基于FFT架构的消息驱动跳频系统设计及FPGA实现

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跳频技术作为扩频技术的一种,具有良好的抗干扰、抗衰落能力。但由于其频率跳变的特性,接收端需要做跳频同步,导致了接收机复杂度较高。这种复杂的接收端结构既限制了跳速的增加,也限制了调制方式的选择,最终的结果就是跳频系统其信息速率通常较慢,传输效率不高。本文依托项目背景,提出了一种基于FFT架构的消息驱动跳频系统,并为这种跳频通信体制设计了一种新型的映射方式,最后完成本系统的关键技术性能理论分析和基带波形的行为级仿真。首先,由跳频技术作为起点,简单介绍了跳频系统的原理、关键技术,说明了跳频系统的优点及其存在的问题。为了改进跳频系统的这些问题,先详细介绍了消息驱动跳频系统的原理及实现方案,并介绍消息驱动跳频系统的两种改进系统,增强型消息驱动跳频系统及抗干扰消息驱动跳频系统。又介绍了基于FFT架构的跳频系统的原理及关键技术,并举出一个基于FFT架构的跳频系统的应用实例。然后,分别对三种跳频系统进行建模和性能对比。其次,在前一部分的基础上提出了基于FFT架构的消息驱动跳频系统,详细介绍了基于FFT架构的消息驱动跳频系统的系统设计与关键技术,并针对本系统提出了一种位同步方式,进行了仿真验证。针对本文提出的系统,本文设计了一种新型映射方式,正交分组二进制频移键控(Orthogonal Grouped Binary Frequency Shift Keying,OG-2FSK),与传统的映射方式二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)一起为例介绍了具体的映射过程。对基于FFT架构的消息驱动跳频系统进行建模,与传统跳频系统对比了传输效率、误码性能,得出了消息驱动跳频系统是用误码性能为代价换取传输效率的结论。然后,本文提出了基于FFT架构的消息驱动跳频系统的数学模型,并对本系统的OG-2FSK映射与BPSK映射在AWGN信道下与时间选择性衰落信道下的误码性能进行推导,最后对推导结果进行仿真验证。最后,在前几部分的基础上设计了FFT架构的消息驱动跳频系统的FPGA硬件实现方案,详细介绍了发射机与接收机的模块划分,发射机分为时钟产生模块、基带数据产生模块、分帧模块、映射准备模块、映射及调制模块、位同步添加模块六个模块,接收机包括位同步模块、FFT解调模块、解映射模块三个部分。包括每个模块实现的功能、接口设计与仿真结果,并给出了发射机与接收机整体设计及仿真结果。行为级仿真的结果显示,本文用Verilog语言搭建的基于FFT架构的消息驱动跳频系统生成的基带波形正确,可以正常完成分帧、调制、同步、解调及解映射等功能,证明本系统的设计可以完成基本的通信功能。
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