跳频同步的分析与应用张华磊(中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081)摘　要　介绍了跳频通信系统的基本组成、工作方式以及跳频通信中的关键技术。

跳频系统的同步是关系到跳频通信能否建立的关键,同步系统设计的好坏直接影响到系统是否能正常工作并发挥应有的作用。

叙述了跳频同步的含义及同步过程,详细分析了几种跳频通信中常用的同步方法和特点。

结合实际工程的设计要求,在理论分析的基础上,采用精确时钟法实现了跳频的同步。

关键词　跳频通信;G PS;同步;跳频图案中图分类号　T N33213 文献标识码　A 文章编号　1003-3106(2009)09-0058-03Analysis and Application of Frequency H opping SynchronizationZH ANG Hua 2lei(The 54th Research Institute o f CETC ,Shijiazhuang Hebei 050081,China )Abstract The com position and operation m ode of frequency hopping (FH )communication system as well as the key techniques are introduced in this paper.Synchronization is a critical part of FH communication system ,and without synchronization ,the FH communication system can not operate normally.The meaning and process of FH synchronization are given ,s ome synchronization methods are introduced ,and the characteristics of each method are analyzed.The FH synchronization of a FH communication system is realized by precision clock according to the design requirement of the practical project.K ey w ords frequency hopping (FH )communication ;G PS;synchronization ;frequency hopping pattern收稿日期:20092032070　引言跳频通信作为一种大量应用于军事通信的通信体制,具有抗干扰能力强、截获率低、保密性好等优点,是通信领域的一个重要发展方向。

正是由于这些优点,跳频通信在军事上受到了极大重视。

跳频同步系统设计、跳频图案设计以及跳频综合器的设计是跳频通信系统中的关键技术。

跳频系统的同步是关系到跳频通信能否建立的关键,同步系统设计的好坏直接影响到跳频系统是否能正常工作并发挥应有的作用。

跳频同步的含义是:跳频图案相同,跳变的频率序列(也称频率表)相同,跳变的起止时刻(也称相位)相同。

因此,为了实现收、发双方的跳频同步,收端首先必须获得有关发端的跳频同步的信息,在实际应用中,跳频频率表和跳频图案是由通信双方预先约定好的,需要解决的主要问题就是使频率跳变的起止时刻保证严格同步。

1　跳频通信系统的同步跳频通信是指传输信号的载波频率按预定规律进行离散变化的通信方式。

跳频通信系统的构成框图如图1所示。

发送端天线发出的信号载频在不断跳变,接收端的本振频率在跳频同步系统的控制下随外来频率同步地跳变,收发双方的本振频率是完全同步跳变的,这样通信双方就可达成正常的通信联络。

图1　跳频通信系统构成跳频通信系统的载频伪随机地变化,存在着频率和时间的不确定性。

为了实现跳频通信系统收发双方之间的正常通信,它们必须在同一时间同步地跳变到同一频隙。

其中,频率的不确定性可通过收发双方使用同一跳变规律来解决,而时间的不确定性则通过同步系统来消除。

因此对同步有以下一些要求:专题技术与工程应用58　2009R adio E ngineering V o1139N o 19①同步建立的时间要快;②同步系统自身要要有较强的抗干扰能力;③同步信号要有较强的隐蔽性和抗侦察假冒能力;④同步系统要具有再同步的能力。

