CN1780164A - 跳频通信网的跳频图案产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跳频通信网的跳频图案产生方法，包括n级m序列产生器单元、二元序列产生单元、矢量映射变换单元和跳频指令控制字单元；二元序列产生器单元产生的信号通过非线性变换器变换后，进入矢量映射变换单元，与m序列进行矢量映射后，改变了原有的m序列跳频规律，变为非线性映射后得到的函数集合，这个集合中的每一个函数都可以作为一个跳频通信网络的跳频图案的频率控制字，从而产生映射后的跳频图案，形成新的跳频控制字，构成跳频指令控制字单元。本发明是让通过本技术产生的跳频图案既具有较高的复杂度，又可以保证在用于跳频网络时能够保证各个跳频台使用的频率不发生重叠和碰撞。

Description

跳频通信网的跳频图案产生方法

技术领域

本发明涉及一种跳频通信技术，尤其是一种跳频通信网的跳频图案产生方法。

背景技术

跳频通信是属于扩频通信的一种技术，具有抗干扰，抗截获等优点，被广泛应用于军用通信领域。所谓跳频，指通信发射机靠发射不同的频率来携带信息的一种通信方式。为了达到跳频通信抗截获的目的，通常用伪噪声序列控制发射机的频率跳变，这就使频率跳变的规律呈现伪随机特性，接收机如果不能同步的产生相同的伪噪声序列，则无法产生与发射机相同的频率跳度规律(又叫跳频图案)。不能同步地产生相同的跳频图案的接收机，是无法实时的解调发射来的跳频信号的。这就是说，要想不使跳频信号被人截获，最好使用复杂的跳频图案——即使用复杂的伪随机序列。所以，现在的跳频接收机和发射机都使用级数较多的线性移位寄存器，产生较长周期的伪随机序列。例如：用m序列，M序列，Gold序列等。其中m序列在跳频通信中应用的比较广泛。但现有技术的伪随机序列发生器产生的伪随机序列由于使用线性移位寄存器产生，易于被破解。如果采用非线性函数发生器产生，又通常不能保证跳频网络的各个跳频电台之间的跳变频率不发生重叠或碰撞。本发明是让通过本技术产生的跳频图案既具有较高的复杂度，又可以保证在用于跳频网络时能够保证各个跳频台使用的频率不发生重叠和碰撞。

本发明的技术方案：一种跳频通信网的跳频图案产生方法，包括n级m序列产生器单元、二元序列产生单元、矢量映射变换单元和跳频指令控制字单元；二元序列产生器单元产生的信号通过非线性变换后，进入矢量映射变换单元，与m序列进行矢量映射后，改变了原有的m序列跳频规律，变为非线性映射后得到的函数集合，这个集合中的每一个函数都可以作为一个跳频通信网络的跳频图案的频率控制字，从而产生映射后的跳频图案，形成新的跳频控制字，构成跳频指令控制字单元。

矢量映射变换单元由二进制伪随机序列发生器和对应的线性移位器，非线性组合逻辑模块和模2加逻辑器组成。

伪随机序列发生器为m序列或M序列或Gold序列或其他方法产生的序列的发生电路。

本发明的优点：

现有技术的伪随机序列没有经过任何变换或映射而作为跳频通信的频率跳变指令，易于被破解。例如，一个n级伪随机m-序列，若用线性移位寄存器产生时，其周期长为L＝2ⁿ-1。要反推出这个m序列的生成多项式和对应的线性移位寄存器电路结构，并不需要待一个序列周期码全部获得后，才能得到。现代数学研究的成果说明，只需获得该序列的大于或等于2n个连续的“0”“1”码，就可以反推出其生成多项式和它的线性移位寄存器的结构。而通过映射后，由于改变了原来的跳频规律，且变换为非线性，将使分析复杂度大大增加。例如，有些变换后的跳频控制字，在规律上，已经完全看不出是m序列了。

