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跳頻范文第1篇

關(guān)鍵詞:跳頻通信 干擾問題

中圖分類號: 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1007-9416(2010)05-0000-00

1 引言

在通信對抗中,隨著通信偵察和干擾技術(shù)的發(fā)展,定頻通信系統(tǒng)容易暴露目標(biāo)且易被截獲。跳頻通信中因?yàn)榫咂溆辛己玫目垢蓴_、抗截獲能力,因而在軍事通信特別是戰(zhàn)術(shù)通信方面得到了廣泛的應(yīng)用。由于通信與干擾的對抗性,跳頻通信技術(shù)特別是高跳速跳頻技術(shù)和差分跳頻技術(shù)的發(fā)展對通信對抗構(gòu)成了新的挑戰(zhàn),跳頻通信干擾作為通信對抗的一個(gè)重要組成部分,其地位也必將隨著跳頻技術(shù)在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而變得越來越重要。

2 跳頻通信原理

跳頻技術(shù)是用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控,使載波頻率不斷跳變而擴(kuò)展頻譜的一種方法。跳頻系統(tǒng)的頻率合成器輸出載波信號的頻率是受跳頻指令控制的。在時(shí)鐘的作用下,跳頻指令發(fā)生器不斷地發(fā)出控制指令,頻率合成器不斷地改變其輸出載波的頻率。因此,從天線發(fā)送出去的就是跳頻信號。通常,是利用偽隨機(jī)發(fā)生器來產(chǎn)生跳頻指令的,或者由軟件編程來產(chǎn)生跳頻指令。所以,跳頻系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是跳頻器,更具體地,是能產(chǎn)生頻譜純度好、切換速度快的頻率合成器和偽隨機(jī)性好的跳頻指令發(fā)生器。這里之所以采用偽隨機(jī)碼而非隨機(jī)碼,是為了接收端的同步。

3 跳頻通信干擾的類型

通信干擾的目的是擾亂和破壞對方無線電通信的正常進(jìn)行。根據(jù)干擾的作用,通信干擾分為欺騙性干擾和壓制性干擾,壓制性干擾是指發(fā)射足夠強(qiáng)的干擾信號,使對方通信接收機(jī)難以或不能正常接受通信信息。壓制性干擾是通信干擾的主要方式,鑒于跳頻通信的廣泛應(yīng)用,對跳頻通信最有效的干擾是以下三種:

(1)窄帶頻率瞄準(zhǔn)式干擾。用于干擾單個(gè)信道的窄帶干擾。窄帶頻率瞄準(zhǔn)式干擾,先由引導(dǎo)接收機(jī)搜索截獲并分析信號,然后選擇最好的干涉樣式啟動(dòng)發(fā)射機(jī)開始按照需要功率進(jìn)行干擾,在某一個(gè)頻率上施放長時(shí)間的大功率的干擾,即單頻干擾。

(2)攔阻式干擾。用于干擾一個(gè)頻段內(nèi)多個(gè)信道的寬帶干擾。攔阻式干擾,先進(jìn)行線性掃頻,然后根據(jù)掃到的頻率范圍,實(shí)施連續(xù)攔阻式干擾或者梳狀攔阻式干擾。它按頻率范圍分為全頻段和部分頻段干擾。

采用全頻帶干擾時(shí),FH系統(tǒng)的干擾處理增益為:

(式中:為跳頻帶寬;為信息帶寬)。當(dāng) 較大時(shí),對跳頻電臺(tái)進(jìn)行干擾必須付出很大的功率,可能達(dá)到難以接受的程度。所以全頻段干擾不是一種理想的干擾方式,敵方一般也不會(huì)采用。

部分頻段干擾時(shí)[3],設(shè)擾的頻段占全頻段的比例為α,在一定的跳速下,α值須大于某一個(gè)值時(shí),干擾才是有效的。設(shè) 為接收到的信號功率,為接收到的干擾功率,可以得到干擾能達(dá)到的平均比特錯(cuò)誤率為:

(3)頻率跟蹤瞄準(zhǔn)式干擾。這種干擾方式是實(shí)時(shí)測量出跳變的頻率,并且它結(jié)合了窄帶頻率瞄準(zhǔn)式干擾和攔阻式干擾的優(yōu)點(diǎn),采取一種折中的方法,即也采用窄帶干擾,避免了攔阻式干擾由于干擾功率分散在很寬的頻段上而需要很高的干擾功率,由使用了全頻段掃描,采用跟頻干擾,提高了窄帶頻率瞄準(zhǔn)式干擾的靈活性。

這些干擾方式和跳頻通信的關(guān)系正像二人對弈時(shí)相互“出子”一樣,當(dāng)雙方的“布子”落在時(shí)――頻域棋盤內(nèi)的同一小格時(shí),則干擾有效。因此,跟蹤跳頻圖案施放的干擾策略就是最佳的干擾跳頻通信的策略了。目前第一種方式的干擾效率對于跳頻通信效率比較低,特別對于一些跳頻數(shù)目多的電臺(tái)只有10%左右,達(dá)不到30%的干擾效果,第二種方式對于寬頻帶乃至全頻段跳頻的干擾效能比較低,目前第三種方式應(yīng)用比較多。

4 跳頻通信干擾的四個(gè)必要條件

(1)時(shí)域條件:由于頻率跟蹤瞄準(zhǔn)式干擾是實(shí)時(shí)測量出跳變的頻率,并在該頻率上發(fā)射干擾信號,因?yàn)楦蓴_設(shè)備反應(yīng)時(shí)間和電波傳播時(shí)間的影響,干擾信號的發(fā)射時(shí)間總是滯后于通信信號。根據(jù)實(shí)驗(yàn)[1],在信號頻率的駐留時(shí)間(稱信號駐留時(shí)間,一般認(rèn)為它等于跳頻碼元寬度的90%)內(nèi),只要有50%的時(shí)間擾,就可以達(dá)到有效干擾。這就要求從干擾設(shè)備的引導(dǎo)接收機(jī)截獲到信號,到干擾信號到達(dá)接收機(jī)的總延遲時(shí)間,必須不小于信號駐留時(shí)間的50%。對于500h/s的跳頻信號大約為0.9ms(碼元寬度為1/500秒即2ms,駐留時(shí)間為1.8ms,因此半數(shù)為0.9ms)。

(2)空域條件:是指跳頻通信發(fā)信機(jī)、接收機(jī)以及干擾機(jī)所處的地理位置應(yīng)該滿足的數(shù)學(xué)關(guān)系。圖1中的通信方為收、發(fā)信機(jī),干擾機(jī)用來對通信的信號進(jìn)行偵聽、處理,然后以同樣的載波頻率施放干擾。為了有效地干擾跳頻系統(tǒng),在通信頻率跳到新的頻率之前,干擾機(jī)必須完成從偵聽到施放干擾的全過程。

(3)頻域條件:干擾頻譜與跳頻通信信號中攜帶信息的頻譜相重合,這樣,在頻域就難以將二者分開。干擾機(jī)采用線性寬頻帶實(shí)時(shí)測出跳變頻率,在進(jìn)行處理前進(jìn)行驗(yàn)證比對,看是否滿足相等條件,滿足則實(shí)施干擾信號發(fā)射,不滿足則繼續(xù)搜頻。擾的信道數(shù)占跳頻總信道數(shù)的比例與跳速和信號形式有關(guān),但是,無論哪種跳速和信號形式,只要干擾了50%以上的信道,都可以達(dá)到有效干擾的目的。

(4)能域條件:一般情況下,干擾信號應(yīng)具有壓制敵方通信所需的干擾頻率。實(shí)施干擾時(shí)我們一般需要對干擾功率進(jìn)行估算,思路如下:

