CN101626268B - 一种窄带高速跳频同步实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种窄带高速跳频同步实现方法，包括步骤：产生n个频率，其中部分频率是根据时间信息产生的可变频率，剩余部分频率是根据一串固定的数据产生的固定频率；发信机采用n个频率向收信机循环发送相关序列，一共发送n+1个循环；收信机进行同步慢搜索，如果同步时退出慢搜索；发信机发送完相关序列后，再向收信机发送n跳的定标跳；当收信机收到n跳的定标跳后，发信机将时间信息和勤务信息进行信道编码成交织帧后发给收信机；收信机收到交织帧后，进行解交织和信道解码，还原出时间信息和勤务信息。本方法可以实现窄带高速跳频通信过程中快速、可靠的跳频同步，且对收、发信机之间无时差要求，摆脱了传统跳频通信中对时间信息的要求。

Description

一种窄带高速跳频同步实现方法

技术领域

本发明属于无线抗干扰数字通信领域，特别是在电子对抗条件下窄带高速跳频通信***中收、发信机之间的跳频同步实现方法。

背景技术

跳频通信是一种扩频通信，收、发信机之间传输信号所采用的载波频率按照预定的规律进行离散变化，要想截获其中的通信内容则必须要清楚载波频率的跳变规律，因而具有抗干扰、抗截获的能力，并能作到频谱资源共享。由于跳频本身就是一种扩频通信，通常跳频技术都用在窄带通信中。

对于跳速小于300跳的慢速跳频或者宽带跳频通信***中，每跳中含有的符号数比较多，可以在一跳中包含跳频同步序列和发信机的同步信息。收、发信机之间只需要一次频率碰上之后，即可以完成跳频同步过程。而在窄带跳频通信***中，为了对抗跟踪干扰，必须将跳速提高到1000跳以上。因此窄带高速跳频***每跳中含有非常有限的符号，必须将跳频同步序列(以下称为相关序列)和发信机的同步信息(通常称为时间信息)分成不同跳来传输；这样发信机和收信机之间就需要多次频率碰上。通常发信机和收信机开始一次通信之前各自以自己的时间信息进行随机频率跳变；因而在收、发信机开始通信之前，需要实现收、发机同时进行频率跳变和同时结束一次频率跳变(即跳对齐)，以及每次跳变的频率均一样(即频率同步)，这也就是跳频通信***所要建立的跳频同步过程。

如果收、发信机之间的时间信息完全一致，收、发信机可以在同一时刻载波频率跳到经过时间信息换算出来的同一频率上。但是收、发信机之间需要跳对齐，要精确到一个样点周期(采样率通常为几百kHz)；需要频率一致，要精确到一个跳周期(1000跳/秒的跳频***，跳周期为1ms)。如果收、发信机的时间比较接近，跳频同步用的频率可以将双方的时间为参数进行计算，同步比较容易实现。现在就有人提出一种基于这种收、发信机时间比较接近的跳频同步实现方式：在发信机的跳频同步帧中既包括前导序列又包括跳频同步信息，收信机采用慢搜索进行跳频截获后，再检测出含有同步信息的跳频同步信号，最后根据同步信息来建立正确的跳频同步；该方法也能够获得高可靠性的跳频同步，但是只能应用在收、发信机时间比较接近的慢速跳频或者宽带跳频通信***；由于在窄带高速跳频通信***中，收、发信之间时间差是完全随机的，尤其是在电子对抗和恶劣的自然条件下很难保证收、发信机双发获得比较精确的时间信息，因此上面所述的现有跳频同步实现方式并不能解决窄带高速跳频通信***中的跳频同步问题。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的技术问题，本发明的目的就在于提供一种窄带高速跳频同步实现方法，该方法在窄带高速跳频通信条件下，既没有中心站也没有卫星授时的情况下，实现窄带高速跳频通信过程中快速、可靠的跳频同步，并且这种跳频同步算法对收、发信机之间无时差要求，摆脱了传统跳频通信中对时间信息的要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种窄带高速跳频同步实现方法，包括以下步骤：

步骤(1)、产生n个跳频同步频率，n个频率中部分频率是根据发信机的时间信息产生的可变频率，剩余部分频率是根据一串固定的数据产生的固定频率；

步骤(2)、发信机采用n个频率向收信机循环发送相关序列，一共发送n+1个循环；收信机采用与发信机相同的n个频率进行同步慢搜索，每次搜索周期为(n+1)t，搜索n次；收信机如果同步时的频率是fi，则收信机退出慢搜索，紧接着以频率fi+1接收相关序列，其中1≤i≤n-1；

