短波動(dòng)態(tài)頻譜接入的頻譜感知技術(shù)解讀

1 短波動(dòng)態(tài)頻譜接入系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

短波動(dòng)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(hào)處理器、音頻信號(hào)處理模塊以及外部存儲(chǔ)器等部分。

TMS320VC5502 是信號(hào)處理部分的核心，主要負(fù)責(zé)對(duì)音頻信號(hào)處理模塊送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析;TLV320AIC10 音頻處理模塊主要完成對(duì)輸入模擬信號(hào)的濾波和A/ D 轉(zhuǎn)換工作; SST39LF800A 作為程序存儲(chǔ)器，存放DSP 的引導(dǎo)程序; SDRAM 作為外部存儲(chǔ)空間的擴(kuò)展，存放處理的數(shù)據(jù); DSP 與各外設(shè)的聯(lián)絡(luò)由XC2C128VQ100 來(lái)完成; 2410 開(kāi)發(fā)板承載整個(gè)應(yīng)用程序，同時(shí)通過(guò)RS 232 串口實(shí)現(xiàn)對(duì)短波電臺(tái)的自動(dòng)化操作和控制，并通過(guò)反饋信息獲取電臺(tái)的工作狀態(tài)，圖1 為系統(tǒng)的硬件框圖。

系統(tǒng)工作過(guò)程如下： 系統(tǒng)加電TMS320VC5502復(fù)位后，由其內(nèi)部固化的引導(dǎo)程序（ BOOT） 將存于FLASH 的程序和數(shù)據(jù)搬移至內(nèi)部RAM。由電臺(tái)音頻口送來(lái)的音頻信號(hào)經(jīng)TLV320AIC10 采樣后，送到高速處理器TMS320VC5502 進(jìn)行基帶信號(hào)的FFT 運(yùn)算。DSP 每運(yùn)行一次算法，將結(jié)果送至RAM，在信道掃描一周后，RAM 將結(jié)果送到DSP，將各個(gè)信道的噪聲功率值排序，并將結(jié)果通過(guò)RS232 口送給SBC 2410 開(kāi)發(fā)板，SBC 2410 開(kāi)發(fā)板收到后，根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的噪聲門(mén)限為每個(gè)信道劃分等級(jí)，并將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2 短波動(dòng)態(tài)頻譜接入系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2. 1 探測(cè)信號(hào)發(fā)送主程序設(shè)計(jì)

探測(cè)信號(hào)發(fā)送主程序流程如圖2 所示。

有效載荷經(jīng)過(guò)卷積編碼、交織和正交符號(hào)映射后，形成長(zhǎng)度為13 1*= 832 的3 bit 數(shù)據(jù)符號(hào)序列，然后與保護(hù)序列、探測(cè)報(bào)頭和數(shù)據(jù)符號(hào)序列組成信道符號(hào)序列，以2 400 符號(hào)/ s 的速率對(duì)1 800 Hz的載波進(jìn)行8PSK 調(diào)制，產(chǎn)生發(fā)送波形。

2. 2 接收信號(hào)恢復(fù)主程序設(shè)計(jì)

在沒(méi)有通信任務(wù)的狀態(tài)下，系統(tǒng)持續(xù)地監(jiān)測(cè)信道上有沒(méi)有高過(guò)門(mén)限的有效信號(hào)序列。如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)，系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)信號(hào)進(jìn)行捕獲。當(dāng)?shù)? 次出現(xiàn)峰值大于門(mén)限時(shí)，記錄此時(shí)的頻差估計(jì)值，然后作3 次確認(rèn)。若3 次確認(rèn)中的峰值大于門(mén)限的少于2 次，或者頻差估計(jì)值之間的差值超出允許的范圍，則認(rèn)為捕獲無(wú)效，系統(tǒng)重新開(kāi)始搜索; 若確認(rèn)過(guò)程中大于門(mén)限的峰值次數(shù)和頻差估計(jì)值之間的差值在允許范圍內(nèi)，則進(jìn)行位同步和信道估計(jì)。在位同步過(guò)程中，通過(guò)與本地序列的滑動(dòng)相關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)位同步和信道估計(jì)，并對(duì)多次估計(jì)值的結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)處理，獲得最終的位同步和信道參數(shù)估值結(jié)果。根據(jù)位同步結(jié)果，通過(guò)采用分集接收、相關(guān)解擴(kuò)、解交織和解碼獲得原始信息，完成一次接收。根據(jù)前導(dǎo)序列的對(duì)比可獲得信道誤碼率，其軟件設(shè)計(jì)流程如圖3 所示。

3 短波動(dòng)態(tài)頻譜接入系統(tǒng)性能測(cè)試

為了對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體性能進(jìn)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(jìn)行了3 個(gè)多月、共約1 200 余次的通信實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)中主要對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的鏈路建立和基本數(shù)傳性能進(jìn)行了測(cè)試和*估。以鏈路建立和數(shù)據(jù)報(bào)文通信為主，每份報(bào)文以200 組為標(biāo)準(zhǔn)，每4 個(gè)字符為一組，共800 個(gè)字符進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。每隔30 min 發(fā)起一次呼叫，發(fā)起呼叫時(shí)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(bào)文。通過(guò)記錄鏈路建立情況、呼損率和數(shù)據(jù)報(bào)文的接收情況來(lái)測(cè)試系統(tǒng)的基本性能。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shù)、動(dòng)態(tài)頻率優(yōu)選等技術(shù)，建鏈概率和建鏈時(shí)間分別比二代短波電臺(tái)提高了約26% 和31% 。

在數(shù)據(jù)報(bào)文的通信過(guò)程中，由于系統(tǒng)采用了短波頻譜感知技術(shù)，通信前，系統(tǒng)根據(jù)頻譜感知結(jié)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(bào)文的正確接收概率比普通的短波電臺(tái)提高了10%~ 12%，而且平均錯(cuò)誤字符的概率也比普通電臺(tái)降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到了10- 4，能夠充分滿足短波普通通信業(yè)務(wù)的需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于短波動(dòng)態(tài)頻譜接入的頻譜感知技術(shù)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(wù)傳輸性能，提高了短波數(shù)據(jù)通信的可靠性和有效性，對(duì)于提升通信裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能具有十分重要的意義。

編輯：hfy