跳頻范文第2篇

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，多頻時(shí)分多址的幀結(jié)構(gòu)中，會(huì)存在很多載波信道，這些載波會(huì)根據(jù)一定的規(guī)律被分成若干個(gè)時(shí)間幀，而每個(gè)時(shí)間幀還會(huì)被劃分成一些時(shí)隙來實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的正常通信。在這個(gè)過程中，每個(gè)載波進(jìn)行通信的速率是各不相同的，通過這樣的設(shè)計(jì)，能夠讓用戶與業(yè)務(wù)在接入的過程中更加靈活，滿足當(dāng)前的實(shí)際需求，也在很大程度上提升了衛(wèi)星信道的利用率。多頻時(shí)分多址技術(shù)的另一個(gè)特點(diǎn)，是具備一個(gè)非常標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間基準(zhǔn)，該指標(biāo)在全網(wǎng)范圍內(nèi)都是統(tǒng)一的[1]。衛(wèi)星在進(jìn)行通信過程中，不可避免地會(huì)涉及到一系列的控制，如功率、頻率以及定時(shí)等，這時(shí)，網(wǎng)內(nèi)終端便會(huì)根據(jù)需求進(jìn)行時(shí)隙跳變，從與之相對應(yīng)的載波上實(shí)現(xiàn)突發(fā)通信的接收，而其他時(shí)間則固守“崗位”。因此，根據(jù)上述特點(diǎn)，多頻時(shí)分多址技術(shù)能夠很容易地與跳頻技術(shù)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信的抗干擾目的。

2自適應(yīng)跳頻技術(shù)

在現(xiàn)階段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，比較常見的抗干擾方法主要是鏈路干擾，具體分為上行與下行2種；而以信號特點(diǎn)為基礎(chǔ)則可以分為寬帶、部分頻帶、多頻連續(xù)波以及頻率跟蹤4種[2]。對以上干擾來說，自適應(yīng)跳頻技術(shù)都有比較良好的控制效果，能夠有效地對干擾信號進(jìn)行抑制與削弱。相比于常規(guī)跳頻，自適應(yīng)跳頻增加了干擾檢測裝置，安裝在系統(tǒng)的接收端，能夠?qū)崿F(xiàn)對信道質(zhì)量的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的評估，還可以通過自適應(yīng)的方式，來實(shí)現(xiàn)干擾躲避。將自適應(yīng)跳頻技術(shù)應(yīng)用到多頻時(shí)分多址衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的過程中，一般要通過相應(yīng)的檢測技術(shù)，對信道的上行與下行鏈路進(jìn)行質(zhì)量評估，從而實(shí)現(xiàn)對干擾的有效識別，與此同時(shí)，自動(dòng)選取最佳的躲避技術(shù)來降低干擾[3]。從多頻時(shí)分多址的技術(shù)特點(diǎn)出發(fā)，可以通過定時(shí)基準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)跳頻圖案的生成，并以此為基礎(chǔ)，運(yùn)用與之相對應(yīng)的干擾檢測技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對干擾頻點(diǎn)的有效躲避。在進(jìn)行跳頻通信時(shí)，多頻時(shí)分多址系統(tǒng)中所擁有的空間時(shí)隙會(huì)根據(jù)一定規(guī)律對空間站進(jìn)行啞數(shù)據(jù)突發(fā)的實(shí)時(shí)發(fā)送，從而對系統(tǒng)中的幀結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵幀實(shí)現(xiàn)更有效的保護(hù)。

3衛(wèi)星通信過程中干擾檢測

想要實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)跳頻，首先需要運(yùn)用相應(yīng)技術(shù)，對受干擾信道中干擾因素進(jìn)行準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的估計(jì)，當(dāng)前運(yùn)用比較普遍的估計(jì)方法主要有FFT功率檢測、信噪比判別以及誤碼特性等3種[4]。自適應(yīng)跳頻在通信過程中，其所運(yùn)用的接收機(jī)可以對有效的頻點(diǎn)利用以及定時(shí)等信息進(jìn)行精確提取，因此，運(yùn)用估計(jì)速度較快、估計(jì)結(jié)果較準(zhǔn)確的FFT功率檢測更合適。在特殊情況下，也可以運(yùn)用另外2種方法對其進(jìn)行輔助檢測，以實(shí)現(xiàn)對不可用頻點(diǎn)的有效識別。以自適應(yīng)跳頻衛(wèi)星通信的主要特點(diǎn)為基礎(chǔ)，在進(jìn)行跳頻通信時(shí)，干擾檢測設(shè)備會(huì)對頻帶范圍內(nèi)所接收到的所有信噪比與功率進(jìn)行分析與估計(jì)，進(jìn)而得出與系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)頻點(diǎn)相適應(yīng)的干擾檢測門限。設(shè)備在對數(shù)據(jù)進(jìn)行接收的過程中，還會(huì)通過FFT對跳頻帶寬中不符合信號頻點(diǎn)的所有功率進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分析，從而實(shí)現(xiàn)對受干擾頻點(diǎn)的確定。如果跳頻的帶寬相對較寬，或相應(yīng)接收機(jī)沒有足夠的信息處理能力，也可以運(yùn)用另一種方法進(jìn)行受干擾頻點(diǎn)的確定，即逐頻帶分析方法。需要注意的是，多頻時(shí)分多址自適應(yīng)跳頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，一般其解調(diào)器的配置不止一個(gè)，其原因在于這種配置方法可以實(shí)現(xiàn)大站與小站之間的有效組網(wǎng)，還能夠在其接收能力內(nèi)進(jìn)行有效擴(kuò)展[5]。在這個(gè)過程中，還能夠?qū)崿F(xiàn)對多載波中絕大多數(shù)突發(fā)數(shù)據(jù)的解調(diào)，利用自適應(yīng)跳頻技術(shù)進(jìn)行通信時(shí)，能夠通過多解調(diào)器系統(tǒng)中的其他解調(diào)器來實(shí)現(xiàn)對干擾的檢測。

4自適應(yīng)跳頻對干擾的躲避

4.1自適應(yīng)跳頻干擾躲避方式

在自適應(yīng)跳頻中，想要實(shí)現(xiàn)干擾的自適應(yīng)躲避，需要通過2種方式：（1）集中控制。這種控制方式主要指的是在干擾檢測站中，裝置干擾檢測的相關(guān)設(shè)備，以此實(shí)時(shí)檢測對應(yīng)信道的狀態(tài)，還可以將擾的頻點(diǎn)下發(fā)，下發(fā)過程一般在控制或廣播突發(fā)中[6]。如果入網(wǎng)終端對干擾頻點(diǎn)的相關(guān)信息完成了接收，那么便可以在跳頻頻率中，對擾頻點(diǎn)進(jìn)行同步屏蔽，通過這種方式，能夠在很大程度上提升干擾躲避效果。這種方式的特點(diǎn)在于，在干擾躲避過程中，不需要業(yè)務(wù)站的參與也能夠?qū)κ芨蓴_頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確檢測，另外，整個(gè)系統(tǒng)只需要一臺(tái)抗干擾檢測設(shè)備，在很大程度上節(jié)省成本的同時(shí)，運(yùn)用能力更強(qiáng)的設(shè)備。（2）分布控制。這種方式主要指的是根據(jù)業(yè)務(wù)站的數(shù)量，將干擾檢測設(shè)備劃分成若干份，并將其有序分配到相應(yīng)的業(yè)務(wù)站中，在其下行鏈路上進(jìn)行干擾頻點(diǎn)的檢測。通過這種方式，業(yè)務(wù)站在對突發(fā)進(jìn)行接收的過程中，還能夠?qū)ο乱粋€(gè)突發(fā)進(jìn)行檢測，主要是檢測其發(fā)送與接收頻點(diǎn)上的干擾信號，并以此為依據(jù)，對干擾進(jìn)行躲避。該方法的實(shí)時(shí)性相對較強(qiáng)，如果干擾信號發(fā)生變化，該方法能夠快速做出相關(guān)反應(yīng)。