附图说明

图1是一个n级m序列产生器的逻辑电路图

图2为控制字产生电路；

图3为图2和图4合并后的结构框图

图4为影射函数产生逻辑电路

图5为本发明原理方框图

具体实施方式

现有技术是：对于m-序列生成器，假设由n级移位寄存器组成，则该序列周期长度为L＝2ⁿ-1，在此序列中，任意连续取n位相临的0，1元素，作为m-序列的一种状态，则共有L个不同的状态。任取其中的一个状态作为初态，就可以生成一个m-序列，只是初态不同决定了该m-序列的相位的不同。对于跳频通信网，假设最多具有L个用户，所以可以共用一个m-序列生成器；当网络内最大用户数u＜L，且[L/U]＝Q时，也可以让每个用户之间可以错开l到Q个码片{这里，[x]代表取x舍去小数部分的整数}。一般的取跳频控制指令的位数为n个连续的二进制码元，且跳频移动电台所用的控制字之间可以相隔若干个码片，这样，可以确保不会产生频率碰撞。

由于采用这种方法产生的跳频图案没有对m-序列进行映射变换，所以，容易为敌对的一方破解，所以这里给出一种对L-维由m-序列的状态构成的基矢量进行映射，产生跳频通信网络的跳频图案的方法。

本发明的方案是，假设一伪随机序列产生器共有m级线性移位寄存器，它所产生的伪随机序列的周期长度为L(m序列，L＝2ⁿ-1，对M序列，L＝2ⁿ)，n为m-序列移位寄存器级数。在该序列中，任取n个相连续的“0”，“1”元素组合，作为一个跳频控制的基本的矢量；这样，一个m序列中，总共应该有L个不同的基本矢量，构成一个矢量空间：

V_L＝(v₁，v₂，……，v_L-1，v_L)                 (1)

用这个伪随机序列所有含有这些矢量的集合中各矢量元素逐个被另一个P-维矢量集合K_P进行映射，映射后的每一个矢量作为新的跳频图案的频率控制字。则将比

V_L＝(v₁，v₂，……，v_L-1，v_L)的复杂度大大提高。

这里，假设

K_P＝(k₁，k₂，……，k_P-1，k_P)                  (2)

K_P中的每个元素是由另一个二元序列b(x)中的不同的P个状态经过非线性映射而得到的。这里，b(x)可以是某一个m-序列，M-序列，Gold-序列或者其他方法产生的具有足够长度周期的二元序列。

图1是一个n级m序列产生器的逻辑电路图，其生成函数为

f(x)＝1+c₁x+c₂x²+……+c_n-1x^n-1+c_nxⁿ………(3)

逻辑电路由n个移位寄存器构成，Ci为对应的抽头系数，为模2加法器。输出序列为a(x)。

图1中的跳频图案发生器每一个n级移位寄存器状态作为一个产生跳频图案的基本矢量，这些矢量的集合为V_L，L＝2ⁿ-1；对应的m-序列输出为a(x)，依次把该序列每n个相临的位作为一个基矢量(截短序列)，则共可构成一个L-维的矢量空间：

V_L＝(v₁，v₂，……，v_L-1，v_L)；

可以把V_L的每个元素v_i作为一个跳频控制字，这里

V_i＝(a_i，a_i+1，a_i+2，…，a_i+n-1)。

显然这里的V_L作为跳频图案序列，其复杂度比较简单。

设有另一个P-维矢量空间K_P＝(k₁，k₂，……，k_P-1，k_P)，k_P＝[B_1，P(X)，B_2，P(X)，B_2，P(X)，…B_n，P(X)]；B_n，P(X)代表P时刻图2中第n个非线性逻辑电路的输出。对v_L进行如下的映射：

$V_l{|}_{K_P}\⇒\left[\begin{array}{c}{K}_1{V}_L\\ K_2{V}_L\\ .\\ .\\ .\\ K_P{V}_L\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}{K}_1{V}_1& K_1{V}_2& ......& K_1{V}_L\\ K_2{V}_1& K_2{V}_2& ......& K_2{V}_L\\ .& .& & \\ .& .& & \\ .& .& & \\ K_P{V}_1& K_P{V}_2& ......& K_P{V}_L\end{array}\right]=W_{P,L}......\left(4\right)$

则(4)中，共有pxl个跳频控制矢量。以一个m-序列作为一个基本跳频图案产生源，而以另外一个二进制码元序列作为变换函数系数，进行变换产生一个不容易破解的跳频图案。可以采用如图5所示的方法。包括n级m序列产生器单元、二元序列产生单元、矢量映射变换单元和跳频指令控制字单元；二元序列产生器单元产生的信号通过非线性变换器变换后，进入矢量映射变换单元，与m序列进行矢量映射后，改变了原有的m序列跳频规律，变为非线性映射后得到的函数集合，这个集合中的每一个函数都可以作为一个跳频通信网络的跳频图案的频率控制字，从而产生映射后的跳频图案，形成新的+跳频控制字，构成跳频指令控制字单元。

