劉進(jìn)

摘要： 自適應(yīng)跳頻技術(shù)能夠使跳頻系統(tǒng)自適應(yīng)地躲避干擾載頻，從而在復(fù)雜的干擾環(huán)境下正常工作。本文重點(diǎn)闡述了自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)和通信過程。

關(guān)鍵詞： 跳頻通信自適應(yīng)抗干擾頻率控制

隨著通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，無線通信由于具有建立迅速、靈活機(jī)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，在軍事通信中一直占有重要地位，廣泛應(yīng)用于地面、航空、航海等各種平臺(tái)的通信中，是保障現(xiàn)代作戰(zhàn)指揮的主要通信手段。由于無線通信在發(fā)射和接收信號(hào)時(shí)具有開放性，因此無線電信號(hào)易被敵人截獲和干擾，為避開敵人對(duì)無線通信信號(hào)的偵察和干擾，必須采用有效的抗干擾措施，而跳頻通信是保密通信和抗干擾通信中最有效的手段之一。

1.跳頻通信

跳頻通信的基本工作原理是［１］：在發(fā)射機(jī)中，輸入的信息對(duì)頻率為fs的載波進(jìn)行調(diào)制，得到帶寬為R的調(diào)制信號(hào)。獨(dú)立產(chǎn)生的跳頻序列從跳頻頻率表中取出頻率控制碼，控制頻率合成器在不同的時(shí)隙內(nèi)輸出頻率跳變的本振信號(hào)。用它對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行變頻，使變頻后的射頻信號(hào)頻率按照跳頻序列跳變，即為跳頻信號(hào)。跳頻信號(hào)以跳變方式躲避某些頻點(diǎn)上的人為干擾或者自然干擾。在接收機(jī)中，與發(fā)射機(jī)跳頻序列一致的本地跳頻序列從跳頻頻率表中取出頻率控制碼控制頻率合成器，使輸出的本振信號(hào)頻率按照跳頻序列相應(yīng)地跳變。跳變的本振信號(hào)，對(duì)接收到的跳頻信號(hào)進(jìn)行變頻，將頻率變回fs，實(shí)現(xiàn)解跳。解跳后的調(diào)制信號(hào)，在本地載波的作用下，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)出信息。其原理框圖如圖1所示。

2.自適應(yīng)跳頻通信

2.1跳頻技術(shù)與自適應(yīng)技術(shù)相結(jié)合

目前，跳頻通信技術(shù)作為一種有效的抗干擾通信技術(shù)，在現(xiàn)代無線抗干擾通信中應(yīng)用廣泛。常規(guī)跳頻通信通過采用擴(kuò)展頻譜技術(shù)，利用與信息無關(guān)的偽隨機(jī)序列控制信號(hào)的頻率在較寬的頻率范圍跳變。由于該偽隨機(jī)序列確定的跳頻表是事先確定的，不能根據(jù)電磁環(huán)境狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整，自動(dòng)選擇可通頻率，通常將這種跳頻稱為“盲跳頻”［２］。

對(duì)于采用“盲跳頻”的常規(guī)跳頻通信系統(tǒng)，由于其跳頻頻率集是固定的，遇到自然條件的變化或者是人為的干擾，某些頻點(diǎn)會(huì)處于比較惡劣的狀態(tài)，這樣系統(tǒng)的性能將受到嚴(yán)重的影響。將自適應(yīng)技術(shù)與跳頻技術(shù)結(jié)合起來，通過對(duì)信道的實(shí)時(shí)評(píng)估，可以將通信質(zhì)量惡劣的信道及時(shí)地從跳頻頻率集中剔除，從而避開干擾，提高通信的質(zhì)量，使系統(tǒng)的性能得到較大的改善。

2.2自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)原理

自適應(yīng)跳頻技術(shù)首先是由J.Zander等于1995年提出的［３］。自適應(yīng)跳頻技術(shù)能夠使跳頻系統(tǒng)自適應(yīng)地躲避干擾載頻，從而在復(fù)雜的干擾環(huán)境下正常工作。無線通信中，自適應(yīng)技術(shù)包括頻率、功率、速率自適應(yīng)以及自適應(yīng)調(diào)零天線等。而對(duì)于自適應(yīng)跳頻通信技術(shù)，從廣義上講，它除了常規(guī)跳頻通信所具備的功能，還應(yīng)具有上述的各種自適應(yīng)功能。為了在自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)諸如自適應(yīng)調(diào)制、自適應(yīng)頻率控制和自適應(yīng)功率控制的功能，一個(gè)必需的前提是自適應(yīng)跳頻通信網(wǎng)中的成員必須具有信號(hào)質(zhì)量評(píng)估器和信令通信鏈路，以對(duì)信道的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，得到信道狀態(tài)信息，并通過可靠的信令協(xié)議，及時(shí)地通知通信成員，使得發(fā)信機(jī)根據(jù)得到的信道質(zhì)量狀態(tài)信息改變其傳輸特性。與常規(guī)跳頻技術(shù)相比，自適應(yīng)跳頻技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）智能化程度高；

（2）和寬帶跳頻結(jié)合起來，可較大地提高抗干擾性能；

（3）由于需要搜索較多的信道，因此所需時(shí)間較長(zhǎng)；

（4）組網(wǎng)時(shí)操作過程復(fù)雜，確定可用頻率的時(shí)間較長(zhǎng)。

2.3自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)的原理示意圖如圖2所示。與常規(guī)跳頻通信相比，自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)接收端多了一個(gè)實(shí)時(shí)信道連接質(zhì)量分析器LQA（link quality analysis），并以自適應(yīng)的跳頻圖案發(fā)生器代替常規(guī)的跳頻圖案發(fā)生器。在發(fā)送端，偽隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列控制跳頻圖樣選擇器選擇跳頻圖樣，通過工作信道發(fā)送；在接收端接收數(shù)據(jù)的同時(shí)，使用LQA對(duì)工作信道各個(gè)跳頻信道的通信質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)或某些載頻受到干擾而達(dá)到需要置換的程度，它將產(chǎn)生一個(gè)新的跳頻圖樣并通過反饋信道通知發(fā)送端的跳頻圖樣選擇器。