4.22種躲避方式的不足

以上2種方式主要適用于衛(wèi)星通信過程中上行鏈路存在干擾的情況，但針對下行鏈路干擾的效果欠佳。運(yùn)用集中控制方式進(jìn)行檢測，不能囊括其他區(qū)域業(yè)務(wù)站中存在于下行鏈路的主要干擾頻點(diǎn)，另外，如果主站中的下行鏈路受到干擾，其他業(yè)務(wù)站也不能實(shí)現(xiàn)對擾頻點(diǎn)的使用。運(yùn)用分布式控制方式進(jìn)行檢測，可能會(huì)導(dǎo)致雙方在通信過程中，對干擾的檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差，從而造成系統(tǒng)在躲避干擾的過程中出現(xiàn)丟幀現(xiàn)象。

4.3解決方法

為了解決上述不足，可以以分布式干擾檢測為依托，提出一種與自適應(yīng)跳頻多頻時(shí)分多址相適應(yīng)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對干擾的有效檢測與躲避。在干擾技術(shù)中，對于網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務(wù)站，主要運(yùn)用的是干擾檢測設(shè)備與非主調(diào)節(jié)器進(jìn)行相關(guān)檢測，對其信道受干擾情況進(jìn)行有效分析[7]。其可以在保留分布控制方式優(yōu)勢的同時(shí)，將準(zhǔn)確的檢測結(jié)果運(yùn)用申請突發(fā)的方式，向主站進(jìn)行發(fā)送，在主站收到突發(fā)以后，會(huì)運(yùn)用與之相適應(yīng)的方法對上行與下行干擾進(jìn)行識別。如果識別出來的是上行干擾，則將擾頻點(diǎn)進(jìn)行下發(fā)處理，前提是要將其放在控制突發(fā)中，與此同時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端都會(huì)在同一時(shí)間對擾頻點(diǎn)進(jìn)行評比；如果識別出來的是下行干擾，系統(tǒng)會(huì)對每一個(gè)相關(guān)站中受到干擾的頻點(diǎn)進(jìn)行記錄，在進(jìn)行信道資源分配的過程中，對每時(shí)隙的頻點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，之后以目的站中顯示出來的擾頻點(diǎn)進(jìn)行時(shí)隙的調(diào)整與分配，從而實(shí)現(xiàn)對干擾的躲避。通過這種方式進(jìn)行調(diào)整以后，能夠?qū)θW(wǎng)中的干擾進(jìn)行全面系統(tǒng)的檢測，并掌握干擾的分布狀態(tài)，不僅具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，而且不會(huì)對其他區(qū)域中的業(yè)務(wù)站產(chǎn)生負(fù)面影響。

5結(jié)語

跳頻范文第3篇

關(guān)鍵詞：跳頻; Turbo碼; 交織器; 迭代譯碼

中圖分類號：TN91434文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004373X(2011)23006304

Design of Turbo Coder and Decoder in Frequencyhopping System

ZHANG Bifeng， GUO Ying， ZHANG Bo

(Telecommunication Engineering Institute, Air Force Engineering University, Xi’an 710077, China)

Abstract： A scheme of Turbo coder and decoder in special frequencyhopping system is introduced on the basis of introducing the principle of Turbo coder and decoder. The design, modeling and experiment process of the coder and decoder are discussed. The scheme used iterative decoder arithmetic of MAXLOGMAP. Simulation results show that using 6 times iteration for decoder can ensure the antijamming performance and the hardware implement calculation moderates. This method can be taken in project and has stated application value.

Keywords： frequencyhopping; Turbo codes; interleavers; iteration decoding

收稿日期：201107120引言

跳頻系統(tǒng)具有良好的抗干擾特性，因此廣泛應(yīng)用于軍事通信中。Turbo碼具有接近Shannon限的性能［14］，但實(shí)驗(yàn)顯示Turbo碼的誤比特率曲線或幀錯(cuò)率曲線存在“錯(cuò)誤平層”現(xiàn)象。為了降低錯(cuò)誤平層，人們根據(jù)輸出位的錯(cuò)誤特性給出了幾種方法。文獻(xiàn)［5］提出了跳頻系統(tǒng)中Turbo碼的譯碼算法，但算法較為復(fù)雜，難以高效地在工程中實(shí)現(xiàn)；羅常青等給出了跳頻系統(tǒng)中Turbo碼譯碼器的FPGA實(shí)現(xiàn)方案，具有一定的抗干擾效果［6］；文獻(xiàn)［7］介紹了基本的Turbo碼譯碼方法；文獻(xiàn)［89］優(yōu)化了基本的譯碼方法，使得譯碼算法得到了簡化，但抗干擾性能有損失。本文針對以上不足，設(shè)計(jì)了一種Turbo碼的編譯碼算法,在保證抗干擾性能的前提下，譯碼過程簡單，方便工程應(yīng)用。

1Turbo碼編譯碼原理

1.1Turbo碼編碼原理

圖1為Turbo編碼器結(jié)構(gòu)。信息位uk直接送入分量編碼器1編碼，產(chǎn)生校驗(yàn)位x1kp，而經(jīng)過交織后的信息位u1k進(jìn)入分量編碼器2產(chǎn)生校驗(yàn)位x2kp，由于Turbo碼是系統(tǒng)碼，所以信息位直接輸出產(chǎn)生xks，即xks等于uk。編碼器每輸入一個(gè)信息位，可產(chǎn)生三位輸出，這三位輸出復(fù)合在一起作為k時(shí)刻的信道碼字。

圖1Turbo碼編碼器基本結(jié)構(gòu)1.2Turbo碼譯碼原理

Turbo碼譯碼器的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。它由兩個(gè)分量譯碼器DEC1和DEC2串行級聯(lián)組成，交織器與編碼器中所使用的交織器相同，解交織器的作用與交織器的作用相反。每個(gè)譯碼器處理接收到的N長的輸入序列，這個(gè)長度也是交織器大小。第一個(gè)譯碼器利用接收到的與第一個(gè)編碼器有關(guān)的信道符號進(jìn)行譯碼，然后把產(chǎn)生的N長的軟信息送給第二個(gè)譯碼器。第二個(gè)譯碼器使用第一個(gè)譯碼器送來的信息和從信道接收到的與第二個(gè)編碼器有關(guān)的信道符號進(jìn)行譯碼，因此，它比第一個(gè)譯碼器有更多關(guān)于消息的信息。第二個(gè)譯碼器產(chǎn)生的外部信息再送給第一個(gè)譯碼器作為先驗(yàn)信息重新對接收到的信道符號進(jìn)行譯碼，同樣由于有了更多的關(guān)于消息的信息，可以使譯碼過程更精確。持續(xù)這樣的過程就完成了Turbo碼的迭代譯碼。

圖2Turbo碼迭代譯碼器的框圖2Turbo編碼的建模

Turbo碼編碼器最常用的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3編碼器結(jié)構(gòu)圖編碼器采用兩個(gè)分量編碼器的并行級聯(lián)方式。交織器為偽隨機(jī)奇偶交織器。分量編碼器1和分量編碼器2采用同樣的結(jié)構(gòu)。刪余模塊交叉選擇編碼器1和編碼器2輸出的校驗(yàn)比特。

