跳频通信系统中的迟入网技术研究

科技情报开发与经济ＳＣＩ－ＴＥＣＨＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ２００７年第１７卷第２期随着跳频技术的出现，跳频通信得到了迅速发展，由于其独特的技术性能，跳频通信在军事领域得到了广泛的应用。

跳频信号的载频具有伪随机跳变的特点，而侦察方无法预先获知其跳变规律，因此难以用伪码同步方法来实现对跳频信号的解跳侦收。

本文讨论了跳频通信中的同步控制技术，并提出了一种实现迟入网同步的有效方法。

１系统结构及基本原理以一种数字化的超短波跳频电台的简要框图为例（见图１），图中Ａｉｎ，Ａｏｕｔ分别表示模拟话音输入和输出。

ＤＳＰ是进行同步控制和信号处理的核心模块。

发送时，ＤＳＰ主要完成信号的组织、波形形成、驱动频率合成器跳频等任务；接收时，完成信号捕获、同步信息接受、驱动频率合成器跳频以实现解跳及对基带信号进行码元判决等。

数字上、下变频器的作用是在ＤＳＰ和高速Ａ／Ｄ／Ａ器件之间完成取样率的匹配，同时进行调制、解调；跳频码发生器根据ＤＳＰ提供的时间信息ＴＯＤ（ＴｉｍｅＯｆＤｅｌａｙ），启动加密算法计算出伪随机的跳频码送给ＤＳＰ；主控单片机用于对系统内的各模块功能进行集中控制和协调，并提供人机接口；外接计算机用于数据传输。

２时间信息（ＴＯＤ）与３种跳频同步分类２．１ＴＯＤ设计格式为了提高跳频电台的抗干扰能力，同步频率要随时间变化。

我们设计了一种非线性的ＴＯＤ表示方法（见图２），将ＴＯＤ分为高段和低段，高段以１ｍｉｎ为计时单位，低段以跳频间隔为计时单位，低段计够１ｍｉｎ后要向高段进位；所以低段只需要１６ｋｂ，高段为３２ｋｂ。

ＴＯＤｈ与ＴＯＤｌ一起代表了系统的实时状态。

２．２３种跳频同步的关系跳频同步又分为初始同步、迟入网同步和勤务同步。

初始同步是指接收方通过接收同步字头实现与发送方同步的过程；迟入网同步是指未能通过接收初始同步入网的电台或者初始同步后又失去同步的电台，通过接收发送方在信息（话音数据或数传数据）跳中的迟入网同步信息实现跳频同步；勤务同步是指接受方在取得初始同步或者迟入网同步后，仍然需要通过接收方插入在信息（如话音数据）跳中的勤务同步信息来保持同步，以免因为收发双方频率源漂移等原因丢失跳频同步。

通常迟入网同步跳和勤务同步跳放在一起设计，只是用途不同而已，简称为迟入网同步。

插入在信息跳中的迟入网同步信息和勤务同步信息称为迟入网勤务同步信息，简称为勤务同步；也就是说勤务信息的作用有两个：迟入网同步和同步跟踪保持。

同步跟踪保持在跳频同步中必不可少。

不同电台之间由于系统频率源的差异，会造成彼此定时关系的差异。

这种差异在同步之后会导致失步。

这是因为，两电台获得初始同步以后，在接受机前端收发的跳沿（起跳时刻）是对齐的，现在假定收方的系统频率源略快于发方，那么收方的抽样定时也就略快于发方，从而收方的跳频间隔略快于发方，见图３。

当然这里为了说明问题，对时钟差异做了夸大。

由图３可以看出，同步后随着时间增长，跳沿的逐渐错开会导致信号接收出错，直至完全失步。

在设计中应避免这种失步，需要设置跳频勤务信息跳，实现跳频同步跟踪保持。

勤务信息的接收应具有判断这种跳沿错开方向及大小的作用，所以说，勤务信息是同步保持及快速再同步的保证。

用于计算同步频率的算法称为同步频率算法。

在设计同步频率算法时，不管在初始同步中，还是在迟入网勤务同步中，同步频率算法都采用一个不变的算法，但要求这一组同步频率应具有足够的随机性，以提高同步信息的防截获、抗干扰能力。

因此在同步方案设计与实现中，对算法提出了很高的要求。

３迟入网同步方案３．１勤务序列格式本通信系统的设计方案为，每隔２８０跳发一组勤务信息序列，共２０跳（传插有６跳数据），用于迟入网同步和跳频跟踪保持。

设计的跳频迟入网勤务同步序列组成格式见图４。

它由同步序列、网号、ＴＯＤ构成，各自的跳数分配如下：第一组ｆ０￣ｆ５发＼Ｗａｌｓｈ０～＼Ｗａｌｓｈ５（＼表示负的）；第二组ｆ２￣文章编号：１００５－６０３３（２００７）０２－０１９７－０２收稿日期：２００６－０９－１１跳频通信系统中的迟入网技术研究李冬贵，帖翊，陈生潭（西安电子科技大学，陕西西安，７１００７１）摘要：介绍了超短波跳频电台系统结构及基本原理，分析了时间信息（ＴＯＤ）与３种跳频同步分类，提出了一种迟入网同步方案。

关键词：跳频通信；跳频同步；迟入网同步中图分类号：ＴＵ９１４．４１文献标识码：Ａ图１系统结构图示图２ＴＯＤ表示方法注：图中带端点的箭头指示的是跳频起始时刻———跳沿；第几跳指初始同步完成后跳频跳数计数的跳序数。

