 的 ，省 去 了 混 频 器 和 滤 波 器 等 器 件 ，因 而 硬件电路相对比较简单。其缺点是，由于 9BD 用硬
数 字 信 号 处 理 器 （ABC）技 术 的 采 用 ，使 得 整 个 基 带 处理实现数字化和软件化，因此该系统可以成为通 用的跳频通信平台，为系统的进一步升级创造了良
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射频子系统三个部分。 （/）基带子系统包括 FJ 公司的 /) 位定点 K.L
芯片 F;.!"4M1*= 和其外部所需的 N ’ K、K ’ N 转换 器 （包 括 其 所 需 的 波 形 成 型 滤 波 器 ）以 及 相 应 的 数 据及程序存储空间。F;.!"4M1*= 的指令执行速度 为 14 ;JL.（百万指令数每秒），在每跳的时间间隔 内可以完成 "1 444 条指令，足够任务处理所需的时 间。从图 / 中可以看出，F;.!"4M1*= 是整个系统的 核心部分，大部分信号处理任务由其来完成。
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沌码序列，来作为跳频码的序列。通过计算机仿真
NOP 方案一、二的比较
发 现 ，混 沌 码 序 列 在 自 相 关 、周 期 性 、保 密 性 、多 址
对于方案一7基带部分全部实现了软件化7不仅 等方面明显地优越于其它跳频码的序列，尽管其汉
便于升级，而且在更改调制方案时只需更改调制算 明互相关在某些时延下较大，但平均互相关仅为
由 7- 译码程序进行译码。在数据解调的 过程中，+,-.!"/012 还要进行跳频同步 跟 踪 ，以 及 通 过 监 视 和 分 析 基 带 信 号 ，从
跳频同步跟踪算法中获得跳频码序列发 生器产生时钟的微调值，再通过微调跳频码序列的 相位保持最佳的同步状态。
（!）中 频 子 系 统 包 括 直 接 数 字 频 率 合 成 器 （33-89::）、混 频 器 、中 频 滤 波 器 以 及 中 频 自 动 增 益控制（6;/）电路。33-89:: 是跳频的核心部件。 在本设计中，33- 选用的是 63 公司的 632<0"，在 =!0 ,>? 时钟信号的驱动下，可以产生分辨率为 1*12! >? 的信号，其频率切换速度达 到 微 秒 （!(） 级，完全能够满足本设计对频率合成器的要求。
关 键 词 ：跳 频 ；信 道 编 解 码 ；频 率 合 成 ；混 沌 序 列 ；数 字 信 号 处 理
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文献标识码：Q
文 章 编 号 ：/44)?0**"（"44/）4!?44/1?4!
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跳频通信最早应用于军事通信，从 )4 年代 开 始 ，国 外 就 一 直 在 进 行 新 的 扩 频 通 信 体 制 、理 论 和技术的研究。例如，英国的 -@A@B、;@CADE% 公司， 美国的 +@CC%( 公司和法国的 FGD7(DE 公司等都先 后 研 制 成 功 了 采 用 跳 频 技 术 的 短 波 通 信 电 台 ，其 跳频速率在 "44 跳 ’ 秒（5678 ’ (）左右，主要用于话 音 通 信 。 在 国 内 ，通 过 技 术 引 进 和 消 化 ，也 已 生 产 和安装了中速超短波的跳频电台，如 0/4 厂生产 的 0/4?H 型电台，跳频速率为 "4! 5678 ’ (。
频 器 、滤 波 器 以 及 射 频 功 放 、低 噪 声 放
大器 :C6 等构成。其中频率合成器采 用的是有固定频率输出的由锁相环路
发射机中就产生了 ! """ #$%& ’ ( 的跳变中频载波信 号。
)*在接收时，+,-.!"/012 的处理 过 程 与 发 送 相反，首先 +,-.!"/012 控制 33- 在一个定频上 等待同步头，并将 +,-.!"/012 的程序处于同步捕 获的进程中，一旦捕获到同步信号 ，+,-.!"/012 即启动跳频码序列发生器，控制 33- 产生与发射 机同步跳变的中频载波。待跳频同步后，将跳后的 基 带 4-5 波 形 解 调 出 来 ， 由 6 ’ 3 变 换 器 对 基 带 4-5 波 形 进 行 采 样 ， 并 将 样 点 值 送 给 +,-.!"/012 进行处理。+,-.!"/012 接 收 到 样 点 值 后 首 先 对 其 进 行 4-5 解 调 ， 然 后 将 解 调 出 来 的 数 据 进 行 去 交 织 ，并
@9 在发送时，F;.!"4M1*= 首先对数据进行 -. （/"0，//0）编码，然后对数据进行交织。交织后的数据 进行 2.3 调制，产生 2.3 波形的样点值，经 K ’ N 转 换器和成型低通滤波器产生 2.3 的基带模拟波形。 同时，F;.!"4M1*= 还产生跳频码序列，通过查阅预 先存储在存储器中的跳频图案表，获得产生该频率信 号所对应的 KK. 控制字，并将该控制字写入 KK. 之 中和对 KK. 发出频率切换的指令。F;.!"4M1*= 以 " 444 次 ’ 秒的频率来更新 KK. 输出的频率，这样，在
构成的频率合 成 器 ， 以 产 生 !"" ,>? 的输出频率作为本振频率。待发送的中 频 宽 带 信 号 （1" ,>?A0B*.<1 ,>?）与 本 振 频 率 在 混 频 器 中 混 频 后 ，经 过 带 通 滤 波 器 取 上 边 带 ，得 到 !1" ,>?A!0B*.<1 ,>? 的射频信号，经过功率放大 后馈入天线予以发射。从天线接收下来的信号经过 滤波后，由低噪声放大器 :C6 放大，然后在混频器 中与本振信号混频，经带通滤波后恢复 1" ,>?A 0B*.<1 ,>? 的中频宽带信号。 !"# 设计方案二 设计方案二的发射系统如图 ! 所示。
"44/ 年 = 月 第!期
天津通信技术 FJNP5JP MR;;SPJMNFJRP. FTM+PRURIV
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高速数据跳频通信系统的实现方案
李振东O 李文臣O 刘 淮
（南开大学，天津 !4440/）
摘 要：详细介绍了为实现高速数据传输而设计的跳频通信系统的两种方案，并阐述了各自的工作原理和优缺点。
第N期
李振东7李文臣7刘 淮：高速数据跳频通信系统的实现方案
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图案表的规律跳变的，将两路中频信号进行模拟相 在很大程度上取决于跳频码序列的选择。跳频电台
加后再送至射频部分之中。
常用的跳频码序列通常是基于 4 序列或 LB 码的，
设计方案二的接收系统与设计方案一相同，不 而本设计方案则采用的是目前研究的热点— ——混