在設(shè)計(jì)中，Turbo碼以每跳為對象進(jìn)行編譯碼操作，預(yù)設(shè)Turbo碼碼長為一跳的數(shù)據(jù)長度，為800個(gè)符號，交織深度為800個(gè)符號。每個(gè)Turbo碼符號為3 b。因此，可選編碼效率為1/3,2/3,設(shè)計(jì)時(shí)選取2/3的這種碼率較高的方案。所以Turbo編碼器的輸入為2 b，輸出為3 b。

Turbo碼編碼的具體設(shè)計(jì)分為以下三個(gè)模塊進(jìn)行介紹。

2.1交織器的設(shè)計(jì)

偽隨機(jī)交織是Turbo碼的最佳性能交織器，交織映射沒有規(guī)律，近乎隨機(jī)。選擇偽隨機(jī)奇偶交織是為了在不降低性能的前提下，減弱編碼器1與編碼器2之間的相關(guān)性，簡化編碼器的結(jié)構(gòu)，增加編碼增益，并且奇數(shù)位置的符號映射后還在奇數(shù)位置，偶數(shù)位置的符號映射后還在偶數(shù)位置。

2.2分量編碼器

編碼器1和編碼器2采用相同結(jié)構(gòu)，使用約束長度為3 b、碼率為2/3的遞歸系統(tǒng)卷積碼，其功能框圖如圖4所示。

圖4中，編碼器的輸出Code_bit1和Code_bit2為信息比特，Code_bit0為校驗(yàn)比特。基本特性從圖5分量編碼器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中得到體現(xiàn)。

2.3刪余操作

刪余本質(zhì)就是一個(gè)二選一的選擇器，在奇數(shù)時(shí)刻，選擇編碼器1的輸出，在偶數(shù)時(shí)刻，選擇編碼器2的輸出。

圖4分量編碼器結(jié)構(gòu)圖5分量編碼器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖3Turbo譯碼器的設(shè)計(jì)

Turbo碼譯碼的基本思想是將接收到的復(fù)雜長碼譯碼成若干步，并通過迭代完成譯碼。Turbo譯碼器的三種算法分別為MAP算法、LOGMAP算法和MAXLOGMAP算法。從性能上說，MAP算法最好，LOGMAP次之，MAXLOGMAP最差。從計(jì)算復(fù)雜度上講，MAXLOGMAP最簡單，LOGMAP次之，MAP算法最復(fù)雜。綜合考慮，實(shí)現(xiàn)時(shí)選擇MAXLOGMAP算法［10］。

整個(gè)譯碼器采用并行算法，其功能框圖如圖6所示。

3.1解調(diào)軟判決輸出格式

定義解調(diào)輸出數(shù)據(jù)格式如圖7所示。

解調(diào)器的輸出以跳為單位，每跳輸出800(每跳的符號數(shù))組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)由8個(gè)7 b量化的有符號數(shù)組成，分別描述當(dāng)前符號是0,1,2,…,7的對數(shù)概率,如：demout = ［-29;-33;-26;-17;-9;-4;0;-4;…］上式表示第1個(gè)符號為0的概率：M*e-29；為1的概率：M*e-33；…;為7的概率：M*e-4；…。其中M為常數(shù)，在解碼運(yùn)算中，關(guān)心的是概率值的相對大小，因此，常數(shù)M在解碼運(yùn)算中可以忽略。

圖6Turbo譯碼器功能框圖圖7解調(diào)輸出數(shù)據(jù)格式3.2對數(shù)路徑度量值γ的計(jì)算

根據(jù)圖5分量編碼器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖得知，從N時(shí)刻到N+1時(shí)刻，總共存在32條轉(zhuǎn)移路徑，每條路徑都有相應(yīng)的路徑度量。

A譯碼器計(jì)算路徑度量值γ時(shí)，編碼時(shí)有刪余操作，編碼器輸出的碼字的奇數(shù)位置是分量編碼器A的輸出，偶數(shù)位置是分量編碼器B的輸出，因此，A譯碼器在計(jì)算γ時(shí)，只能利用奇數(shù)時(shí)刻的解調(diào)信息；相應(yīng)地，B譯碼器只能利用偶數(shù)時(shí)刻的解調(diào)信息。A譯碼器在奇數(shù)時(shí)刻對γ的計(jì)算公式是GAMA=apr+demout，在偶數(shù)時(shí)刻對γ的計(jì)算公式是GAMA=apr。apr為起始狀態(tài)對應(yīng)的先驗(yàn)信息，apr值在首次迭代時(shí)初始化為0，在后續(xù)的迭代運(yùn)算中，apr來自B譯碼器的輸出。B譯碼器也是一樣的，只不過它在偶數(shù)時(shí)刻采用A譯碼器奇數(shù)時(shí)刻的算法，在奇數(shù)時(shí)刻采用A譯碼器偶數(shù)時(shí)刻的算法。

3.3前向?qū)?shù)概率值α的計(jì)算

如圖8為前向態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖，在N時(shí)刻，每一個(gè)狀態(tài)都有一個(gè)對應(yīng)的α值，在N+1時(shí)刻，每一個(gè)狀態(tài)都有四條到達(dá)路徑，每條路徑都有一個(gè)對應(yīng)的γ值，把每條路徑的出發(fā)狀態(tài)對應(yīng)的α值和路徑對應(yīng)的γ值相加，得到四個(gè)值，選出其中最大的一個(gè)，就是N時(shí)刻各個(gè)狀態(tài)對應(yīng)的α值。其中A譯碼器和B譯碼器的算法沒有任何區(qū)別。

圖8前向狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖3.4后向?qū)?shù)概率值β的計(jì)算

圖9為后向狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖，在N時(shí)刻，每一個(gè)狀態(tài)都有一個(gè)對應(yīng)的β值，在N-1時(shí)刻，每一個(gè)狀態(tài)都有四條出發(fā)路徑，每條路徑都有一個(gè)對應(yīng)的γ值，把每條路徑的出發(fā)狀態(tài)對應(yīng)的β值和路徑對應(yīng)的γ值相加，得到四個(gè)值，選出其中最大的一個(gè)，就是N-1時(shí)刻各個(gè)狀態(tài)對應(yīng)的β值。

圖9后向狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖3.5對數(shù)似然概率LLR的計(jì)算

在N時(shí)刻，編碼器存在8種可能的狀態(tài)。輸入確定信息符號C后，存在8種可能的路徑，到達(dá)N+1時(shí)刻的8種狀態(tài)。LLR的計(jì)算公式為：LLRC=MAX(αi+γi+βi)式中:i=0，1，2，…，7；LLRC表示從N到N+1時(shí)刻，信息符號為C的概率,C=0,1,2,3；αi為N時(shí)刻路徑出發(fā)狀態(tài)對應(yīng)的前向?qū)?shù)概率；βi為N+1時(shí)刻路徑到達(dá)狀態(tài)對應(yīng)的后向?qū)?shù)概率。

3.6先驗(yàn)信息APR的計(jì)算

從LLR中減去在γ計(jì)算中使用的APR值，就是本次迭代的APR值。A譯碼器輸出的APR值經(jīng)過交織后，送給B譯碼器，作為B譯碼器下次迭代的輸入信息；B譯碼器輸出的APR值經(jīng)過解交織后，送給A譯碼器，作為A譯碼器下次迭代的輸入信息。

3.7迭代次數(shù)的確定和判決輸出

迭代停止準(zhǔn)則分為硬判決準(zhǔn)則和軟判決準(zhǔn)則兩種。不論采用哪種準(zhǔn)則，都會(huì)造成迭代次數(shù)動(dòng)態(tài)變化，在設(shè)計(jì)中，硬件資源要按照可能的最高迭代次數(shù)來配置。

此外，譯碼器的輸出選擇硬判決輸出，即輸出A譯碼器的LLR值。

圖10是從第1次迭代到第6次迭代譯碼器A的LLR輸出結(jié)果圖。

圖10譯碼器多次迭代輸出結(jié)果圖從圖10可以看出，隨著迭代次數(shù)的增加，輸出結(jié)果的變化越來越小，第6次迭代和5次迭代的結(jié)果差別已經(jīng)很小，6次迭代后，譯碼器都能達(dá)到收斂狀態(tài)。因此將迭代次數(shù)定為6次。

3.8Turbo譯碼器仿真結(jié)果

圖11是某次迭代后，譯碼器A的對數(shù)似然概率LLR的輸出結(jié)果。

圖11譯碼器解碼軟輸出圖中，每一小格4個(gè)點(diǎn)，表示一個(gè)符號的4種可能取值(0，1，2，3)的對數(shù)概率，例如：第一格的信息表示該符號對應(yīng)0的對數(shù)概率為0， 對應(yīng)1的對數(shù)概率為-28，對應(yīng)2的對數(shù)概率為-33，對應(yīng)3的對數(shù)概率為-34?？梢钥闯?，該符號為0的概率最大，應(yīng)判決為0。

4結(jié)語

本文通過對Turbo編譯碼原理的深入研究，設(shè)計(jì)了一種針對特定跳頻系統(tǒng)的Turbo編譯碼方案。仿真表明，該方案可行性好，計(jì)算量適中，可作為一種工程應(yīng)用的硬件實(shí)現(xiàn)方案。

參考文獻(xiàn)

［1］COVER T, THOMAS J. Elements of information theory \[M\] . New York : Wiley Interscience, 1991.

［2］BERROU C, GLAVIEUX A, THITIMASJSHIMA P. Near Shannon limit errorcorrecting coding and decoding: turbocodes(1) \[C\]// Proc IEEE Int. Conf. Comm.. Switzerland: Geneva: IEEE, 1993: 10641070.

［3］BERROU C. Near optimum error correcting coding and decodingturbocodes \[J\]. IEEE Transactions on Communications, 1996, 44(10): 12611271.

［4］王新梅,肖國鎮(zhèn).糾錯(cuò)碼［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2001.

［5］KANG J H, STARK W E. Turbo codes for noncoherent FHSS with partial band interference \[J\]. IEEE Trans. on Communications, 1998, 46(11): 14511458.

［6］羅常青,安建平,沈業(yè)兵.跳頻系統(tǒng)中Turbo碼譯碼器的FPGA實(shí)現(xiàn)［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007,27(1):6367.

［7］COLAVOLPE G, GERRARI G, RAHELI R. Reducedstate BCJRtype algorithms \[J\]. IEEE J. Selected Areas in Commun., 2001, 19(5): 847858.

［8］FRANZ V, ANDERSON J B. Concatenated decoding with a reduced search BCJR algorithm \[J\]. IEEE J. Selected Areas in Commun., 1998, 16(2): 186195.

［9］許成謙,林雪紅,陳嘉興.Turbo碼LogMAP譯碼算法的一種改進(jìn)算法［J］.燕山大學(xué)學(xué)報(bào),2002,26(4):286288.

［10］劉東華.Turbo碼原理與應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社,2004.

作者簡介： 張碧鋒男，1983年出生，陜西渭南人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)橥ㄐ判盘柼幚怼?/p>

跳頻范文第4篇

關(guān)鍵詞：超短波跳頻；通信系統(tǒng)；信道均衡技術(shù)

1.超短波跳頻通信系統(tǒng)

跳頻通信是用二進(jìn)制偽隨機(jī)碼序列去離散地控制射頻載波震蕩器的輸出頻率，使發(fā)射信號的頻率隨偽隨機(jī)碼得變化而跳變。跳頻通信系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。

跳頻通信系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分，一個(gè)是產(chǎn)生器，它是由偽隨機(jī)碼產(chǎn)生，另一個(gè)是合成器，它是由頻率合成。在跳頻通信系統(tǒng)中，頻率合成器是非常關(guān)鍵的。在一個(gè)預(yù)定的頻率集內(nèi)，跳頻通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)通過偽隨機(jī)碼序列對頻率合成器的控制，使其發(fā)射頻率能夠隨機(jī)地由一個(gè)跳到另一個(gè)。按照同樣的順序，收信機(jī)中的頻率合成器進(jìn)行跳變，產(chǎn)生一個(gè)本振頻率，而這個(gè)本振頻率也只與發(fā)射頻率相差一個(gè)中頻，本振頻率經(jīng)過混頻后將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中頻信號，這個(gè)中頻信號的頻率是固定的，其最后送到解調(diào)器解調(diào)，將傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行恢復(fù)。

與常規(guī)通信系統(tǒng)相比，跳頻通信系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）抗干擾能力強(qiáng)。跳頻通信系統(tǒng)的抗干擾能力較強(qiáng)，但是這些抗干擾能力不是在什么情況下都具有，其是有一定條件限制的。（2）保密性強(qiáng)。超短波跳頻通信系統(tǒng)一個(gè)顯著特征就是其載波能夠快速跳變，正是由于這一特征的存在，敵方要想截獲信息就變得沒有那么容易了。如果有一部分載波頻率被截獲，但是由于跳頻圖案的自身特性（偽隨機(jī)性），敵方要想預(yù)測跳頻系統(tǒng)要跳到哪里是非常困難的，因此，跳頻通信系統(tǒng)具有很強(qiáng)的保密性，也就是說具有很強(qiáng)的安全性。（3）抗衰落能力。如果衰落信道的相關(guān)帶寬較小，其小于跳變的頻率間隔，并且跳頻的駐留時(shí)間較短，那么抗衰落能力就會(huì)在跳頻通信系統(tǒng)中充分體現(xiàn)出來。跳頻抗衰落的原理如下：如果具有足夠大的相鄰跳變頻差，而產(chǎn)生頻率選擇性衰落也比較特殊，是一種窄帶現(xiàn)象，那么在同一時(shí)間內(nèi)，頻差大的頻率產(chǎn)生較小的衰落概率，頻率如果跳變到其他頻率時(shí)，那么通信仍然可以繼續(xù)進(jìn)行。（4）抗多徑的能力。假設(shè)到達(dá)接收機(jī)的信號有兩條路徑，一條是直射波，另一條是反射波，兩者有共同的特性，即時(shí)延差，當(dāng)折射波到達(dá)接收機(jī)時(shí)，如果接收機(jī)的頻率已經(jīng)跳到別的頻率上，那么后到的折射波就不會(huì)擾了，因此實(shí)現(xiàn)了抗多徑功能。

2. 超短波跳頻通信系統(tǒng)的信道均衡技術(shù)

2.1無線信道

針對超短波通信而言，它并不是有線通信方式，相反是一種無線通信方式，但是正是由于其是一種無線通信方式使其在一定程度上對信道均衡方式的選擇受到了影響。在移動(dòng)通信中，超短波通信的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間具有非常復(fù)雜的信號傳播關(guān)系，從簡單的視距傳播向著復(fù)雜的障礙物傳播，傳播環(huán)境就是所有因素總和。一般而言，有三個(gè)因素會(huì)對信號強(qiáng)度的變化產(chǎn)生影響，這三個(gè)因素分別為：（1）路徑傳播衰落。這一因素就是指在空間傳播中電磁波隨著傳播距離的變化造成的強(qiáng)度變化，與圖2中的直線相對應(yīng)；（2）大尺度衰落。一般情況下，多徑數(shù)量和強(qiáng)度變化時(shí)常發(fā)生，并且造成這一變化的原因主要是由于地理環(huán)境的變化而造成的，與此同時(shí)，信號強(qiáng)度較長周期也產(chǎn)生了變化。由于大尺度衰落的影響，隨著傳播距離的增加，信號功率會(huì)不斷減小，并且大尺度衰落會(huì)限制符號速率和傳播范圍；（3）小尺度衰落。決定這一因素的事物有很多，如多徑復(fù)雜程度、移動(dòng)臺(tái)速度、接收機(jī)周圍物體的運(yùn)動(dòng)速度以及信號帶寬。