这里，对于非网络跳频设备，其m-序列级数可以根据需要的复杂度进行选择；其映射函数也可以采用能够使跳频指令随机均匀的控制方法。

则在任一时刻可用如下的变换函数产生的跳频码字：

$\mathrm{Tpz}\left(i\right)=f_{i,l}^n\left(x\right)\⊕B\left(x\right)=(A_i\⊕B_i,A_{i+1}\⊕B_{i+1},\·\·\·,A_{i+n-1}\⊕B_{i+n-1})...\left(5\right)$

公式(5)实施的电路结构如图2所示；

图2为控制字产生电路；B_1，Q(x)，。。。，B_n，Q(x)由图4的电路产生，W₁，W₂，…W_n-2，W_n为输出的跳频控制字的二元状态元素组。B(X)函数产生逻辑电路结构如图4所示，影射函数产生逻辑电路上部是一个二元序列发生器电路，B_i，Q(X)代表Q时刻的输出。它是由该时刻的映射函数变量存储器存储的状态经过逻辑变换模块电路的非线性变换而得来的。逻辑变换电路1到逻辑变换电路n执行非线性逻辑变换的电路功能。图2和图4合并电路总体的简化结构可以用图3表示。图4中，上面的线性移位寄存器用于产生m-序列(实际应用中也可以用其他方法产生相关的2元序列，只要认为周期符合要求即可)，其阶数为S(这里s最好不小于n)。映射函数变量存储器，则用来存储某一时刻的状态，用来供不同编号的逻辑电路对它进行非线性逻辑映射，从而产生新的函数

B(X)＝[B_1，Q(X)，B_2，Q(X)，B_3，Q(X)，……，B_n，Q(X)]，这里B_i，Q(x)∈(0，1).设在q时刻，图-1中的m-序列生成其中的状态为Vq＝[a_q，a_q+1，a_q+2，……，a_q+n-1]B(X)函数对应的状态为B_Q(X)＝[B_1，Q(X)，B_2，Q(X)，B_3，Q(X)，……，B_n，Q(X)]则此时的跳频网络某一跳频台被分配的产生跳频图案的控制字为K_QE＝V_qB_Q(X)

＝[a_q+E_nB_0，Q，a_q+En+1B_1，Q，a_q+En+2B_2，Q，……，a_q+E2n-1B_n-1，Q]而另外一个跳频台假设的跳频图案为K_QM＝V_qB_Q(X)＝[a_q+MnB_0，Q，a_q+Mn+1B_1，Q，aq+2B_2，Q，……，a_q+M2n-1B_n-1，Q]

这里，E和M可以为(1，2，。。。，2ⁿ-1)中的任何一个数，代表了m-序列状态之间的相位差，

但|E-M|/n＝R，要求R为不为零的整数。合理设计R，能确保跳频网络中，各个电台的跳频频率不会发生频率重叠或者叫频率碰撞的状态。

Claims (3)

1、一种跳频通信网的跳频图案产生方法，其特征是：包括n级m序列产生器单元、二元序列产生单元、矢量映射变换单元和跳频指令控制字单元；二元序列产生器单元产生的信号通过非线性变换器变换后，进入矢量映射变换单元，与m序列进行矢量映射后，改变了原有的m序列跳频规律，变为非线性映射后得到的函数集合，这个集合中的每一个函数都可以作为一个跳频通信网络的跳频图案的频率控制字，从而产生映射后的跳频图案，形成新的跳频控制字，构成跳频指令控制字单元。

2、根据权利要求1所述的跳频通信网的跳频图案产生方法，其特征是：矢量映射变换单元由二进制伪随机序列发生器和对应的线性移位器，非线性组合逻辑模块和模2加逻辑器组成。

3、根据权利要求2所述的跳频通信网的跳频图案中的二元序列发生器，其特征是：伪随机序列发生器为m序列或M序列或Gold序列或其他方法产生的序列的发生电路。

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