CN110071739B - 一种基于跳频、gmsk和ds的通信系统及方法 - Google Patents
一种基于跳频、gmsk和ds的通信系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110071739B CN110071739B CN201910181068.7A CN201910181068A CN110071739B CN 110071739 B CN110071739 B CN 110071739B CN 201910181068 A CN201910181068 A CN 201910181068A CN 110071739 B CN110071739 B CN 110071739B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- information data
- data
- frequency hopping
- processing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000009432 framing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 7
- 235000008694 Humulus lupulus Nutrition 0.000 claims 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/69—Spread spectrum techniques
- H04B1/707—Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
- H04B1/7097—Interference-related aspects
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/69—Spread spectrum techniques
- H04B1/713—Spread spectrum techniques using frequency hopping
- H04B1/715—Interference-related aspects
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
- H04L1/0056—Systems characterized by the type of code used
- H04L1/0057—Block codes
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
- H04L27/106—M-ary FSK
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Abstract
本发明提供一种基于跳频、GMSK和DS的通信系统及方法，信号发射模块采集信息数据、对信息数据进行RS编码、DS直扩和GMSK调制处理，然后进行混频和跳频处理后发射；信号接收模块接收信号发射模块发射的信息数据并进行跳频混频处理，然后再进行捕获、判决、解码和组帧处理，最后将信息数据输出。本发明通过采用RS编码、DS直扩、GMSK调制和混频跳频处理，能够极大的提高抗干扰能力，保证信号安全准确传输。
Description
技术领域
本发明属于通信领域，具体涉及一种基于跳频、GMSK和DS的通信系统及方法。
背景技术
目前市场上通用的数据传输系统，使用固定频段进行数据传输，例如，目前通用的消费级无人机均使用固定2.4G频段；在空间环境中，存在各种不同频段的信号干扰，因此如果在数据通信中出现相同频段信号，则设备易受到干扰，使数据传输错误或者通信距离下降，干扰较强时可能造成设备的控制失灵，从而使设备受损，严重情况下可能对人身安全造成危险。
因此在信息传输中，对于通信的抗干扰性、安全性以及稳定性提出严峻的要求，成为了当前无线通信设备中的重要难题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于跳频、GMSK和DS的通信系统及方法，抗干扰能力更强。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于跳频、GMSK和DS的通信系统，包括信号发射模块和信号接收模块；
信号发射模块包括：
数据采集模块，用于采集信息数据，并发送至发射端数据处理模块；
发射端数据处理模块，用于对接收到的信息数据进行RS编码、DS直扩和GMSK调制处理，处理后的信息数据发送至射频发射模块；
射频发射模块，用于对接收到的信息数据进行混频和跳频处理，处理后的数据通过发射天线发射；
信号接收模块包括：
射频接收模块，用于通过接收天线接收射频发射模块发射的信息数据，并进行跳频和混频处理，处理后的信息数据发送至接收端数据处理模块；
接收端数据处理模块，用于对接收到的信息数据进行捕获、判决、RS解码和组帧处理，处理后的信息数据发送至数据输出模块；