图３收发跳沿错开的情况１９７ｆ３发网号；第三组ｆ０￣ｆ５发ＴＯＤ，此处ＴＯＤ发整个ＴＯＤ低段（１６ｋｂ），即ＴＯＤｌ１５～ＴＯＤｌ０。

电台开机扫描跳频，跳速为（３００／７）Ｈｏｐｓ／ｓ，当捕获到正的Ｗａｌｓｈ０～５相关峰时就认为是初始同步序列，当捕获到负的Ｗａｌｓｈ０～Ｗａｌｓｈ５相关峰时就认为是勤务序列，进入迟入网同步。

值得一提的是，勤务信息的同步频率算法与初始同步算法一致，同步频率随着ＴＯＤｈ的变化而不断变化。

勤务序列发送的频率为ｆ０￣ｆ５，Ｗａｌｓｈ是＼Ｗａｌｓｈ０～＼Ｗａｌｓｈ５（和初始同步不同，以区别初始同步还是迟入网）；网号发送频率为ｆ２￣ｆ３，发送的Ｗａｌｓｈ为Ｗａｌｓｈ８～Ｗａｌｓｈ２３；在ＴＯＤ跳里，发送频率为ｆ０～ｆ５，发送的Ｗａｌｓｈ是Ｗａｌｓｈ２４～Ｗａｌｓｈ３１。

３．２硬件平台结构跳频电台的核心部分是跳控板，实际上是一个ＤＳＰ系统，其核心是一片ＤＳＰ芯片，此外还有ＡＤ／ＤＡ芯片、串／并转换芯片、外部ＲＡＭ和ＥＰＲＯＭ等外围器件。

系统的结构框图见图５。

在本跳频通信系统中采用ＴＭＳ３２０ＶＣ３３数字信号处理器，这是一种高性能浮点数字信号处理器芯片，它采用了内部１．８Ｖ、外部３．３Ｖ供电，由于其较高的性价比，其应用较为广泛。

３．３迟入网与同步保持过程迟入网同步与同步保持都是通过勤务信息的接受实现的。

勤务信息是同步保持及快速再同步的保证。

迟入网同步分为扫描、捕获、跟跳确认几个过程。

初始同步没有入网的电台用自己的ＴＯＤｈ计算出来的跳频同步频率，不断地去扫描，扫描周期不变；如果捕获到迟入网跳频同步信息＼Ｗａｌｓｈ０～＼Ｗａｌｓｈ５，可以通过捕获到的Ｗａｌｓｈ号和本方的跳频同步频率号，计算出发方的ＴＯＤｈ信息，同时调整本方的ＴＯＤｈ信息和同步跟跳。

同步跟跳后同时启动跟跳计算，以便接收网号信息、ＴＯＤｌ和同步确认。

同步确认的过程是通过在接下来连续的几个复帧中对迟入网勤务同步信息的接受完成的。

同步保持也是通过勤务信息实现的。

勤务信息是对收到的相关码的位置进行同步调整，使得收发双方得以同步保持。

具体实现方案为：收方通过对收到的勤务信息不停地做相关运算，得到相关峰并可得到其实际位置，与理论上的相关峰相比较，根据差值可以调整后续跳的跳沿位置，使之与发方跳沿重新对齐。

为保证收方调整的可靠性，可根据多跳相关峰位置所得到的差值的平均值来进行调整。

３．４迟入网同步流程在迟入网同步流程中（见图６），其中“进一步确认前导序列”确认的是勤务前导序列，确认收到的同步信息是否正确的依据是看前后两次收到的ＴＯＤ值是否满足３００的差值。

本方案中，通过对勤务接收结果的频率号、网号的正确接收次数做大数判决、比较前后两次勤务接收结果中ＴＯＤ值是否满足要求来提高同步信息接收的可靠性。

经验证，本方案同步时间短，捕获概率高，同步可靠，同步性能完全满足跳频电台指标要求。

参考文献［１］支长义，雷天友，蔡丽丽．浮点ＤＳＰ原理及应用［Ｍ］．成都：电子科技大学出版社，２００３．［２］曾兴雯．通信中的扩展频谱技术［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，１９９５．［３］帖翊，鲁远曙，金永红．跳频通信同步技术研究［Ｊ］．无线电通信技术，２００１，２７（６）：３５－３６．［４］梅文华．跳频通信地址编码理论［Ｊ］．北京：国防工业出版社，１９９６．（责任编辑：王雅利）───────────────第一作者简介：李冬贵，男，１９７９年９月生，现为西安电子科技大学２００４级在读硕士研究生，陕西省西安市雁塔区太白南路２号，７１００７１．图４勤务序列格式图５系统的结构框图ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＤｅｆｅｒｒｅｄ－ｎｅｔｗｏｒｋ－ｅｎｔｒｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＨｏｐｐｉｎｇＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＬＩＤｏｎｇ－ｇｕｉ，ＴＩＥＹｉ，ＣＨＥＮＳｈｅｎｇ－ｔａｎＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆｕｌｔｒａｓｈｏｒｔｗａｖｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｏｐｐｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ａｎａｌｙｚｅｓｏｎｔｈｅＴＯＤａｎｄｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｈｏｐｐｉｎｇｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｓ，ａｎｄａｄｖａｎｃｅｓａｓｃｈｅｍｅｏｆｄｅｆｅｒｒｅｄ－ｎｅｔｗｏｒｋ－ｅｎｔｒｙｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｔ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｏｐｐｉｎｇｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｈｏｐｐｉｎｇｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ｄｅｆｅｒｒｅｄ－ｎｅｔｗｏｒｋ－ｅｎｔｒｙｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ李冬贵，帖翊，陈生潭跳频通信系统中的迟入网技术研究本刊Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ信息技术１９８。