【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 頻序列的設(shè)計(jì)選擇。選擇一個(gè)好的跳頻序列是一個(gè)跳頻系統(tǒng)正常工作的關(guān) 鍵。 圖 24 跳頻圖案 跳頻圖案的要求 載波頻率跳變的規(guī)律叫做跳頻圖案，跳頻圖案是由跳頻指令控制頻率合成器所產(chǎn)生的頻率序列，是跳頻通信技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵問題。對(duì)跳頻圖案的要求包括： 每個(gè)跳頻圖案跳變的頻率在被傳輸?shù)娜科綆?nèi)； 周期很長(zhǎng)，要求達(dá)到實(shí)際通信中圖案不重復(fù)； 保密性高，為了實(shí)現(xiàn)多址通信要求，提高跳頻系統(tǒng)的保密性能要求在給定的允許重合數(shù)下，構(gòu)成跳頻序列集合中的序列數(shù)目盡可能的多； 隨機(jī)性好，因?yàn)橛蓚坞S機(jī)碼控制頻率合成器產(chǎn)生的頻率，在所用的頻率集中是隨機(jī)出現(xiàn)的，而且出 現(xiàn)得概率應(yīng)該是均等的，否則在某些頻率上出現(xiàn)概率明顯大于其他頻率，則在此頻率上遭到的干擾機(jī)會(huì)就更多，對(duì)系統(tǒng)的影響就更大； 跳頻序列集合中的任意跳頻序列，在允許的延時(shí)和頻率漂移條件下，各種跳頻圖案間可能重疊的頻隙數(shù)最小； 跳頻圖案的選擇 跳頻圖案的設(shè)計(jì)實(shí)際上是偽碼碼型的選擇問題。為了得到好的跳頻圖案，對(duì)偽隨機(jī)碼有如下要求： 不同平移下，各碼之間的重合數(shù)要小，跳頻周期內(nèi)平均重合數(shù)要小，這就要求碼的互相關(guān)性要好； 每個(gè)碼序列與自己平移的重合數(shù)要小，這就要求碼的自相關(guān)特性要好； 可供使用 的碼序列數(shù)量要多，這個(gè)數(shù)量首先要滿足使用同一頻段的跳頻通信用戶數(shù)目的要求，而且希望其數(shù)量愈多愈好，以滿足保密性的要求。 跳頻圖案的種類一般是指用作跳頻圖案控制碼的偽隨機(jī)碼和控制方法，目前，用得較多的偽隨機(jī)碼主要是 m 序列、 M 序列和 RS 碼序列。 M 序列是跳頻圖案常用的控制碼，它容易產(chǎn)生，但是從保密的觀點(diǎn)看，這種跳頻圖案用在通信系統(tǒng)中有不足之處，因?yàn)楫?dāng)采用計(jì)算機(jī)模擬時(shí)，很快能找到其規(guī)律性，而且 m 序列的密鑰量不夠大。 M 序列條數(shù)比 m 序列多得多，是非線性移位寄存器序列，可以產(chǎn)生很多的跳頻圖案，保密性也強(qiáng)。 RS 碼是一種最佳的近似正交碼，用戶數(shù)多，容易實(shí)現(xiàn)，是一種理想的跳頻控制碼。 在實(shí)際的應(yīng)用中，跳頻圖案不是由偽隨機(jī)碼直接產(chǎn)生，它具有復(fù)雜的變換關(guān)系，在許多的跳頻電臺(tái)中，跳頻圖案的產(chǎn)生是由時(shí)間信息的參量 TOD（ Time of Day）、原始密鑰 PK（ Prime key）和偽隨機(jī)碼一起（模擬算后）經(jīng)非線性變換后，確定跳頻圖案，這種跳頻圖案由于考慮了時(shí)間信息，因而是一種時(shí)變的跳頻圖案，經(jīng)過(guò)多重加密措施，因此，對(duì)于跳頻圖案的破譯是很難的。 幾種常見的偽隨機(jī)序列 偽隨機(jī)序列也稱作偽碼。它是具有近似偽隨 機(jī)序列（噪聲）的性質(zhì)，而又能按一定規(guī)律（周期）產(chǎn)生和復(fù)制的序列。因?yàn)閭坞S機(jī)序列是只能產(chǎn)生而不能復(fù)制的，所以稱其是“偽”的隨機(jī)序列。 常用的偽隨機(jī)序列有 m 序列、 M 序列和 RS 序列。 