数据输出模块，用于将信息数据输出。
优选的，发射端数据处理模块采用第一FPGA芯片，射频发射模块采用第一AD9361芯片；接收端数据处理模块采用第二FPGA芯片，射频接收模块采用第二AD9361芯片。
进一步的，信号发射模块还包括：第一时钟电路、第一供电电路和第一存储电路；第一时钟电路为第一FPGA芯片和第一AD9361芯片提供时钟；第一供电电路为信号发射模块提供供电电压；第一存储电路对第一FPGA芯片的固化代码进行存储。
进一步的，信号接收模块还包括：第二时钟电路、第二供电电路和第二存储电路；第二时钟电路为第二FPGA芯片和第二AD9361芯片提供时钟；第二供电电路为信号接收模块提供供电电压；第二存储电路对第二FPGA芯片的固化代码进行存储。
优选的，数据采集模块采用RS232接口。
优选的，数据输出模块采用RS422接口。
一种基于跳频、GMSK和DS的通信方法，基于所述的系统，包括：信号发射模块采集信息数据、对信息数据进行RS编码、DS直扩和GMSK调制处理，然后进行混频和跳频处理后发射；信号接收模块接收信号发射模块发射的信息数据并进行跳频混频处理，然后再进行捕获、判决、解码和组帧处理，最后将信息数据输出。
优选的，跳频频率为1000Hop。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的通信系统，采用RS编码+DS直扩+GMSK调制，通过信道编码+GMSK调制，能够较大幅度提高设备的抗干扰能力。RS编码能够抵抗信号传输过程中出现的随机错误，通信中使用RS(63,51)编码，根据RS编码的纠错能力，在一组数据出现错误比特少于6个时，RS编码能够对原始数据的正确恢复；DS直频能够扩展信号的频带，使信号功率平均到一个宽带范围内，能够在低信噪比的情况下对于数据进行捕获；GMSK调制是在MSK调制的基础上前置一个Gauss滤波器进行预调制滤波，调制相位连续，平滑过渡，因此GMSK调制频偏紧凑、误码率较低，能够减少通信误码情况。跳频处理对于固定频率的干扰有较大的跳跃能力，能够在数次重复指令传输中，准确的解析到相应指令。本发明提供了一种抗干扰更强的数据通信系统，能够在20公里范围内，实现设备间的稳定、安全、可靠的通信。
进一步的，本发明的通信系统，在硬件上采用FPGA+AD9361架构，通过FPGA灵活的时序逻辑，对AD9361进行配置，在使用AD9361内本振的情况下，将AD9361的载波锁定时间压缩至40μs。在通信系统中，40μs的锁定时间能够使跳频频率达到1000Hop，在1s中完成1000次频率的切换，对于固定频率的干扰有较大的跳跃能力，能够在数次重复指令传输中，准确的解析到相应指令。
本发明的通信方法，通过采用RS编码、DS直扩、GMSK调制和混频跳频处理，能够极大的提高抗干扰能力，保证信号安全准确传输。
附图说明
图1为本发明通信系统的功能框图，(a)信号发射模块功能框图，(b)信号接收模块功能框图；
图2为本发明通信系统的硬件框图，(a)信号发射模块硬件框图，(b)信号接收模块硬件框图；
图3为本发明通信方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明所述的通信系统包括信号发射模块和信号接收模块，其中信号发射模块和信号接收模块通过空间无线电信号通信，信号发射模块主要完成外部数据采集、信道编码、扩频、GMSK调制和混频跳频功能；信号接收模块主要完成信号的混频跳频、捕获、判决、RS解码、组帧和外部数据交互功能。模块之间的相互关系如图1所示。具体介绍如下。
信号发射模块包括：
数据采集模块，用于采集信息数据，并发送至发射端数据处理模块；
发射端数据处理模块，用于对接收到的信息数据进行RS编码、DS直扩和GMSK调制处理，处理后的信息数据发送至射频发射模块；
射频发射模块，用于对接收到的信息数据进行混频和跳频处理，处理后的数据通过发射天线发射。
其中，数据采集模块采用RS232接口，该接口为通用接口，能兼容各个平台使用；信道编码能够抵抗信号传输过程中出现的随机错误，通信中使用RS(63,31)编码，根据RS编码的纠错能力，在一组数据出现错误比特少于6个时，RS编码能够对原始数据的正确恢复；DS直扩能够扩展信号的频带，使信号功率平均到一个宽带范围内，能够在低信噪比的情况下对于数据进行捕获，使用两组互相关性为零，自相关性突出的伪随机码作为扩频序列，该序列长度为128比特；GMSK调制是在MSK调制的基础上前置一个Gauss滤波器进行预调制滤波，调制相位连续，平滑过渡，因此GMSK调制频偏紧凑、误码率较低，能够减少通信误码情况；混频跳频是将基带的零频信号直接混频到射频信号，同时使用不同的混频本振，完成跳频功能。
信号接收模块包括：
射频接收模块，用于通过接收天线接收射频发射模块发射的信息数据，并进行跳频和混频处理，处理后的信息数据发送至接收端数据处理模块；
接收端数据处理模块，用于对接收到的信息数据进行捕获、判决、RS解码和组帧处理，处理后的信息数据发送至数据输出模块；
数据输出模块，用于将信息数据输出。