在無線信道中，在經(jīng)過短時(shí)間傳播后，小尺度衰落的快速衰落會(huì)在很大程度上影響移動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)存在小尺度衰落時(shí)，大尺度衰落可以不用考慮。在無線信道中，影響小尺度衰落的物理因素有很多，如多徑傳播、信號的傳輸帶寬、環(huán)境物體的運(yùn)動(dòng)速度以及收發(fā)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)速度。

2.2信道均衡技術(shù)

在超短波無線移動(dòng)通信中，小尺度衰落不斷對信道傳播產(chǎn)生影響，并且此影響是非常重要的。其中造成衰落的主要原因就是多徑傳播和移動(dòng)臺(tái)的相對運(yùn)動(dòng)。正是由于多徑傳播的存在，基帶信道到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間受到了較大的影響，使其不斷延長，這也就是所謂的時(shí)延擴(kuò)展，進(jìn)而，由于時(shí)延擴(kuò)展的發(fā)生，導(dǎo)致使碼間干擾產(chǎn)生；而多普勒頻移的產(chǎn)生則主要是由于移動(dòng)臺(tái)之間的相對運(yùn)動(dòng)而形成的。信道均衡是對抗上述衰落的關(guān)鍵技術(shù)。目前比較成熟的技術(shù)主要有判決反饋均衡(DFE)、極大似然序列估計(jì)(MSLE)、最大后驗(yàn)概率算法(MAP)。其中被認(rèn)為具有幾乎最佳的性能的就是MLSE和MAP，但是其在突發(fā)通信中的應(yīng)用由于復(fù)雜度和收斂速度而受到了限制。超短波跳頻通信模式下，每一次載頻改變后，需在很短的時(shí)間內(nèi)重新估計(jì)信道特性；同時(shí)由于多普勒頻移的存在，信道響應(yīng)具有時(shí)變特性，均衡也必須具有跟蹤信道變化的能力。

   接收信號以離散時(shí)間復(fù)信號序列的形式，可表示為：

     

式子（1）中，采樣定時(shí)用t0表示，初始相位用表示，載波頻偏用f來表示，信道記憶長度用L表示，信息序列用{In}表示，n時(shí)刻時(shí)變信道沖擊響應(yīng)增益系數(shù)用{fi,n}表示， AWGN序列用{Zn}來表示。

   　通過無線信道，信號進(jìn)行傳播，發(fā)送信號特性和信道特性是非常重要的，它在一定程度上決定了衰落類型。發(fā)送信號經(jīng)歷的衰落受很多因素影響，其中信號參數(shù)與信道參與是最為重要的，起著決定性的作用。

從時(shí)間和頻率的角度列出了衰落類型如圖3所示。其中發(fā)送信號的符號周期用Ts來表示，發(fā)送信號的信號帶寬Bs來表示，相干時(shí)間用Tc來表示，相干帶寬則用Bc來表示，多普勒擴(kuò)展用Bd來表示，時(shí)延擴(kuò)展用這個(gè)來表示。本文介紹的高速跳頻系統(tǒng)信號帶寬為Bs為255HkZ，符號周期Ts約為3.9us。

多徑特性引起的時(shí)間色散，導(dǎo)致發(fā)送信號產(chǎn)生平坦衰落或頻率選擇性衰落。根據(jù)M(Multi-path)信道實(shí)測情況，時(shí)延擴(kuò)展從1.83us一17.45us不等，由簡化的換算公式Bc≈1/5 ，可得相干帶寬范圍從11.4kHz至日109kHz。那么就可能出現(xiàn)信號帶寬大于信道的相干帶寬，時(shí)延擴(kuò)展大于符號周期的情況，導(dǎo)致接收信號產(chǎn)生頻率選擇性衰落。

多普勒擴(kuò)展產(chǎn)生了很大影響，其中一個(gè)重要的變化就是引起的頻率色散，從而使時(shí)間選擇性衰落在發(fā)送信號中產(chǎn)生。移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度以60kmh/為例，系統(tǒng)跳頻帶寬從225MHz到512MHz，那么最大的多普勒擴(kuò)展為

  

對應(yīng)相干時(shí)間

       ......  （3）

通過上式可以看出，Tc>>Ts，Bs>>Bc，因此 ，在符號周期內(nèi)，信道沖擊響應(yīng)會(huì)有變化，但是變化較慢，屬于慢衰落。

通過上述分析可知，在小尺度衰落中，本文中信號所經(jīng)歷的衰落類型主要為頻率選擇慢衰落。

3.結(jié)語

通過本文分析可以看出，在對無線信道分析的基礎(chǔ)上，造成信號產(chǎn)生頻率選擇性衰落和選擇性衰落的主要原因就是多徑時(shí)延和多普勒擴(kuò)展。本文首先主要是對選擇性衰落的原因進(jìn)行了分析，其次，本文還對一種基于訓(xùn)練序列的信道均衡進(jìn)行了簡單的介紹，通過對其介紹可以看出信道均衡非常適合用于超短波跳頻通信模式，這主要是因?yàn)樾诺谰饪梢钥焖贉?zhǔn)確地估計(jì)出時(shí)變頻率選擇性衰落信道特性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 余金權(quán). 超短波數(shù)傳設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)分析[J]電訊技術(shù), 2006, (05) .

[2] 徐建斌,尹鎖柱. 超短波跳頻電臺(tái)頻率合成器設(shè)計(jì)[J]電子科技, 2008, (04) .

[3] 朱永松,張海勇,汲萬峰. 跳頻通信抗干擾性能分析[J]現(xiàn)代防御技術(shù), 2005, (05) .

跳頻范文第5篇

關(guān)鍵詞:TOD; 跳頻序列; m序列; 寬間隔

中圖分類號:TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)09-0004-03

Generation of Long Period FH Sequences Based on TOD and Property Analysis

ZHANG Kun1,2, WANG Ying1, GAO Kai1

(1. College of Electronic Science and Engineering, National University of Defence Technology, Changsha 410073, China;

2. Unit 72672 of PLA, Pingdu 266700, China)

Abstract: In the FH(frequency hopping) communication, both the transmitter and receiver need to generate FH sequences according to the appointment to realize FH synchronization. Different from other modes such as the addition of synchronization code or expensive accurate clock, taking GPS time which is accurate and could be got momentarily as the reference TOD of both the transmitter and receiver, the good FH Sequences can be generated based on high-speed calculation capability of FPGA. According to the request of a FH communication system, the generation method of long period FH sequences based on TOD is designed, and the methods of GPS timing information extraction, calculation of m-sequence register states for constructing the FH sequence and processing of wide interval are given. The calculating timeof the system and properties of FH sequences are analyzed.