步骤(3)、发信机发送完相关序列后，再向收信机发送n跳的定标跳；当收信机收到n跳的定标跳后，准备接收勤务信息；

步骤(4)、发信机将发信机的时间信息和勤务信息进行信道编码成交织帧后，按跳传输给收信机；

步骤(5)、收信机在收到完整的交织帧之后，进行解交织和信道解码，还原出时间信息和勤务信息。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

1、跳频同步方法中使用的同步频率，一部分是随时间变化的频率，一部分是收、发信机双方约定的频率。这样，同步频率中既有变化的频率，又有固定的频率，保证了双方无时差要求的条件下同步的可靠性，同时也具有更强的隐蔽性。

2、本发明将跳频同步的建立主要分成三个阶段：跳同步的慢搜索阶段、定标跳阶段及勤务信息传输阶段。在跳同步慢搜索阶段，发信机采用一组频率循环发送，收信机采用同样一组频率进行慢搜索，收信机同时靠相关器不断检测发信机发送过来的相关序列，一旦相关器同步上了，即完成了跳对齐和采样点对齐。在定标跳阶段，发信机发送数据所采用的频率与跳同步慢搜索阶段的一致；并采用与发信机一致的频率进行快搜索，仍然靠相关器来进行定标跳搜索。在勤务传输阶段，发信机将本终端的时间信息及其它勤务信息进行信道编码之后，组成交织帧进行发送；收信机收到勤务信息后，将对方的时间信息取代本终端的时间信息。因而本发明可以实现窄带高速跳频通信过程中快速、可靠的跳频同步，并且这种跳频同步算法对收、发信机之间无时差要求，摆脱了传统跳频通信中对时间信息的要求。

3、本发明将相关跳(相当于宽带跳频中的前导字)和时间、勤务等同步信息分开在不同的跳中发送。减少了窄带高速跳频***每跳中含有的符号数量，解决了窄带高速跳频***每跳时间短、符号数少的问题。

附图说明

图1是本发明相关序列跳的结构示意图；

图2是本发明慢搜索过程示意图；

图3是本发明TOD及其它勤务信息交织帧方式示意图；

图4是本发明的发信机发送实现的流程图；

图5是本发明的收信机接收实现的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此实施例。

如图1～图5所示，本发明所述的窄带高速跳频同步实现方法，其实施过程具体包括以下步骤：

步骤(1)、产生n个跳频同步频率，n个频率中部分频率是根据发信机的时间信息(TOD，Time Of Data)和原始密钥送入伪码发生器进而控制频率合成器产生的可变频率，剩余部分频率是根据一串固定的数据和原始密钥送入伪码发生器进而控制频率合成器产生的固定频率。这样可以保证跳频同步与时间无关。

与时间相关的频率随着时间的变化在不断的变化，可以根据频率变化快慢的需要决定选择TOD高位还是TOD低位。为了获得比较随机的频率，优选采用TOD较低的位来产生跳频同步频率的可变频率部分。而跳频同步频率的固定频率部分，其产生原理与现有技术中利用伪码发生器控制频率合成器产生频率的原理一致，故不赘述。如对于50位表示的TOD，则将TOD39～TOD8位送入伪码发生器来控制频率合成器产生可变频率，送入0x7ffffff0、0x7ffffff1、0x7ffffff2到伪码发生器来控制频率合成器产生3个固定频率。如果收、发时间一致，则增加了跳同步的概率。也可以根据需要决定固定频率和可变频率的数量比例。

步骤(2)、跳同步的慢搜索过程如图2所示。发信机采用n个频率向收信机循环发送相关序列，一共发送n+1个循环；收信机采用与发信机相同的n个频率进行同步慢搜索，每次搜索周期为(n+1)t，搜索n次；收信机如果同步时的频率是fi，则收信机退出慢搜索，紧接着以频率fi+1接收相关序列，其中1≤i≤n-1。这样，慢搜索过程共有n(n+1)跳，其中有n次跳同步的概率。根据对抗干扰和同步概率的要求，可以选择多个循环的慢搜索。

在图2中采用了8个频率循环发送9次。8个循环频率中f1～f5为与TOD有关的可变频率，f6～f8为与TOD无关的固定频率，固定频率和可变频率的数量比例为3∶5。收信机更换频率搜索8次，在8次搜索中使用固定频率有三次。也就是说整个搜索过程有3次机会可以用固定频率同步，5次机会使用可变频率同步。