其中，混频是将射频信号通过混频到基带信号，同时使用不同的混频本振，完成跳频跟随功能；捕获是使用和扩频码相同的两组伪随机序列分别进行相关，该序列长度为128比特，分别得到两组扩频序列的相关值；判决是根据捕获的两组相关值，判决两组的相关值峰值，得到原始的0、1码流；RS解码是根据编码(63,31)公式，解码得到原始码流；组帧是将解码得到数据流根据协议进行提取，将有效数据提取出来；数据输出模块是使用RS422接口，能够根据协议提取传输的所需数据流。
各个模块的硬件框图的如图2所示，具体介绍如下。
信号发射模块硬件包括第一FPGA芯片、第一AD9361芯片、第一时钟电路、第一供电电路、第一接口电路和第一存储电路；第一FPGA芯片主要完成原始数据协议处理、RS编码、DS直扩、GMSK调制和AD9361配置功能；第一AD9361芯片主要完成零频到射频的混频功能和跳频功能；第一时钟电路主要为第一FPGA芯片和第一AD9361芯片提供时钟；第一供电电路是对信号发射模块提供不同的供电电压；第一接口电路是对外部数据进行采集；第一存储电路是对第一FPGA芯片的固化代码进行存储，在启动时由存储电路输出FPGA固化代码。
信号接收模块硬件包括第二FPGA芯片、第二AD9361芯片、第二时钟电路、第二供电电路、第二接口电路和第二存储电路；第二FPGA芯片主要完成基带信号的捕获、判决、解码和组帧，以及接口协议处理和第二AD9361配置功能；第二AD9361芯片主要完成射频到零频的混频功能和跳频功能；第二时钟电路主要为第二FPGA芯片和第二AD9361芯片提供时钟；第二供电电路是对信号接收模块提供不同的供电电压；第二接口电路是对外数据交互功能；第二存储电路是对第二FPGA芯片的固化代码进行存储，在启动时由存储电路输出FPGA固化代码。
本发明系统的信号传输包括7个部分，包括：信号发射模块原始数据流采集；信号发射模块对原始数据流进行软件无线电处理，即RS编码、DS直扩和GMSK调制；信号发射模块进行混频跳频后空间辐射；在空间信道中信号传输；信号接收模块在空间接收信号并进行跳频混频；信号接收模块对数据进行捕获、判决、解码和解帧；接收模块和外部接口进行数据交互输出。数据传输流程图如图3所示。
本发明的优点如下：
1)在硬件上采用FPGA+AD9361架构，通过FPGA灵活的时序逻辑，对AD9361进行配置，在使用AD9361内本振的情况下，将AD9361的载波锁定时间压缩至40μs。在通信系统中，40μs的锁定时间能够使跳频频率达到1000Hop，在1s中完成1000次频率的切换，对于固定频率的干扰有较大的跳跃能力，能够在数次重复指令传输中，准确的解析到相应指令。
2)在软件上采用RS编码+DS直扩+GMSK调制，通过信道编码+GMSK调制，能够较大幅度提高设备的抗干扰能力。RS编码能够抵抗信号传输过程中出现的随机错误，通信中使用RS(63,51)编码，根据RS编码的纠错能力，在一组数据出现错误比特少于6个时，RS编码能够对原始数据的正确恢复；DS直频能够扩展信号的频带，使信号功率平均到一个宽带范围内，能够在低信噪比的情况下对于数据进行捕获，使用扩频伪随机码长为128比特；GMSK调制是在MSK调制的基础上前置一个Gauss滤波器进行预调制滤波，调制相位连续，平滑过渡，因此GMSK调制频偏紧凑、误码率较低，能够减少通信误码情况。
本发明由于其拥有较强的信号处理能力，适合于多种信道环境，具体可根据实际情况确定。
Claims (4)
1.一种基于跳频、GMSK和DS的通信系统，其特征在于，包括信号发射模块和信号接收模块；
信号发射模块包括：
数据采集模块，用于采集信息数据，并发送至发射端数据处理模块；
发射端数据处理模块，用于对接收到的信息数据进行RS编码、DS直扩和GMSK调制处理，处理后的信息数据发送至射频发射模块；
射频发射模块，用于对接收到的信息数据进行混频和跳频处理，处理后的数据通过发射天线发射；
信号接收模块包括：
射频接收模块，用于通过接收天线接收射频发射模块发射的信息数据，并进行跳频和混频处理，处理后的信息数据发送至接收端数据处理模块；
接收端数据处理模块，用于对接收到的信息数据进行捕获、判决、RS解码和组帧处理，处理后的信息数据发送至数据输出模块；
数据输出模块，用于将信息数据输出；
发射端数据处理模块采用第一FPGA芯片，射频发射模块采用第一AD9361芯片；接收端数据处理模块采用第二FPGA芯片，射频接收模块采用第二AD9361芯片；
信号发射模块还包括：第一时钟电路、第一供电电路和第一存储电路；第一时钟电路为第一FPGA芯片和第一AD9361芯片提供时钟；第一供电电路为信号发射模块提供供电电压；第一存储电路对第一FPGA芯片的固化代码进行存储；
信号接收模块还包括：第二时钟电路、第二供电电路和第二存储电路；第二时钟电路为第二FPGA芯片和第二AD9361芯片提供时钟；第二供电电路为信号接收模块提供供电电压；第二存储电路对第二FPGA芯片的固化代码进行存储。
2.根据权利要求1所述的基于跳频、GMSK和DS的通信系统，其特征在于，数据采集模块采用RS232接口。
