摘要
跳频(FH)系统凭借其可靠的通信性能被广泛地应用于各种信道环境下的抗干扰通信中。但常规跳频存在着频谱效率低的缺点，因此为了提高常规跳频系统的频谱效率，近年来提出了消息驱动型跳频(MDFH)技术。消息驱动跳频技术利用信息代替PN序列选择跳频频点，因此频谱效率大幅提升。但其代价是接收端无法得到跳频图案信息，需要采用盲检测的方式，因此系统性能受干扰的影响较大。本文为改进消息驱动跳频系统抗干扰性能差的问题，结合了认知无线电(CR)技术，提出了一种基于认知的消息驱动跳频通信系统(C-MDFH)。首先在传统能量检测感知技术的基础上对系统的接收方式做出改进，提高了系统的可靠性;其次又设计了一种随机化映射方案，提高了新系统的跳频图案性能;最后本文提出了两种频带划分算法，解决了驱动比特动态映射的难题。本文最后还通过理论推导和仿真证明了C-MDFH系统在部分频带干扰和单音干扰下拥有更好地抗干扰性能。 本文研究内容为三部分: 首先，本文基于传统跳频系统的不足，综合了消息驱动跳频系统和认知跳频系统的优势，提出了一种新的跳频系统构架。在新的系统方案中，对驱动比特控制的跳频图案进行随机化处理，提升了跳频图案的综合性能。另外本文主要设计了两种频带划分算法，分别为频点转移法和频点映射法，并且通过理论和仿真分别分析了这两种方法的优点和缺点。另外本文针对C-MDFH系统的传统能量检测感知算法做了一定的改进，设计了一种双门限检测感知方案。 其次，本文基于上述提出的两种频带划分方案，分析了在高斯白噪声信道下两种方案的频谱效率，得出C-MDFH系统依然具有较高的频谱效率。本文还对C-MDFH系统的抗干扰性能进行分析，推导了C-MDFH系统在部分频带干扰以及单音干扰下的误码率公式，以及分析了C-MDFH系统在多径衰落信道下系统的抗干扰性能，并根据仿真结果得出C-MDFH系统的误码性能与理论推导基本一致。本文还通过对比分析得出相较于常规MDFH系统，C-MDFH系统在部分频带干扰和单音干扰下误码性能有较大提升。另外，在多径衰落信道下相较于常规认知跳频，在控制相同效率的情况下，根据仿真得出C-MDFH系统的误码性能具有较大的提升。 最后，本文在前几部分的基础上设计了认知跳频系统的FPGA硬件实现方案，并且详细介绍了发射机和接收机模块。发射机分为基带数据产生模块、基带调制模块、跳频调制模块，接收机则包括位同步模块、帧同步模块、解跳模块，基带解调模块。本文对各个模块的功能实现、接口设计、仿真结果以及上板调试的结果均给出了详细的阐述。首先，通过行为级仿真的结果表明，本文采用Verilog语言建立的认知跳频系统生成的基带波形和规避频点的正确性，并且可以正常完成调制、同步、解调等功能。最后本文还利用两个FPGA开发板进行无线联调，通过联调结果的正确性证明了本系统的设计方案可以完成认知跳频系统的通信功能。
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