2.4自適應(yīng)跳頻通信過程

自適應(yīng)跳頻通信一般分為通信建立、掃頻和通信保持三個(gè)階段［４］。

在通信鏈路建立階段，首先必須建立同步，在保證通信雙方時(shí)鐘同步、幀同步的基礎(chǔ)上，確保雙方跳頻圖案的同步。值得注意的是，對(duì)于自適應(yīng)跳頻通信來講，為了保證同步的建立和通信的質(zhì)量，在這階段發(fā)射機(jī)的功率應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行盲調(diào)整，一旦雙方建立同步，立即結(jié)束盲功率調(diào)整，進(jìn)入掃頻階段。

在掃頻階段，雙方的實(shí)時(shí)信道質(zhì)量評(píng)估單元對(duì)跳頻頻率集進(jìn)行全集掃頻，根據(jù)確定的信道評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)確定被干擾的頻點(diǎn)，給出可以使用的接收方的跳頻頻率集，并把被干擾的全部頻率通知對(duì)方，使通信雙方同時(shí)刪除被干擾的全部頻率，使得發(fā)送方的跳頻頻率集與接收方完全相同，并在確定的時(shí)刻同時(shí)進(jìn)入自適應(yīng)跳頻通信階段，同時(shí)建立功率自適應(yīng)調(diào)整。

在通信保持階段，由于信道條件的變化，LQA會(huì)將變化的檢測(cè)結(jié)果通過通信協(xié)議，以信令方式通知對(duì)方，隨時(shí)將跳頻頻率集中的被干擾頻點(diǎn)去除，并保證雙方跳頻圖案的同步，同時(shí)調(diào)整發(fā)射機(jī)功率，保證雙方均以最小的發(fā)射功率進(jìn)行通信。

3.自適應(yīng)跳頻通信的應(yīng)用及發(fā)展?fàn)顩r

自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)自從問世以來，在軍事和民間都產(chǎn)生了廣泛的運(yùn)用。在軍用領(lǐng)域，自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)采用的通信方式能做到抗干擾，具有對(duì)非目標(biāo)用戶低的檢測(cè)概率，及對(duì)敵對(duì)用戶低的被截獲概率。跳頻通信信號(hào)載波頻率不斷地跳變，從而具有躲避干擾的功能，抗干擾性比較好。同時(shí)，在民用領(lǐng)域，自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)由于其工作靈活性更大、可靠性更好、數(shù)據(jù)傳輸速率更高、保密性更強(qiáng)，特別是具有優(yōu)良的抗電子干擾及低截獲概率/低檢測(cè)概率特性，不僅適合在各種條件下進(jìn)行可靠的中、遠(yuǎn)程通信，而且可在其他視距通信手段失效或者頻譜完全被堵塞時(shí)滿足短程應(yīng)急通信要求。并且，自適應(yīng)跳頻技術(shù)對(duì)于有效利用頻譜資源、防止通信設(shè)備之間相互干擾起著十分重要的作用。

在國內(nèi)，我國在1996年研制出第一臺(tái)實(shí)用型跳頻電臺(tái)后，多類型的短波通信系統(tǒng)投入批量生產(chǎn)，部分達(dá)到國際先進(jìn)水平。國內(nèi)首創(chuàng)的“多合一”的自適應(yīng)技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到新一代的短波戰(zhàn)術(shù)跳頻系統(tǒng)中。在國外，法國THOMSON-CSF/RGS公司的SYSTEM3000系列自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)，是目前可用的較先進(jìn)的短波戰(zhàn)斗網(wǎng)無線電臺(tái)，在UNIQUE TRC3500 SKYHOPPER 2FH方式下，作為網(wǎng)控中心的電臺(tái)首先自動(dòng)選擇短波頻譜內(nèi)的可用頻段（5個(gè)以內(nèi)），然后再選擇那些未受干擾的頻率做跳頻頻率集。SKYHOPPER對(duì)戰(zhàn)術(shù)通信來說是一次質(zhì)的飛躍，它在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)及柬埔寨、波黑維和行動(dòng)中發(fā)揮的重要作用。

4.結(jié)語

筆者首先介紹了跳頻通信的基本工作原理，接著詳細(xì)闡述了自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)和通信過程，最后簡(jiǎn)要介紹了自適應(yīng)跳頻通信的應(yīng)用和發(fā)展?fàn)顩r。由于進(jìn)入該領(lǐng)域的時(shí)間并不長(zhǎng)，筆者對(duì)自適應(yīng)頻率選擇的算法研究還不夠深入，這將是下一步工作的重點(diǎn)所在。

參考文獻(xiàn)：

［1］梅文華，王淑波，邱永紅，杜興民.跳頻通信.國防工業(yè)出版社，2005.

［2］美國參謀長(zhǎng)聯(lián)席會(huì)議.2010年聯(lián)合構(gòu)想［R］.1996.

［3］Zander，J.；M aingre，G.A daptive Frequency Hopping in HF communications［J］.IEE，Proc-commucations，1995，142（2）：99-105.

［4］俞世榮，李淵淵.自適應(yīng)跳頻技術(shù)及實(shí)現(xiàn).無線電工程，2001，1.