3.根据权利要求1所述的基于跳频、GMSK和DS的通信系统，其特征在于，数据输出模块采用RS422接口。
4.一种基于跳频、GMSK和DS的通信方法，其特征在于，基于权利要求1-3任一项所述的系统，包括：信号发射模块采集信息数据、对信息数据进行RS编码、DS直扩和GMSK调制处理，然后进行混频和跳频处理后发射；信号接收模块接收信号发射模块发射的信息数据并进行跳频混频处理，然后再进行捕获、判决、解码和组帧处理，最后将信息数据输出；跳频速率为1000跳/秒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910181068.7A CN110071739B (zh) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | 一种基于跳频、gmsk和ds的通信系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910181068.7A CN110071739B (zh) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | 一种基于跳频、gmsk和ds的通信系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110071739A CN110071739A (zh) | 2019-07-30 |
| CN110071739B true CN110071739B (zh) | 2021-09-14 |
Family
ID=67366169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910181068.7A Active CN110071739B (zh) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | 一种基于跳频、gmsk和ds的通信系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110071739B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111510410B (zh) * | 2020-01-02 | 2021-03-26 | 北京理工大学 | 一种适用于卫星通信的抗干扰ds-gmsk接收方法和装置 |
| CN113671931B (zh) * | 2021-07-28 | 2022-10-18 | 通号城市轨道交通技术有限公司 | 一种安全信号采集器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104393891A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-03-04 | 电子科技大学 | 采用信息驱动直接序列扩频/跳频的通信方法 |
| CN107395218A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-11-24 | 西安电子科技大学 | 基于fpga和射频捷变收发器的收发装置及设计方法 |
| CN208001280U (zh) * | 2018-01-30 | 2018-10-23 | 西安思丹德信息技术有限公司 | 一种飞行器数据链系统 |
| CN109412632A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-03-01 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种基于失真自适应的高速跳频收发通信装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103634254A (zh) * | 2012-08-23 | 2014-03-12 | 华东师范大学 | 一种间接调制解调数传装置及其传输方法 |
| CN103294635B (zh) * | 2013-04-03 | 2016-01-13 | 中国电子科技集团公司第七研究所 | 基于SCA的Modem组件处理核及集成电路 |
| CN104244401B (zh) * | 2014-10-16 | 2016-03-30 | 成都微址科技有限公司 | 一种基于卫星授时的无线通信方法和装置 |
| CN109194425B (zh) * | 2018-08-15 | 2021-04-13 | 西安电子科技大学 | 一种基于人工智能端到端信息传输系统及方法 |
-
2019
- 2019-03-11 CN CN201910181068.7A patent/CN110071739B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104393891A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-03-04 | 电子科技大学 | 采用信息驱动直接序列扩频/跳频的通信方法 |