Keywords: TOD; frequency hopping sequence; m-sequence; wide interval

收稿日期:2009-12-22

0 引 言

跳頻通信技術(shù)能夠有效增強(qiáng)通信系統(tǒng)的抗干擾能力和多址組網(wǎng)能力,降低截獲概率和衰落對傳輸?shù)挠绊?在軍用和民用領(lǐng)域,尤其是戰(zhàn)術(shù)通信中有著廣泛的應(yīng)用。跳頻序列的周期長度與抗截獲(破譯)能力息息相關(guān),周期越長,敵方破譯越困難,其生存性能越好[1]。

跳頻通信系統(tǒng)需要根據(jù)系統(tǒng)的約定,實(shí)時(shí)產(chǎn)生不同的跳頻序列。當(dāng)跳頻序列的周期較長時(shí),采用傳統(tǒng)的依據(jù)同步信息查找的方案,相對需要占用較多的軟硬件和通信帶寬資源,實(shí)時(shí)性不夠好。本文依此給出了一種基于TOD(Time of Day)信息實(shí)時(shí)、快速產(chǎn)生長周期跳頻序列的方法。

1 實(shí)現(xiàn)方案

1.1 概述

基于TOD信息的跳頻自同步方法是利用GPS接收模塊提供的時(shí)間信息,映射到長周期m序列的狀態(tài),再通過m序列來構(gòu)造產(chǎn)生跳頻序列,具體的實(shí)現(xiàn)如圖1所示。

圖1 跳頻序列生成示意圖

在圖1中,時(shí)統(tǒng)信息提取模塊通過解碼和譯碼,將GPS模塊提供的B碼碼流所包含的時(shí)間信息提取出來。m序列生成模塊將當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)間信息轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的m序列的狀態(tài)。跳頻序列構(gòu)造模塊通過改進(jìn)的L-G模型[1-2]構(gòu)造跳頻序列,并進(jìn)行寬間隔化處理和多用戶組網(wǎng)。

1.2 時(shí)統(tǒng)信息提取

基于TOD的跳頻同步方案,要求通信的收發(fā)雙方能夠獲得精確的時(shí)統(tǒng)信息。在本設(shè)計(jì)中,時(shí)統(tǒng)信息由GPS模塊以B碼的形式提供,B碼是串行碼,包含100個(gè)碼元,時(shí)幀長度為1 s,每幀攜帶了精確的天時(shí)分秒的時(shí)間信息和秒脈沖[3]。在本模塊中,B碼經(jīng)過解碼、譯碼過程,生成易于解讀和處理的時(shí)間信息,其主要構(gòu)成如圖2所示。

圖2 跳頻序列生成示意圖

在圖2中,碼元識別模塊通過對每個(gè)碼元寬度進(jìn)行測量,判讀出其中包含0或1或標(biāo)志位的信息。碼字寄存器內(nèi)存儲(chǔ)一個(gè)時(shí)幀長度的碼字。幀同步及秒脈沖提取模塊利用標(biāo)志位信息,建立幀同步后,送出譯碼的使能信號以及秒脈沖。譯碼模塊在使能信號的驅(qū)動(dòng)下,立即對碼字寄存器中的碼字進(jìn)行加權(quán)求和的譯碼運(yùn)算,以獲得時(shí)間信息[4-5]。

實(shí)現(xiàn)中,提取時(shí)間信息的過程存在處理時(shí)延,故最終獲得的時(shí)間信息必然與時(shí)間真值存在差值。但跳頻通信的收發(fā)機(jī)采用相同的時(shí)統(tǒng)信息提取模塊,雙方處理時(shí)延相同,故無需進(jìn)行修正。時(shí)間信息提取之后,工作時(shí)鐘主要由本地晶振提供,同時(shí)使用B碼秒脈沖不斷對其進(jìn)行修正,消除了收發(fā)雙方鐘差的影響。

1.3 m序列狀態(tài)計(jì)算

時(shí)統(tǒng)信息提取之后,基于時(shí)間信息TOD與跳頻序列的映射關(guān)系[6],通過轉(zhuǎn)換、查找、遞推,精確地估計(jì)出當(dāng)前時(shí)刻對應(yīng)跳頻序列的狀態(tài)。該映射關(guān)系在本設(shè)計(jì)中表現(xiàn)為時(shí)間信息與m序列狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系。通過時(shí)間信息計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻對應(yīng)m序列狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)框圖如┩3所示。

圖3 m序列生產(chǎn)模塊組成框圖

設(shè)計(jì)中選用了n=33級的m序列,狀態(tài)序列長度達(dá)L=233-1,在跳速為104 H/s時(shí),周期長達(dá)10天。如果直接映射查找,則耗時(shí)很長,查找表占用的存儲(chǔ)空間也非常龐大。為提高計(jì)算速度,減小資源占用量,設(shè)計(jì)中將m序列的一個(gè)周期分割成512段,每段先存儲(chǔ)段首的狀態(tài)值,段內(nèi)的任意時(shí)刻的狀態(tài)再由該值遞推出來,則其查找表大小為512×33≈16.9 Kb。設(shè)計(jì)中,先計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻t對應(yīng)的碼片K處于某一m序列內(nèi)的段數(shù)S,及其與段首碼片數(shù)的差值KS,再通過查表的方法查找到該段初段首的狀態(tài)值mS,最后通過該段初始狀態(tài)生成單元遞推出t時(shí)刻對應(yīng)的m序列狀態(tài)值mt。

設(shè)置一年的0天0時(shí)0分0秒對應(yīng)于m序列初始狀態(tài),則時(shí)間軸與m序列碼片軸建立了確定的對應(yīng)關(guān)系。在時(shí)間格式轉(zhuǎn)換單元完成了由時(shí)間信息t到碼片數(shù)K的轉(zhuǎn)換后,其映射關(guān)系為:

K=VH(td×24×3 600+

th×3 600+tm×60+ts)

(1)

式中:td,th,tm,ts分別表示時(shí)間信息的天、時(shí)、分、秒;VH為跳頻速率。

設(shè)當(dāng)前碼片值K處于第P個(gè)m序列周期內(nèi),距離該周期初始狀態(tài)Q個(gè)碼片,同時(shí)又處于該周期的第S個(gè)段內(nèi),距離該段初始狀態(tài)KS個(gè)碼片,即:

K=PL+Q

Q=lS+KS

(2)

式中:L=233-1;l=L/512=224為段長度(這里取“=”,第512段少1個(gè)碼片)。

格式轉(zhuǎn)換單元由時(shí)間信息t計(jì)算出S和K,查表單元利用S查找到段首狀態(tài)mS;初始狀態(tài)生成單元在FPGA內(nèi)利用高速時(shí)鐘運(yùn)行KS個(gè)周期,即可推導(dǎo)出當(dāng)前時(shí)刻t的m序列狀態(tài)mt;移位寄存器單元在跳頻工作時(shí)鐘clkH的驅(qū)動(dòng)下,以mt作為初值產(chǎn)生m序列狀態(tài)。

由于由mS推導(dǎo)mt的過程需要時(shí)間Δt,故在計(jì)算過程中,當(dāng)前時(shí)刻已經(jīng)變?yōu)閠′=t+Δt,故需要對碼片數(shù)KS進(jìn)行修正,其修正值為:

K′S

=KS+KSVWVH

(3)

式中:VW為高速時(shí)鐘clkW的速率;VH為跳頻工作時(shí)鐘clkH的速率。

經(jīng)分析,在VW≥VH時(shí),不需要進(jìn)行更高次的碼片數(shù)修正,由式(3)計(jì)算出的m′t誤差小于一個(gè)碼片的長度。

1.4 跳頻序列構(gòu)造

跳頻序列的構(gòu)造,依據(jù)有限域GF(2)上m序列構(gòu)造最佳跳頻序列族的方法,采用改進(jìn)的L-G模型,在工程實(shí)現(xiàn)上,通過對m序列的n級移位寄存器非連續(xù)抽頭選取r級,構(gòu)造出跳頻序列[1]。

為進(jìn)一步改善其性能,提高抗干擾能力,降低多徑衰落的影響,還需要對已經(jīng)構(gòu)造出的跳頻序列進(jìn)行寬間隔化處理[7-8]。寬間隔化處理的常用方法有去中間頻帶法、對偶頻帶法和非線性模d法等,本設(shè)計(jì)中采用非線性模d法。寬間隔構(gòu)造的主要原理如下:

定義生成頻帶:F={fi,1≤i≤L},L為m序列的周期,要求滿足fi+1-fi>d;d為寬間隔化處理間隔。若fi+1-fi>d,fi+1=fi+1,否則[7-9]fi+1=fi+1+d+fi+1mod d,d∈[1,pr-1]。

實(shí)現(xiàn)中,采用將所有寬間隔化處理過程構(gòu)造成查找表的方法。這樣,所有寬間隔化處理的判斷和運(yùn)算都轉(zhuǎn)化為存儲(chǔ)器的讀取過程,都只在一個(gè)工作時(shí)鐘周期內(nèi)完成,從而有效提高了設(shè)計(jì)的速度和穩(wěn)定性。

用戶組網(wǎng)時(shí),如果各用戶直接使用序列族中的不同序列,則各序列間有最佳的漢明相關(guān)性能[1]。如果較少用戶同步組網(wǎng)時(shí),通過挑選適當(dāng)?shù)挠脩舸a,可以使用戶實(shí)現(xiàn)在同一時(shí)刻其頻點(diǎn)也滿足一定間隔寬度的要求。例如,頻率集中頻點(diǎn)數(shù)A=32,寬間隔化處理間隔d=3,用戶數(shù)為4,用戶碼u1=00001,u2=00100,u3=01000,u4=10000。用Matlab可以驗(yàn)證4個(gè)用戶在同一時(shí)刻的頻點(diǎn)間隔不小于3,可以有效減少用戶之間的互擾。

2 性能分析

2.1 計(jì)算時(shí)間分析

在時(shí)統(tǒng)信息提取部分的設(shè)計(jì)中,為確保碼字寄存器中存儲(chǔ)的是一個(gè)完整B碼時(shí)幀的碼字,至少需要兩次捕獲幀頭,需要的時(shí)間t1∈(1+t0,2+t0],t0=0.01 s為幀頭長度,在高速時(shí)鐘clkW速率為VW=100 MHz時(shí),碼字加權(quán)轉(zhuǎn)換只需要幾十納秒。t1主要在系統(tǒng)開啟時(shí)間內(nèi)完成。在m序列生成單元中,計(jì)算時(shí)間t2主要受碼片值KS的影響,其值為:

t2=KS+KSVWVH/VW

在跳速為VH=104 H/s時(shí),t2∈(0,0.167 8)。

2.2 跳頻序列性能分析

跳頻序列的性能主要通過頻點(diǎn)均勻性、漢明自相關(guān)性和漢明互相關(guān)性來檢驗(yàn)[10]。

2.2.1 頻點(diǎn)均勻性

使用Matlab進(jìn)行仿真,令p=2,n=33,r=5,即頻點(diǎn)數(shù)目為pr=32個(gè),每次隨機(jī)生成m序列的33位初值,運(yùn)算長度為32 000,使用蒙特卡洛方法進(jìn)行50次運(yùn)算,統(tǒng)計(jì)各頻點(diǎn)出現(xiàn)的次數(shù),結(jié)果如圖4所示。可以看出,頻點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)值接近理論值50 000,均勻性很好。

圖4 頻點(diǎn)均勻性檢驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 序列自相關(guān)性

本設(shè)計(jì)中長周期跳頻序列的周期長達(dá)233-1,對性能檢驗(yàn),使用FPGA硬件來完成長周期跳頻序列的漢明相關(guān)值計(jì)算,當(dāng)FPGA內(nèi)生成計(jì)算結(jié)果后,再用Chipscope讀取。在用戶碼u=00001時(shí),計(jì)算出的部分H(τ)值如表1所示。

表1 跳頻序列的漢明自相關(guān)值

τ 相關(guān)值 τ 相關(guān)值 τ 相關(guān)值

1 0 14 269 108 327 27 269 465 701

2 313 025 419 15 271 807 785 28 267 283 847

3 259 759 635 16 267 706 552 29 269 553 922

4 270 475 772 17 267 060 980 30 269 051 524

5 270 149 985 18 267 242 556 31 268 857 519

6 268 029 286 19 267 926 298 32 269 188 201

7 269 071 021 20 268 758 936 33 265 615 036

8 265 716 492 21 268 498 091 34 269 867 259

9 275 213 138 22 269 226 499 35 269 372 607

10 269 888 916 23 267 833 817 36 267 984 888

11 270 224 337 24 270 062 378 37 268 624 406

12 265 008 916 25 265 642 198 38 270 406 785

13 268 983 770 26 270 815 948 39 267 736 875

均值=269 760 613.128 理論值=268 435 455

假設(shè)寬間隔化處理前跳頻序列中a0a1a2a3…為游程,a0=a1=a2=a3=…,由于進(jìn)行了寬間隔化處理,序列將變?yōu)?/p>

a0a′1a2a′3…,因此HSuSu(τ=1)=0,且在│=2和τ=3時(shí)自相關(guān)值出現(xiàn)極大值和極小值,證明了寬間隔化處理的效果。τ>3時(shí),自相關(guān)值趨于平穩(wěn),圍繞最佳跳頻序列的自相關(guān)理論值pn-r-1小幅波動(dòng) [1]。

2.2.3 互相關(guān)性

用戶碼為u1=00001和u2=01010,τ=0時(shí),互相關(guān)值為0,保證了多用戶同步組網(wǎng)的性能。FPGA計(jì)算出τ≠0的部分漢明互相關(guān)值如表2所示。可見,互相關(guān)值圍繞理論值波動(dòng),其均值與理論值 [1]pn-r偏差約為0.044%。

3 結(jié) 語

通信中,收發(fā)雙方獨(dú)自接受GPS提供的TOD信息,不需要占用其他通信資源,造價(jià)低且隱蔽性強(qiáng)。采用文中的方法來產(chǎn)生長周期跳頻序列,實(shí)時(shí)性較好。經(jīng)驗(yàn)證,其性能能夠滿足高速跳頻通信的要求,已經(jīng)在某高速擴(kuò)跳通信系統(tǒng)中得到了實(shí)際應(yīng)用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]梅文華.跳頻通信[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005.

[2]梅文華,楊義先.跳頻地址編碼理論[M].北京:國防工業(yè)出版社,1996.

[3]楊明興.B碼同步技術(shù)的研究[D].長春:長春理工大學(xué),2008.

[4]楊保平,郭文峰,卜格鴻,等.基于FPGA的IRIG-B碼解碼器設(shè)計(jì)[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2005,16(6):79-82.

[5]陳曦,劉方.基于FPGA的IRIG-B(DC)碼的解碼方案[J].儀器儀表用戶,2009,16(3):94-96.

[6]張遠(yuǎn)貴,向新,梅文華,等.一種基于時(shí)間信息TOD的跳頻同步方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2009,32(2):82-85,90.

[7]李贊,廖麗思,金力軍,等.適用于任意頻隙數(shù)的跳頻序列族產(chǎn)生方法研究[J].無線電工程,2004,34(4):1-3.

[8]李金濤,汪曉寧,王t,等.基于m序列的寬間隔跳頻序列的生成[J].電訊技術(shù),2007,47(3):36-40.