实战数字信号处理之五⼗ 跳频扩频技术

如题所述

深入探索:数字信号处理中的跳频扩频技术


无线通信中的璀璨明珠——跳频扩频(FHSS)技术,巧妙地通过高频切换,为数据传输创造了奇迹。它将数据包分散在多个频道上,形成宽广的频谱,旨在增强信号安全、减少干扰和提高频谱效率。在863 MHz至870 MHz的测试频段,FHSS与MFSK如BFSK-FHSS的融合更是引人入胜,其非相干检测解调方式如图13.15所示,非相干BFSK调制的简洁性体现在无需关注初始相位,让接收机设计更加轻松。


数据编码的艺术


BFSK调制器,如魔术师般,通过精确的高采样频率确保信号频率间的正交性,如图13.16所示的<bfsk_mod.m函数,能生成各种形式的BFSK信号,将二进制1和0巧妙地映射到两个不同频率上。


频道分配的智慧


在设计150KHz到1650KHz的FHSS系统时,每个BFSK信号占用60KHz带宽,根据Carson法则,每个频道间隔均匀,通过精心计算的驻留时间,数据在频道间进行无缝跳转。


跳频的节奏


跳频分为快速跳频,以符号速率以上的速度在频道间跳跃,和慢速跳频,每跳动一个符号时间或更多。快速跳频如图13.20所示,通过调整跳频次数和符号时间,形成动态的信号景观,而慢速跳频如图13.21,则展现了一种更稳定的频率变换。


代码实践与视觉呈现


在13.4.6节的模拟代码中,<bfsk_mod.m和等工具将理论与实践相结合,赋予了BFSK-FHSS实时的活力。图13.22展示了快速FHSS传输信号的生动图像,而图13.23则揭示了接收器如何解读这些跳动的信号,两者共同构建了一个完整的通信链路图景。


跳频扩频技术以其独特的优势,不仅在数字信号处理中扮演着关键角色,而且在实际应用中展现了卓越的性能。深入理解并掌握这一技术,无疑将为无线通信领域开启新的可能性。

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