软件无线电跳频技术研究

摘要：软件无线电台是软件无线电技术在通信电台中的应用，本文围绕软件无线电技术与跳频技术概念简介、DDS基本概念与设计原理简介、DDS在软件无线电跳频技术中的应用、跳频功能在软件方面的实现四大部分展开讨论，对软件无线电跳频技术进行了一个系统的研究。

关键词：软件无线电、跳频、DDS、

中图分类号：TP91文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2013) 07-0000-02

1软件无线电技术与跳频技术概念简介

1.1软件无线电技术。软件无线电是为了实现与下一代无线通信系统同步运行所产生的新型系统，被各相关领域公认为是目前最具有前景的新型通信技术，该技术是在1992年由MILTRE公司旗下的数十人研发出来的，整个技术均是围绕以下思想为核心进行研发：通过构建一个具有开放性、标准化的通用硬件平台，用软件来实现数据格式、调制解调等工作。

软件无线电的技术核心是将电线杆应的射频模拟信号转化为数字化模式，使其能够通过数字化信号处理器或者计算机处理器进行处理，处理之后再利用软件来实现其他多种功能。通过这种处理，可以使其获得更有效的扩展性能及适应性，整个系统都着重于它的开放性及全面性。硬件的相关配套功能的变更均能够通过对软件进行更改而实现，最后达到新的功能。

1.2跳频技术。在传统的无线电通信中，通常是采用“定频”的方式进行运作，在这种工作模式下，虽然可以在适当的时间内切换通信频率，但是由于通信频率的切换时间较长，因此其载波频率在一定的时间段内是恒定不变的，但是根据目前战争通信的现状来看，敌方只要发现到我方频率，就可以轻而易举地进行频率截获或进行干扰，因此这种方式不能较好地维护隐私，保密性和抗干扰性不佳。基于这种现状，我们研发出了跳频技术，并在通信领域中得到广泛的应用。

跳频技术与传统的固频技术最大的不同就是在于跳频技术多了一个地址码产生器，任何一个电台的地址码产生器均会产生一个区别于其他电台的伪随机序列地址码，用来控制频率合成器的本振频率，这种输出的频率会随着伪随机序列的改变而改变，且相同的地址码序列也随之在接收端被输出，本地频率合成器产生的频率码与预期接收的信号频率保持同步变化，最后跳频信号被转化为固频信号，在一系列解调之后恢复到原信息码。现有的跳频技术相对于之前的定频技术来说具有更好的抗干扰性和稳定性，可以很好地避免信息截获情况的发生。

2DDS基本概念与设计原理简介

直接数字合成技术简称DDS，该技术通过DAC将一系列由数字组成的信号转换成模拟量形式信号，DDS具有较高的分辨率、且频率变化速度快、所生成的正弦和余弦可发生正交。本文基于DDS直接数字合成技术研究出了一种对数字进行调制的方案，这种调制方案结构简单，极好地实现了软件无线电中的跳频技术。

DDS技术设计方案使用了美国ANALOG DEVICE集团所研发的AD9851芯片，并由6倍参考时钟、数据输入储存器等部分组成，且该告诉DDS芯片的时钟频率可以高达180MHZ，输出率也可高达70MHZ。AD9851可以输出一个纯净且稳定的模拟正弦波，且该正弦波可以直接成为基准信号的来源，或者间接地利用内部自带的高速比较器转化为标准方波，再进行输出，最后作为灵敏时钟发生器被进行利用。

由于在寄存器上面发生了一系列串行操作，因此位于串行端口处的控制器能够对指令字节寄存器地址进行正确的识别。通常在串行操作命令过程和通信过程中，会先将指令过程中的指令字进行输出，指令过程所对应SCLK的前八个上升沿，这八个上升沿对应的8大指令分别包括了以下信息：其中R/W是用来判断指令字之后的操作是通过读来完成还是通过写来完成，若是高电平，则通过读来完成操作，若是低电平，则通过写来完成操作。另外，还需注意6、5位的电平高低不会影响操作的形式，4-0位对应的是A4-A0，这个代表操作串行所寄存的寄存器地址。改地址的信息中包括了该指令所所处的指令段相对应的通信段字节数量。在指令过程后则开始进入通信过程，对字节数所对应的通信周期进行传送。

