短波通信自适应选频的研究

短波通信自适应选频的研究

通过对短波信道实际采集数据的统计分析，验证了干扰信道条件下频率分布具有“多孔性”和各频点干扰电平具有“瞬时”稳定性，提出基于干扰电平最小的短波自适应实时选频算法。该算法根据信道的干扰情况自动调节选频门限，能够更精确地反映短波信道干扰情况的实时特性，选频精确度更高，具有抗“突发性”干扰能力。最后通过实验仿真证明此选频算法是正确的、可行的。

实时选频，短波信道，自适应选频算法，抗干扰通信

短波自适应通信技术主要是针对短波信道的缺陷而发展起来的频率自适应技术，通过在通信过程中，不断测试短波信道的传输质量，实时选择最佳工作频率，使短波通信链路始终在传输条件较好的信道上。

短波选频的目的是为了在当前十分拥挤的短波干扰信道中寻找出能可靠通信的频率，即“安静信箱”，这就用到了实时信道监测与分析技术。实时信道监测与分析主要解决的问题是利用干扰信道条件下频率和时间的“多孔性”分布特征，实时寻找未受干扰的“安静信箱”。然后使用这些被选出的安静信箱进行数据通信。

频率自适应根据功能的不同可以分为两类：通信与探测分离的独立系统和探测与通信为一体的频率自适应系统。融探测与通信为一体的短波自适应通信系统是近年来微处理器技术和数字信号处理技术不断发展的产物。该系统对短波信道的探测、评估和通信一起完成，能实时选择出最佳的短波通信信道，减少短波信道的时变性、多径性和噪声干扰对通信的影响，使短波通信的频率随信道变化自适应地变化，确保通信始终在质量最佳的信道上进行。

频率自适应系统根据是否发射探测信号可分为主动选频系统和被动选频系统，主动选频系统需要发射探测信号来完成自适应选频；被动选频系统不需要发射探测信号而是通过某种方法计算出信道中的可用频段，进而在该可用频段内再通过某种算法测量出若干个安静频率作为通信频率。由于被动选频不需要发射装置，接收简单、成本低。

通常在选择出可用频率（安静信箱）后所采用的通信方式是一种瞬间通信方式，这种通信方式是把自适应选频技术、高速调制解调技术和分组报文及分组跳频技术相结合的一种高频自适应抗干扰通信系统。当发送信息时，将数据信息分组后在瞬间突然发出，每次发送的信息时间短，频率更换频繁，而且每个频率点在短时间内不会重复使用，又因为可用频率（安静信箱）的选择具有随机性，因而通信过程具有随机性和短暂性，不容易被干扰、跟踪，从而达到抗干扰的目的。

通过对短波信道实际采集数据的统计分析，可知短波信道在任意时刻都有干扰较小的频点，验证了干扰信道条件下频率分布具有“多孔性”，各频点干扰电平具有“瞬时”稳定性，提出基于干扰电平最小的短波自适应实时选频的算法。

自适应实时选频的基本思想是利用干扰信道条件下频率的“多孔性”分布特征，实时寻找未受干扰或干扰较小的“安静信箱”，然后使用这些被选出的安静信箱作为下一时刻的可用通信频率，以12秒为一个时间单位作为选频周期，前12秒内完成选频任务，后12秒使用前12秒选出的频点作为安静信箱用于通信。

在256KHZ通带内进行FFT，每隔1KHZ抽取一个频率点，在12秒内进行统计平均，找出连续5个抽样频率点（5KHZ）电平小于门限电平的频率点，将其中心频率定义为“安静信箱”，依据此方法选出12个“安静信箱”作为可用频率点，记录具体频率和干扰电平类别，信道干扰类别可以衡量此频点所对应的信道的优劣，以便于根据信道的干扰强度调解选频门限、通信速率等参数。

通过前面的统计分析结果可知，短波信道确实还存在相当数量的“安静频点”，但这些频点只有通过实时选频才能发现，为此提出实时选频算法。

在选频周期内，通过短波接收机连续扫描短波信道的某一被选频段，获得NN个频率的平均值P1，P2，……，PNN，求出P1，P2，……，PNN中每个连续BKHZ（B取3～5）的平均功率Pa1，Pa2……，Pann-（B-1）。设要得到的H 个安静频点的频率值为fu1、fu2、……、fuH。获得fuk，k=1，2，……，H的方法如下：

先找出Pa1，Pa2，……，PaNN-（B-1）的最小值MinK，从Pa1，Pa2，……，PaNN-（B-1）找出所有满足Pai≤MinK+Vths，i=1，2，……，N-（B-1）的频率点f11，f12，……，f1MM，中随机抽取一个频率值作为H个安静频点的第一个频率值fu1。使用相同的方法获得fu2，fu3，……，fu12。

此算法能够保证fu2，fu3，……，fu12彼此之间有一定的频率间隔，以免出现fu2，fu3，……，fu12过于接近，不利于躲避追踪和干扰。其中Vths定义为选频判决门限，且Vths≥0。当Vths为0时选择出的H个频点是被选频段中干扰最小的H个；当Vths不为0时，不能保证所选择的安静频点的干扰值最小，但可以保证安静频点干扰值的波动范围最大不会超过Vths，同时带来的好处是所选择的安静频点fuK的频率位置具有了更好的随机性，Vths越大随机性越好，通信时不容易被跟踪，增强了抗干扰能力。这是以牺牲安静频点的性能为代价的，只要选频判决门限Vths选择合理，安静频点的性能不会有大的影响，这种代价是值得的，而且Vths根据信道的干扰情况具有自动调节的功能，当频段内的干扰信号比较强、安静频点比较少的时候降低Vths的值，甚至降到0，以免所选安静频点的性能太差而影响正常的通信；反之当频段内的干扰信号较弱、安静频点较多时，可以增大Vths，使可用频率的位置获得更好的随机性。即使是Vths 为0 的时候，fuK的频率位置仍然具有一定的随机性，因为信道各频点的干扰电平在短时间内本身就具有随机性。

结束语

通过短波信道大量采集的数据，统计分析了短波信道的干扰及稳定性情况，

验证了干扰信道条件下频率分布具有“多孔性”和各频点干扰电平具有“瞬时”稳定性。得到了“安静频率”随时间的变化情况，并根据选频方案确定了自适应实时选频算法，这种算法能够实时检测短波信道的干扰情况，发现信道中的“瞬时”可用安静频点。实验证明，该算法能够准确寻找出干扰较小的可用频率点，因此若在中长期频率预测的基础上，使用此选频算法实时选出可用频率，并在此可用频率稳定时间之内完成通信，即可实现抗干扰能力很强的短波通信。

参考文献

[1]陆建勋.瞬间通信的原理和应用.全国数字通信学术会议论文集（上）

[C] .1990

[2]陆建勋.信息战条件下的高频通信新体制研究.现代军事通信[J] .1999（24）