m 序列又叫做最大長(zhǎng)度線性反饋移位寄存器序列， m 序列產(chǎn)生器的一般結(jié)構(gòu)如圖 25 所示，其中 1,2,3?， n 是移位寄存器的編號(hào)， aki（ i=1,2,3,? ,n）是各移位寄存器的狀態(tài)， ci 對(duì)應(yīng)各移位寄存器的反饋系數(shù)， ci=1 表示該級(jí)移位寄存器參加反饋， ci=0 表示該級(jí)移位寄存器不參加反饋。圖中 c0 和 不能等于 0，因?yàn)?c0=1 意味著移位寄存器無(wú)反饋，而 =0 意味著反饋移位寄存器要蛻化為 n1 或更少級(jí)的反饋移位寄存器。 圖 25 反饋移位寄存器結(jié)構(gòu) 由圖可見，第一級(jí)移位寄存器在下一時(shí)刻的狀態(tài)是由相關(guān)移位寄存器在當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)經(jīng)反饋后共同決定的，即反饋系數(shù)為： ak=c1ak1+c2ak2+? +akn （模 2 加） （ 25） 這是一個(gè)線性遞歸函數(shù)。只有當(dāng)輸出序列的長(zhǎng)度等于 K=2n1 才屬于 m 序列反饋移位寄存器。下面介紹 m 序列的一些特點(diǎn)。 任一 m 序列的 循環(huán)移位仍是一 m 序列， m 序列與其本身循環(huán)移位而得到的序列模二相加仍是一 m 序列。 m 序列的優(yōu)點(diǎn)是周期偶函數(shù)，周期為 KTp，其中 Tp 為 m 序列的每位（比特）寬度， K 為 m 序列的長(zhǎng)度。自相關(guān)函數(shù)的主峰遠(yuǎn)大于其他部分，當(dāng) K 很大和 TP 很小的時(shí)候，自相關(guān)函數(shù)趨向于沖擊函數(shù)，即近似于白噪聲的自相關(guān)特性。 m 序列的有點(diǎn)是產(chǎn)生容易和自相關(guān)性特性優(yōu)良，不足之處是當(dāng)移位寄存器級(jí)數(shù) n 一定時(shí)，改變反饋連接方式能得到的不同 m 序列數(shù)目 N 比較少。 N 可用以下公式計(jì)算： N = Φ (2n 1)/n （ 26） 這里 Φ (*)為歐拉函數(shù)。 如果反饋邏輯中的運(yùn)算含有乘法運(yùn)算或其他邏輯運(yùn)算，則稱作非線性反饋邏輯。由非線性反饋邏輯和移位寄存器構(gòu)成的序列發(fā)生器所能產(chǎn)生最大長(zhǎng)度序列，就叫做最大長(zhǎng)度非線性移位寄存器序列，或叫做 M 序列， M 序列的最大長(zhǎng)度是 2n。圖 26 給出一個(gè)七級(jí)的 M序列發(fā)生器的框圖?？梢钥闯觯c線性反饋邏輯不同之處在于增加了“與門”運(yùn)算，與門具有乘法性質(zhì)。 圖 26 七級(jí) M序列發(fā)生器框圖 利用固 定寄存器和 m 序列發(fā)生器可以構(gòu)成 RS 序列發(fā)生器。它所產(chǎn)生的 RS 序列是一種多進(jìn)制的具有最大的最小距離的線性序列。圖 27給出 RS 序列發(fā)生器的框圖。圖中， A為三級(jí)固定寄存器， B為三級(jí)移位寄存器，產(chǎn)生周期為 7 位得m 序列。 A、 B寄存器的輸出經(jīng)過(guò)摸 2 加運(yùn)算后，產(chǎn)生一個(gè) 7 位得八進(jìn)制 RS序列。 圖 27 七位 RS序列發(fā)生器框圖 上述的三種序列除用硬件發(fā)生外，均可由軟件編程產(chǎn)生。實(shí)用的跳頻序列長(zhǎng)度約在 237（即 1011）左右。 m 序列的優(yōu)點(diǎn)是容易產(chǎn)生，自相關(guān)特性好，且是 偽隨機(jī)的。但是可供使用的跳頻圖案少，互相關(guān)特性不理想，又因它采用的是線性反饋邏輯，就容易被敵人破譯碼的序列，即保密性、抗截獲性差。 M 序列是非線性序列，可用的跳頻圖案很多，跳頻圖案的密鑰量也大，并有比較好的相關(guān)性和互相關(guān)性，所以它是較理想的跳頻指令碼。其缺點(diǎn)是硬件產(chǎn)生時(shí)設(shè)備較復(fù)雜。 RS 序列的硬件產(chǎn)生比較簡(jiǎn)單，可以產(chǎn)生大量的可用跳頻圖案，很適用作跳頻指令碼序列。 第五節(jié) 跳頻信號(hào)的發(fā)送與接收 跳頻信號(hào)的產(chǎn)生 為了得到載波頻率就是跳變頻率信號(hào)，要求主振蕩器的頻率應(yīng)能遵照控制指令 而改變。這種產(chǎn)生跳頻頻率信號(hào)的裝置叫跳頻器。通常，跳頻器是由頻率合成器和跳頻指令發(fā)生器構(gòu)成的。 頻率合成器輸出什么頻率的載波信號(hào)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，混頻器輸出的已調(diào)波的載波頻率也將隨著指令不斷地跳變，從而經(jīng)高通濾波器和天線發(fā)送出去的就是跳頻信號(hào)。 跳頻器輸出的跳變的頻率序列，就是前面提到的跳頻圖案。有什么樣的跳頻指令就會(huì)產(chǎn)生什么樣的跳頻圖案。通常利 用偽碼發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生跳頻指令，或者由軟件編程來(lái)產(chǎn)生跳頻指令。所以，跳頻系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是能產(chǎn)生頻譜純度好的快速切換頻率合成器和偽隨機(jī)性好跳頻指令發(fā)生器。 跳頻信號(hào)的接收 跳頻信號(hào)的接收，其過(guò)程與定頻的相似。為了保證混頻后獲得中頻信號(hào)，要求頻率合成器的輸出頻率要比外來(lái)信號(hào)高出一個(gè)中頻。因?yàn)橥鈦?lái)的信號(hào)載波頻率是跳變的，則要求本地頻率合成器輸出的頻率也隨著外來(lái)信號(hào)的跳變規(guī)律而跳變，這樣才能通過(guò)混頻獲得一個(gè)固定的中頻信號(hào)。跳頻器產(chǎn)生的跳頻圖案應(yīng)當(dāng)與所要接受的外來(lái)跳頻信號(hào)的跳頻圖案一致，所產(chǎn)生的頻率要高出 一個(gè)中頻，并且要求收、發(fā)跳頻完全同步。所以，接收機(jī)中的跳頻器還需要受同步指令的控制，以確定其跳頻的起、止時(shí)刻。 可以看出，跳頻器是跳頻系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，而跳頻同步則是跳頻系統(tǒng)的核心技術(shù)。 第六節(jié) 跳頻信號(hào)的同步 跳頻系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)跳頻通信，正確接收跳頻信號(hào)的條件是跳頻系統(tǒng)的同步。系 統(tǒng)同步包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容： 收端和發(fā)端產(chǎn)生和跳頻圖案相同，即有相同的跳頻規(guī)律。 收、發(fā)端的跳變頻率應(yīng)保證在接收端產(chǎn)生固定的中頻信號(hào)，即跳變的載波頻率與收端產(chǎn)生的本地跳變頻率相差一個(gè)中頻。 頻率跳變的起止時(shí)刻在時(shí)間上同步，即 同步跳變，或相位一致。 在傳送數(shù)字信息時(shí)，還應(yīng)做到幀同步和位同步。 為了實(shí)現(xiàn)收、發(fā)雙方的頻率同步，收端首先必須獲得有關(guān)發(fā)端的跳頻同步的信息，它包括采用什么樣的跳頻圖案，使用何種頻率序列，在什么時(shí)刻從那一個(gè)頻率上開始起跳，并且還需要不斷地校正收端本地時(shí)鐘，使得其與發(fā)送端的時(shí)鐘一致。本文主要研究的是跳頻圖案的同步。 圖 28 跳頻圖案的同步 （ a）頻率時(shí)間均同步；（ b）時(shí)間同步頻率不同步；（ c）頻率同步，時(shí)間不同步 跳頻同步方法 根據(jù)收端獲得發(fā)端同步信息和校對(duì)時(shí)鐘的方法不同而有各種不同的跳 頻同步方式。 數(shù)字跳頻系統(tǒng)是指?jìng)魉蛿?shù)字話音或數(shù)據(jù)的跳頻通信系統(tǒng)。因此，它傳送跳頻同步信息是以數(shù)據(jù)幀的格式進(jìn)行的。數(shù)字系統(tǒng)跳頻同步方法不外乎同步字頭法，自同步法和精確時(shí)鐘法。 同步字頭法。發(fā)端需要發(fā)送含有同步信息的碼字，接收端解碼后，依據(jù)同步信息使收端本地跳頻器與發(fā)端同步。同步信息除位同步、幀同步外，主要應(yīng)包括跳頻圖案的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息或?qū)崟r(shí)的時(shí)鐘信息，即所謂的“ TOD”信息（ Time ofDay）。實(shí)時(shí)時(shí)鐘信息包括年月日時(shí)分秒，毫秒、微秒、毫微秒等；狀態(tài)信息是指?jìng)未a發(fā)生器實(shí)時(shí)的碼序列狀態(tài)。根據(jù)這些信息，收端 就可以知道當(dāng)前跳頻駐留時(shí)間的頻率和下一跳駐留時(shí)間應(yīng)當(dāng)處于什么頻率上，從而使收發(fā)端跳頻器同步工作。為了保證 TOD 信息的正確接收，在如圖 28 所示的同步信息數(shù)據(jù)幀格式中裝有位同步和幀同步位。此外，對(duì) TOD 信息位可采用差錯(cuò)控制技術(shù)，如糾錯(cuò)編碼， 相關(guān)編碼或采用大數(shù)判決，以提高傳輸?shù)目煽啃浴? 圖 27 同步信息數(shù)據(jù)幀格式 精確時(shí)鐘法，這種方法是用高精度時(shí)鐘實(shí)時(shí)控制收發(fā)雙方的跳頻圖案，即實(shí)時(shí)控制收發(fā)雙方的頻率合成器的頻率跳變。由于產(chǎn)生跳變頻率的方法是相同的，唯一不知道的是時(shí)間。若收發(fā)雙方都保持時(shí)間一致，且 通信距離已知，則可保證跳頻圖案的同步。跳頻圖案同步受到時(shí)鐘穩(wěn)定性及移動(dòng)距離變化引起的不確定性的影響。 例如，時(shí)鐘穩(wěn)定度為 104，第一跳的駐留時(shí)間 Th 為 10ms，即跳頻頻率速率Rh=1/Th=100h/s，定時(shí)后保持久跳所用的時(shí)間 th=Th/2*106=5*105s= 小時(shí)。只要積累不超過(guò) 1 跳的時(shí)間，接收機(jī)只要收到一跳中的少量信息，就可以完成初始同步，因而作為一般的通信， 小時(shí)是可以保證的，但考慮到雙方定時(shí)后和中斷時(shí)間（如戰(zhàn)斗準(zhǔn)備、穿插等情況、需較長(zhǎng)的時(shí)間），則這個(gè)時(shí)間用于戰(zhàn)場(chǎng)通信是遠(yuǎn) 不夠的。 這種方法精確的時(shí)鐘減少了收發(fā)雙方偽隨機(jī)相位的不確定性，同步塊、準(zhǔn)確、保密性好，是戰(zhàn)場(chǎng)通信中常用的一種同步方法。 自同步法。它是依靠從接手到的跳頻信號(hào)中提取有關(guān)同步信息來(lái)實(shí)現(xiàn)跳頻同步的。依據(jù)提取同步信息的手段的不同，又可分為幾種具體的實(shí)施辦法：等待自同步法、掃描法、匹配濾波法、頻率估計(jì)法等等。 數(shù)字跳頻系統(tǒng)中，根據(jù)需要也可以采用不同方法的組合。比如自同步法具有同步信息隱蔽的優(yōu)點(diǎn)，但是存在同步建