| CN107395218A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-11-24 | 西安电子科技大学 | 基于fpga和射频捷变收发器的收发装置及设计方法 |
| CN208001280U (zh) * | 2018-01-30 | 2018-10-23 | 西安思丹德信息技术有限公司 | 一种飞行器数据链系统 |
| CN109412632A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-03-01 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种基于失真自适应的高速跳频收发通信装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110071739A (zh) | 2019-07-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110071739B (zh) | 一种基于跳频、gmsk和ds的通信系统及方法 | |
| CN105375945A (zh) | 用于机器到机器应用的rf前端架构 | |
| US20230119392A1 (en) | Low power wi-fi backscatter communication | |
| CN102843178B (zh) | 一种兼容标准统一s波段测控体制的扩频中继测控系统 | |
| CN103873132A (zh) | 基于PXIe总线的卫星通信系统模拟器 | |
| CN110808754A (zh) | 一种具有同频中继功能的车载对讲机 | |
| US20240187986A1 (en) | Sync scatter low power backscatter wake up receiver | |
| CN109450828B (zh) | 信号处理芯片 | |
| EP4131789A1 (en) | Cdma secure encoding method and system, and cdma secure decoding method and system | |
| CN104393911B (zh) | 一种用于无人机的地空窄带通信系统及其方法 | |
| CN102185634B (zh) | 一种短波跳频通信系统及其通信方法 | |
| US8401053B2 (en) | Active RFID apparatus for improving PN code generation | |
| CN215912118U (zh) | 一种一体式物联网感知装备自动测试系统 | |
| CN103905084B (zh) | 超短波扩频通信系统 | |
| CN116418365A (zh) | 一种基于带内跳频体制的调制解调装置 | |
| CN110995334B (zh) | 一种多通道并行处理的天基跳频数据链系统 | |
| CN213693693U (zh) | 一种卫星地面站的射频前端 | |
| CN111935687B (zh) | 一种脉冲信号无线传输系统及其校准方法 | |
| CN111585609B (zh) | 一种小型化零中频快跳频电台 | |
| CN112994742B (zh) | 一种跳频同步的实现方法、接收机及通信设备 | |
| CN102111185A (zh) | 一种多用户全数字宽带无线通信的方法及系统 | |
| CN112312422B (zh) | 射频拉远单元上行误码率的获取方法及装置 | |
| CN209250679U (zh) | 一种基于msk调制体制的工程机械车载端无线通信装置 | |
| CN110048740B (zh) | 一种扩频通信方法及系统 | |
| CN210469315U (zh) | 卫星通信的载荷数据接口装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A communication system and method based on frequency hopping, GMSK, and DS Effective date of registration: 20231016 Granted publication date: 20210914 Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Xi'an branch Pledgor: XI'AN STANDARD INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023610000702 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |