頻譜接入也稱頻率接入、無線電信道接入等，是無線電接入技術(shù)的基礎。動態(tài)頻譜接入是相對于靜態(tài)頻譜接入而言的。靜態(tài)頻譜接入是指通信系統(tǒng)只能在頻率管理部門預先分配的頻率或頻段上工作，這樣做的優(yōu)點是管理規(guī)范，能夠確保各系統(tǒng)有序可靠地運行，但同時也存在著頻譜資源利用率低的缺點。而動態(tài)頻譜接入廣義上的概念是把整個無線電頻譜作為可資利用的信道資源，實時地感知、識別，有效地加以利用; 狹義上的動態(tài)頻譜接入是指在較寬的頻段上，對頻譜進行感知、識別和利用。短波動態(tài)頻譜接入就是對短波頻譜環(huán)境進行動態(tài)、實時地感知，實時選擇最優(yōu)空閑工作頻率，自適應改變短波通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)，使短波通信系統(tǒng)始終建鏈在傳輸條件較好的信道上，從而有效利用空閑頻譜，大大提高短波頻段的頻譜資源利用率。

　　短波動態(tài)頻譜接入系統(tǒng)基于ARM 嵌入式系統(tǒng)硬件和軟件開發(fā)平臺，針對短波頻譜資源日益貧乏、信道傳播特性不穩(wěn)定的問題，采用無源與有源相結(jié)合的動態(tài)信道監(jiān)測方法，以及基于多用戶的協(xié)作頻譜感知方法，實現(xiàn)了短波空閑頻譜的感知、短波最佳工作頻率的自動選擇以及頻譜的動態(tài)接入控制，提高了短波頻譜的利用率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃约坝行浴?/p>

　　1   短波動態(tài)頻譜接入系統(tǒng)硬件設計

　　短波動態(tài)頻譜接入系統(tǒng)的硬件組成部分主要包括:TMS320VC5502 數(shù)字信號處理器、音頻信號處理模塊以及外部存儲器等部分。

　　TMS320VC5502 是信號處理部分的核心，主要負責對音頻信號處理模塊送來的數(shù)據(jù)進行頻譜分析;TLV320AIC10 音頻處理模塊主要完成對輸入模擬信號的濾波和A/ D 轉(zhuǎn)換工作; SST39LF800A 作為程序存儲器，存放DSP 的引導程序; SDRAM 作為外部存儲空間的擴展，存放處理的數(shù)據(jù); DSP 與各外設的聯(lián)絡由XC2C128VQ100 來完成; 2410 開發(fā)板承載整個應用程序，同時通過RS 232 串口實現(xiàn)對短波電臺的自動化操作和控制，并通過反饋信息獲取電臺的工作狀態(tài)，圖1 為系統(tǒng)的硬件框圖。

圖1  系統(tǒng)硬件框圖

　　系統(tǒng)工作過程如下: 系統(tǒng)加電TMS320VC5502復位后，由其內(nèi)部固化的引導程序( BOOT) 將存于FLASH 的程序和數(shù)據(jù)搬移至內(nèi)部RAM。由電臺音頻口送來的音頻信號經(jīng)TLV320AIC10 采樣后，送到高速處理器TMS320VC5502 進行基帶信號的FFT 運算。DSP 每運行一次算法，將結(jié)果送至RAM，在信道掃描一周后，RAM 將結(jié)果送到DSP，將各個信道的噪聲功率值排序，并將結(jié)果通過RS232 口送給SBC 2410 開發(fā)板，SBC 2410 開發(fā)板收到后，根據(jù)預先設置好的噪聲門限為每個信道劃分等級，并將其存儲在數(shù)據(jù)庫中。

　　2   短波動態(tài)頻譜接入系統(tǒng)軟件設計

　　2. 1   探測信號發(fā)送主程序設計

　　探測信號發(fā)送主程序流程如圖2 所示。

圖2  探測信號發(fā)送主程序流程

　　有效載荷經(jīng)過卷積編碼、交織和正交符號映射后，形成長度為13 1*= 832 的3 bit 數(shù)據(jù)符號序列，然后與保護序列、探測報頭和數(shù)據(jù)符號序列組成信道符號序列，以2 400 符號/ s 的速率對1 800 Hz的載波進行8PSK 調(diào)制，產(chǎn)生發(fā)送波形。

　　2. 2   接收信號恢復主程序設計

　　在沒有通信任務的狀態(tài)下，系統(tǒng)持續(xù)地監(jiān)測信道上有沒有高過門限的有效信號序列。如果發(fā)現(xiàn)信號，系統(tǒng)開始對信號進行捕獲。當?shù)? 次出現(xiàn)峰值大于門限時，記錄此時的頻差估計值，然后作3 次確認。若3 次確認中的峰值大于門限的少于2 次，或者頻差估計值之間的差值超出允許的范圍，則認為捕獲無效，系統(tǒng)重新開始搜索; 若確認過程中大于門限的峰值次數(shù)和頻差估計值之間的差值在允許范圍內(nèi)，則進行位同步和信道估計。在位同步過程中，通過與本地序列的滑動相關來實現(xiàn)位同步和信道估計，并對多次估計值的結(jié)果進行適當處理，獲得最終的位同步和信道參數(shù)估值結(jié)果。根據(jù)位同步結(jié)果,通過采用分集接收、相關解擴、解交織和解碼獲得原始信息，完成一次接收。根據(jù)前導序列的對比可獲得信道誤碼率，其軟件設計流程如圖3 所示。

圖3   接收信號恢復主程序流程

　　3   短波動態(tài)頻譜接入系統(tǒng)性能測試

　　為了對所設計系統(tǒng)的整體性能進行*估，先后在重慶? 遵義、重慶? 常州、重慶? 廣州、北京? 常州等不同距離的通信線路上進行了3 個多月、共約1 200 余次的通信實驗。

　　實驗中主要對設計系統(tǒng)的鏈路建立和基本數(shù)傳性能進行了測試和*估。以鏈路建立和數(shù)據(jù)報文通信為主，每份報文以200 組為標準，每4 個字符為一組，共800 個字符進行實驗。每隔30 min 發(fā)起一次呼叫，發(fā)起呼叫時的起始狀態(tài)為同步掃描狀態(tài)，待鏈路建立后并分別以600 baud 和1 200 baud 的數(shù)據(jù)傳輸速率發(fā)送報文。通過記錄鏈路建立情況、呼損率和數(shù)據(jù)報文的接收情況來測試系統(tǒng)的基本性能。通過對實驗數(shù)據(jù)的比較分析表明，系統(tǒng)由于采用了短波頻譜感知技術(shù)、動態(tài)頻率優(yōu)選等技術(shù)，建鏈概率和建鏈時間分別比二代短波電臺提高了約26% 和31% 。

　　在數(shù)據(jù)報文的通信過程中，由于系統(tǒng)采用了短波頻譜感知技術(shù)，通信前，系統(tǒng)根據(jù)頻譜感知結(jié)果優(yōu)選出了可靠空閑頻譜，保證了系統(tǒng)始終建鏈在可靠信道上。在數(shù)據(jù)傳輸速率為600 baud 和1 200 baud的前提條件下，報文的正確接收概率比普通的短波電臺提高了10%~ 12%，而且平均錯誤字符的概率也比普通電臺降低了一個數(shù)量級，達到了10- 4，能夠充分滿足短波普通通信業(yè)務的需求。

　　4   結(jié)束語

　　綜上所述，基于短波動態(tài)頻譜接入的頻譜感知技術(shù)改善了現(xiàn)有的二代短波通信系統(tǒng)的鏈路建立及業(yè)務傳輸性能，提高了短波數(shù)據(jù)通信的可靠性和有效性，對于提升通信裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能具有十分重要的意義。