在完成了通信周期之后，AD9951的串口控制器会自动默认下面的8个SCLK的上升沿所对应的是下一个通信周期的指令字，IOSYNC引脚状态处于高电平时，会立刻自动停止当前的通信周期，若IOSYNC的引脚状态将至低电平时，AD9951的串口控制器则会自动默认下面的8个系统时钟的上升沿所对应的是下一个通信周期的指令字，这样可以很好地维持通信的同步性。AD9951在串行操作上主要分为两种数据传送方式，一种是从最高位开始传送，另一种是从最低位开始传送，数据传送方式的选择是通过控制寄存器0的第八位决定的，但是在默认状态下会自动选择低电平，此时是通过先传送最高位的方式进行数据传送，相反在高电平时，则是通过先传送最低位的方式进行数据传送。

3DDS在软件无线电跳频技术中的应用

以AD9854为核心的跳频频率合成器是由DSP模块、DDS芯片、低通滤波器组成，其中跳频图形的生成工作与DDS芯片的控制工作均通过DSP来完成。

3.1跳频系统方案第一步—-跳频的发送。DSP在对电路进行控制时，第一个步骤便是产生跳频码序列。通过查看预先储存在存储器中的跳频图案表，来获取输入此段频率所对应的频率控制字，随后将该控制字输入至DDS芯片中，DDS再将所需要的跳变频率进行输出，DSP在对电路进行控制时，应以每秒4000次的频率来对DDS产生的频率进行更新，因此在跳频频率合成器中产生的双路跳变正交载波信号也是每秒4000跳，最后将该双路跳变正交载波信号输入到载波正交调制模块中。

3.2跳频系统方案第一步—-跳频的接收。在进行跳频的接收时，其处理过程与发送过程截然相反。首先要通过同步频率来进行DSP电路控制，将DDS锁定在一个固定的频率上等待同步频率的到来，再使程序设置为同步获取的状态，一旦截获了同步的信号，则控制电路会自动启动跳频码序列发生器，来对DDS芯片产生与发射机同步跳频接拦截波的控制，在输入到拦截波正交解调模块。在跳频保持同步之后，再对跳频后产生的基带波形进行解调，在基带波形解调过程中，DSP控制电路还需要对跳频保持同步跟踪，并对基带信号进行监控和分析，并运用跳频同步跟踪计算法来计算出调频码序列发生器产生时钟的微调值及和接受频率的控制字，使DDS长时间处于最佳的同步状态之中。

3.3跳频系统方案第一步—-低通滤波器。DDS与数字化技术相结合，并将最后所合成的信号通过D/A进行转换。该频谱中包含了及其海量的频谱分量，在使用前应先将这些海量的频谱分量进行剔除，才能使输出的频谱正弦更纯净。此时可以考虑使用7阶梯椭圆滤波器。

4跳频功能在软件方面的实现

在跳频通信技术中通常使用FSK进行调制，使用这种工作方式，可以大大加快跳频功能的实现速度，首先DSP会产生一系列伪随机序列和跳频图案，并将其存储在存储器中。当信息数据出现时，DSP会对其进行重新编码，再通过跳频图案来对相应的频率控制字进行计算。其中FTW1和FTW2所对应的频率信息码为0和1.DSP先将FTW1和FTW2输入至DDS，再将输出频率信号进行更新，这样就完成了整个频率切换过程。与此同时，数据在经过DSP处理之后被输入至AD9852的FSK管脚，根据数据类型选择相应的输出频率，这样整个FSK调制过程便完成了，实现了跳频功能。

参考文献：

[1]吉亚平,李文臣.芯片AD9854在脯频逼信系统中的应用[J].天津通信技术,2002,12(4):31-33.

[2]郭德淳,杨文革,费元春.快速捷变频率合成器的研制[J].兵工学报,2003,24(2):277.

[3]榘爵娟,唐小宏.用PIC单片机控制DDS芯片AD9852实现雷达跳频系统[J].电子技术应用,2003,1:69-71.

[4]吕盛,费元春.DSP+DDS在软件无线电中的应用[J].通信技术,2003,5:37-38.

[5]赵毅,曹巍,王阳,郭黎利.基于软件无线电的全数字扩频调制的实现[J].应用科技,2005,3:6-8.