对于跳频系统一个同步过程包括初始同步、迟入网同步和勤务同步。

初始同步指的是双方通信前迅速准确地将同步信号捕获住,从同步信号中获得时钟相位信息,使双方的时钟同步,同时获得当前时间信息,使双方的PN码同步。

其他一些信息例如网号、地址码等信息也应在初始同步中完成,从而迅速准确地建立正常通信。

迟入网同步指的是有组网能力的系统单元,在丢掉了初始同步机会后,能够利用网内的信号进入到网中。

勤务同步指的是同步保持及快速同步。

由于系统时钟的漂移以及通信中的无线电寂静,都会造成同步了的系统再失步,这时就需要进行同步保持和快速再同步。

2　跳频同步基本方法跳频通信发展至今,其同步技术大体上有精确时钟法、同步字头法及自同步法。

211　精确时钟法精确时钟法是用高精度时钟实时控制收发双方的跳频图案,即实时控制收发双方的频率合成器的频率跳变。

由于产生跳变频率的方法是相同的,唯一不知道的是时间。

若收发双方都保持时间一致,且通信距离已知,则可保证跳频图案的同步。

使用精确时钟法,跳频同步主要是受到时钟稳定性及移动距离变化引起的不确定性的影响。

采用这种方法进行跳频同步,需要事先约定好所采用的跳频图案和频率表,或者需通过其他方式将跳频图案信息通知网内用户。

目前的全球定位系统(G PS)时统就满足该要求,其对所有的G PS用户一致,且其时间精度非常高,因此用G PS时生成网时来实现跳频同步是一种很好的同步方法。

用该方法可以避免其他同步方法在提高跳速和增加跳频周期时所遇到的许多困难,从而能极快地实现跳频同步,同时也可以实现长跳频周期。

这种方法使用精确的时钟减少了收发双方伪随机相位的不确定性,同步速度快、准确、保密性好,是跳频通信中常用的一种同步方法。

212　同步字头法使用同步字头法的跳频设备,将带有同步信息(如定时等)的同步字头置于跳频信号的最前面,或在信息传输过程中,离散地插人这种同步字头。

接收端根据同步字头的特点,可以从接收到的跳频信号中将它们识别出来,作为调整本地时钟或伪随机码发生器之用,从而使收发双方同步。

与这种方法相配合,接收机可处于等待状态,即在某一固定频率上等待同步头的到来,或对同步频率进行扫描搜索。

这种方法同步搜索快、容易实现、比较可靠,所以很多的战术跳频电台都采用这种同步方法。

不过在使用此种方法时,需要设法提高同步字头的抗干扰性与隐蔽性能。

通常采用自相关特性好的序列作为同步码码字,并对它进行前向纠错编码。

同步头信号可用所占频段的任一频道传输,这可由基本密钥控制。

同步信号是按周期传送的,但在时间间隔上是不规则的。

同步信息数据帧格式如图2所示。

图2　同步信息数据帧格式为了使同步信息隐蔽,应采用尽量短的同步字头,但是同步字头太短又影响传送的同步信息量的多少,需折衷考虑。

采用同步字头法的跳频系统为了能保持系统的长时间同步,还需在通信过程中,插入一定的同步信息码字。

这种方法的主要弱点是一旦同步字头受到干扰,整个系统将无法工作。

213　自同步法自同步法是依靠从接收到的跳频信号中提取有关同步信息来实现跳频同步的。

此法不需要专门的信道和发送专门的同步码字,所以具有节省信道、节省信号功率和同步信息隐蔽等优点。

自同步法在节省频率资源和信号功率方面具有优点。

但由于发端发送的数字信息序列中所能隐含的同步信息是非常有限的,所以在接收端所能提取的同步信息就更少。

此法只适用于简单跳频图案的跳频系统,并且系统同步建立的时间较长。

依据提取同步信息的手段不同,又可分为几种具体的实施方法:等待自同步法、扫描法和频率估值法等。

专题技术与工程应用2009年无线电工程第39卷第9期59衡量跳频同步系统性能的优劣主要应考虑2个方面:跳频系统同步的可靠性和同步系统的抗干扰性。

同步系统的可靠性包括:系统同步的建立时间、正确同步概率和假同步的概率、系统同步保持时间等项指标。

一般说来,跳频同步系统的同步建立时间越短越好,同步保持时间越长越好;正确同步的概率要大,假同步的概率要小。

这样才能称为一个快速、稳定而可靠的同步系统。

3　工程应用在某工程中,根据系统的设计要求,跳频通信时采用了上述的精确时钟法。

系统同步时钟来源于G PS 模块,该模块位于设备主控计算机中,G PS 模块输出跳频同步启动脉冲和G PS 秒脉冲,系统时钟锁定于G PS 秒脉冲。

在主控计算机上通过操作界面可以设置通信双方事先约定好的跳频同步启动时间,在预定时刻到来时,收发双方的G PS 模块同时发出跳频启动脉冲,该脉冲控制跳频综合器按预定的跳频图案开始跳变,使收发双方在同一时刻跳变到同一频率,完成跳频通信。

4　结束语介绍了跳频同步技术的几种方法,对每种方法的优缺点进行了比较分析,在理论分析的基础上根据工程实际情况采用精确时钟法实现了跳频同步,在某工程实际应用中,跳频通信同步系统工作稳定可靠。

±参考文献[1]梅文华,王淑波,邱永红,等.跳频通信[M].北京.国防工业出版社,2005.[2]查光明,熊贤祚.扩频通信[M].西安:西安电子科技大学出版社,1990.[3]李雪华.微波通信设备的跳频图案设计[J ].无线电工程,2004,34(4):58-60.[4]F LIKKE M A P G.S pread 2spectrum T echniques for Wireless C ommunication[J ].IEEE S ignal Processing Magazine ,1997,7(3):13-17.[5]王志荣,李荷,李青平.超短波跳频信号源的实现[J ].无线电通信技术,2008,35(3):36-37.作者简介张华磊　男,(1973-),中国电子科技集团公司第五十四研究所工程师。

主要研究方向:微波和散射通信。

(上接第32页)增加带有短路柱的寄生分支3后,在分支2谐振时,通过电磁耦合使寄生分支3上亦产生谐振,同时,由于这2个模式的谐振频率比较接近,故而形成了双峰结构,扩展DCS 频段到PCS 频段,达到了DCS/PCS 两个频段的目的。

2.2.3　辐射场型由辐射场型图可以得知由天线所辐射出来的电磁波在空间中每一个位置的相对强度或绝对强度。

仿真得到的频点在1860MH z 时的辐射方向图如图3所示。