发信机向收信机所发送的相关序列，其内容是收、发信机都预知的；相关序列跳的结构示意图如图1所示。收信机预置相关序列到相关器中作为基准序列；然后每收到一个样点都要将所收到的前面一跳长度的样点与相关器基准序列进行相关运算。

在经过步骤(2)所述的一个循环发送之后，收、发信机双方之间在完整一跳的时间内有n次频率是对齐的；频率对齐后，发信机发送的相关序列和收信机相关器中的基准序列逐个样点完全对齐，相关器相关成功，收、发信机双方完成采样点对齐，即完成了跳对齐。

步骤(3)、发信机发送完相关序列后，再向收信机发送n跳的定标跳；当收信机收到n跳的定标跳后，准备接收勤务信息。

在完成步骤(2)所述的跳对齐之后，收信机仍然不知道发信机何时发送完同步头，开始进入勤务信息的传输。所以发信机在发送完n(n+1)跳之后，需要发送n跳定标跳。定标跳作为跳对齐和时间信息发送过程转换的标志跳；当收信机在定标跳阶段收到一跳定标跳之后，完成这个循环接收后才开始准备接收勤务信息。

步骤(4)、发信机将发信机的时间信息和勤务信息进行信道编码成交织帧后，按跳传输给收信机。将勤务信息以数据的形式传输，跳同步只完成跳对齐和采样点对齐的功能。这样便于实现窄带高速跳频同步。

在前面的跳同步和定标跳期间虽然已经完成了跳频同步，但是收、发信机双方的频率图案还不够随机。收、发信机双方只有在完全使用各自的TOD最低位进行频率计算时，频率才比较随机。发信机以传数据的方式将发信机的TOD和必要的勤务信息进行信道编码(如RS编码)、交织成交织帧后传输给收信机，当收、发信机双方的TOD完全一致之后，跳频同步才真正建立起来。勤务信息的传递由于不能出错，必须抗阻塞干扰和随机干扰。所以勤务信息采用信道编码方式进行将一跳TOD信息用多跳来传输，并且组成一个完成的交织帧。交织帧的结构如图3所示。

步骤(5)、收信机在收到完整的交织帧之后，进行解交织和信道解码，还原出时间信息和勤务信息。对恢复出来的原始数据进行校验，如果正确，将发信机的TOD作为本终端的TOD。当收、发双方TOD取得一致后，双方就各自以TOD送入频率合成器中进行下面数据传输过程中的频率运算了。在下一次通信过程中，由于刚刚互通后TOD比较一致，n个同步频率可以达到完全一致，同步概率可以大大提高。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种窄带高速跳频同步实现方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤(1)、产生n个跳频同步频率，n个频率中部分频率是根据发信机的时间信息产生的可变频率，剩余部分频率是根据一串固定的数据产生的固定频率；

步骤(2)、发信机采用n个频率向收信机循环发送相关序列，一共发送n+1个循环；收信机采用与发信机相同的n个频率进行同步慢搜索，每次搜索周期为(n+1)t，搜索n次；收信机如果同步时的频率是fi，则收信机退出慢搜索，紧接着以频率fi+1接收相关序列，其中l≤i≤n-1；

步骤(3)、发信机发送完相关序列后，再向收信机发送n跳的定标跳；当收信机收到n跳的定标跳后，准备接收勤务信息；

步骤(4)、发信机将发信机的时间信息和勤务信息进行信道编码成交织帧后，按跳传输给收信机；

步骤(5)、收信机在收到完整的交织帧之后，进行解交织和信道解码，还原出时间信息和勤务信息；

所述步骤(1)中可变频率根据发信机的时间信息和原始密钥送入伪码发生器进而控制频率合成器产生，固定频率根据一串固定的数据和原始密钥送入伪码发生器进而控制频率合成器产生。

2.根据权利要求1所述的窄带高速跳频同步实现方法，其特征在于：所述步骤(1)中可变频率根据发信机的时间信息低位产生。

3.根据权利要求1所述的窄带高速跳频同步实现方法，其特征在于：所述步骤(1)中固定频率和可变频率的数量比例为3∶5。

4.根据权利要求1所述的窄带高速跳频同步实现方法，其特征在于：所述步骤(4)中所采用的信道编码为RS编码。

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