基于OFDM框架的跳频系统方案设计及同步算法研究

发布时间：2020-04-10 23:46

【摘要】：传统的跳频系统有着跳频点数受限、跳频器设计复杂、频谱利用率低以及跳频驻留时间过长等缺点,这些制约着跳频系统的发展,同时也不能适应现代化大数据高速安全传输的通信需求。在这样的研究背景下,本论文提出了将传统的跳频技术与成熟的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术相结合的构想。此构想摒弃了传统跳频系统中跳频器的设计,实现了基于OFDM框架的跳频系统设计,使得系统结构更加简单灵活,易于在软件无线电等硬件平台上实现,为跳频系统的进一步发展提供了思路。本论文内容阐述主要分为两大部分来进行,具体如下:首先,讲述了基于OFDM框架的跳频系统的方案设计,在这一部分涉及到软扩频技术、跳频技术以及OFDM技术。关于软扩频技术,本论文着重介绍了软扩频编码映射中扩频码的生成和选取,并在此基础上仿真分析了影响软扩频性能的因素以及相互之间的关系。对于跳频模块,本论文着重介绍了跳频序列发生器的设计原理以及跳频图案的设计,通过分析跳频系统的不足,从而引出结合OFDM技术的构想,并对跳频与OFDM结合的具体方法进行了详细描述。其中跳频模块产生跳频频率控制指令,来控制OFDM符号中子载波的选取,并基于IFFT/FFT算法,可以十分容易的得到具有OFDM性质的调制信号。在结合方式上分为单跳频模式和多跳频模式来对比分析,研究各自的优缺点和适用环境。通过仿真论证了设计系统的整体性能,并探讨了软扩频技术对系统误码率的改善的情况以及跳频对系统抗干扰和抗截获能力的提升。其次,研究了基于训练序列的几种同步算法,并针对各自在定时同步和载波同步的估计能力经行对比分析。在定时同步上主要介绍了Schmidl算法、Minn算法和Park算法,针对Schmidl算法中出现的平台区现象,具体分析了其训练序列的结构特征,找出了循环前缀是导致这一现象的原因,进而对比Minn算法和Park算法,证明了Park算法中共轭对称性在定时估计上的优异性能。在载波同步上对比了Moose算法、Schmidl算法和Kim算法的性能,发现了训练序列结构的重复性对频偏捕获范围有着直接的影响。进一步研究训练序列重复性和共轭对称性之间存在相互制约的关系,通过对算法结构改进发现可以通过牺牲一定的定时估计能力来提高算法频偏估计能力。
【图文】：

跳频系统,一般模型

（b）基于 OFDM 框架的跳频系统图1.1 两种跳频系统的频谱示意图对比图1.2 基于 OFDM 框架的跳频系统一般模型1.3.2 论文整体研究思路针对传统的跳频系统的不足，本论文提出了将跳频与 OFDM 结合的构想，整个研究思路框图如图 1.3 所示。本论文设计的基于 OFDM 框架的跳频系统主要由三个部分

框图,研究思路,框图,跳频

第 1 章绪论扩频模块、跳频模块和 OFDM 模块。软扩频模块设计是为了进得系统能够在信道环境恶劣的情况下正常通信，其扩频码的选坏，本方案中选取 Hadamard 码作为扩频码；跳频模块主要是的设计，其产生跳频频率控制指令来生成跳频图案；OFDM 模块，，基于 OFDM 框架的跳频系统模式的设计则是本论文的创新扩频+跳频+OFDM”的新系统构想，相较于传统系统性能有了一个跳频点选取子载波数的不同，将跳频模式分为两种：单跳不同的跳频模式其跳频图案的设计成为了关键，而生成跳频图就成了研究的重点，其细节分析将在第 3 章中经行具体阐述。M 系统的设计后，本论文进一步深入探究了 OFDM 系统基于训析了 Schmidl 算法、Park 算法、Minn 算法、Moose 算法和 Ki的结构设计以及性能优劣，并提出了改进思路，总结影响算法
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.53

【参考文献】