自適應跳頻通信系統研究

劉進

摘要： 自適應跳頻技術能夠使跳頻系統自適應地躲避干擾載頻，從而在復雜的干擾環境下正常工作。本文重點闡述了自適應跳頻通信系統的原理、結構和通信過程。

關鍵詞： 跳頻通信自適應抗干擾頻率控制

隨著通信技術的發展日新月異，無線通信由于具有建立迅速、靈活機動等優點，在軍事通信中一直占有重要地位，廣泛應用于地面、航空、航海等各種平臺的通信中，是保障現代作戰指揮的主要通信手段。由于無線通信在發射和接收信號時具有開放性，因此無線電信號易被敵人截獲和干擾，為避開敵人對無線通信信號的偵察和干擾，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］：在發射機中，輸入的信息對頻率為fs的載波進行調制，得到帶寬為R的調制信號。獨立產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隙內輸出頻率跳變的本振信號。用它對調制信號進行變頻，使變頻后的射頻信號頻率按照跳頻序列跳變，即為跳頻信號。跳頻信號以跳變方式躲避某些頻點上的人為干擾或者自然干擾。在接收機中，與發射機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，使輸出的本振信號頻率按照跳頻序列相應地跳變。跳變的本振信號，對接收到的跳頻信號進行變頻，將頻率變回fs，實現解跳。解跳后的調制信號，在本地載波的作用下，經解調后恢復出信息。其原理框圖如圖1所示。

2.自適應跳頻通信

2.1跳頻技術與自適應技術相結合

目前，跳頻通信技術作為一種有效的抗干擾通信技術，在現代無線抗干擾通信中應用廣泛。常規跳頻通信通過采用擴展頻譜技術，利用與信息無關的偽隨機序列控制信號的頻率在較寬的頻率范圍跳變。由于該偽隨機序列確定的跳頻表是事先確定的，不能根據電磁環境狀態實時調整，自動選擇可通頻率，通常將這種跳頻稱為“盲跳頻”［２］。

對于采用“盲跳頻”的常規跳頻通信系統，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，某些頻點會處于比較惡劣的狀態，這樣系統的性能將受到嚴重的影響。將自適應技術與跳頻技術結合起來，通過對信道的實時評估，可以將通信質量惡劣的信道及時地從跳頻頻率集中剔除，從而避開干擾，提高通信的質量，使系統的性能得到較大的改善。

2.2自適應跳頻通信系統原理

自適應跳頻技術首先是由J.Zander等于1995年提出的［３］。自適應跳頻技術能夠使跳頻系統自適應地躲避干擾載頻，從而在復雜的干擾環境下正常工作。無線通信中，自適應技術包括頻率、功率、速率自適應以及自適應調零天線等。而對于自適應跳頻通信技術，從廣義上講，它除了常規跳頻通信所具備的功能，還應具有上述的各種自適應功能。為了在自適應跳頻系統中實現諸如自適應調制、自適應頻率控制和自適應功率控制的功能，一個必需的前提是自適應跳頻通信網中的成員必須具有信號質量評估器和信令通信鏈路，以對信道的質量進行評估，得到信道狀態信息，并通過可靠的信令協議，及時地通知通信成員，使得發信機根據得到的信道質量狀態信息改變其傳輸特性。與常規跳頻技術相比，自適應跳頻技術具有以下特點：

（1）智能化程度高；

（2）和寬帶跳頻結合起來，可較大地提高抗干擾性能；

（3）由于需要搜索較多的信道，因此所需時間較長；

（4）組網時操作過程復雜，確定可用頻率的時間較長。

2.3自適應跳頻系統的結構

自適應跳頻通信系統的原理示意圖如圖2所示。與常規跳頻通信相比，自適應跳頻通信系統接收端多了一個實時信道連接質量分析器LQA（link quality analysis），并以自適應的跳頻圖案發生器代替常規的跳頻圖案發生器。在發送端，偽隨機序列發生器產生的偽隨機序列控制跳頻圖樣選擇器選擇跳頻圖樣，通過工作信道發送；在接收端接收數據的同時，使用LQA對工作信道各個跳頻信道的通信質量進行監測，如果發現某個或某些載頻受到干擾而達到需要置換的程度，它將產生一個新的跳頻圖樣并通過反饋信道通知發送端的跳頻圖樣選擇器。

2.4自適應跳頻通信過程

自適應跳頻通信一般分為通信建立、掃頻和通信保持三個階段［４］。

在通信鏈路建立階段，首先必須建立同步，在保證通信雙方時鐘同步、幀同步的基礎上，確保雙方跳頻圖案的同步。值得注意的是，對于自適應跳頻通信來講，為了保證同步的建立和通信的質量，在這階段發射機的功率應能自動進行盲調整，一旦雙方建立同步，立即結束盲功率調整，進入掃頻階段。

在掃頻階段，雙方的實時信道質量評估單元對跳頻頻率集進行全集掃頻，根據確定的信道評估標準確定被干擾的頻點，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方，使通信雙方同時刪除被干擾的全部頻率，使得發送方的跳頻頻率集與接收方完全相同，并在確定的時刻同時進入自適應跳頻通信階段，同時建立功率自適應調整。

在通信保持階段，由于信道條件的變化，LQA會將變化的檢測結果通過通信協議，以信令方式通知對方，隨時將跳頻頻率集中的被干擾頻點去除，并保證雙方跳頻圖案的同步，同時調整發射機功率，保證雙方均以最小的發射功率進行通信。

3.自適應跳頻通信的應用及發展狀況

自適應跳頻通信系統自從問世以來，在軍事和民間都產生了廣泛的運用。在軍用領域，自適應跳頻通信系統采用的通信方式能做到抗干擾，具有對非目標用戶低的檢測概率，及對敵對用戶低的被截獲概率。跳頻通信信號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，在民用領域，自適應跳頻通信系統由于其工作靈活性更大、可靠性更好、數據傳輸速率更高、保密性更強，特別是具有優良的抗電子干擾及低截獲概率/低檢測概率特性，不僅適合在各種條件下進行可靠的中、遠程通信，而且可在其他視距通信手段失效或者頻譜完全被堵塞時滿足短程應急通信要求。并且，自適應跳頻技術對于有效利用頻譜資源、防止通信設備之間相互干擾起著十分重要的作用。

在國內，我國在1996年研制出第一臺實用型跳頻電臺后，多類型的短波通信系統投入批量生產，部分達到國際先進水平。國內首創的“多合一”的自適應技術已經成功應用到新一代的短波戰術跳頻系統中。在國外，法國THOMSON-CSF/RGS公司的SYSTEM3000系列自適應跳頻通信系統，是目前可用的較先進的短波戰斗網無線電臺，在UNIQUE TRC3500 SKYHOPPER 2FH方式下，作為網控中心的電臺首先自動選擇短波頻譜內的可用頻段（5個以內），然后再選擇那些未受干擾的頻率做跳頻頻率集。SKYHOPPER對戰術通信來說是一次質的飛躍，它在海灣戰爭及柬埔寨、波黑維和行動中發揮的重要作用。

4.結語

筆者首先介紹了跳頻通信的基本工作原理，接著詳細闡述了自適應跳頻通信系統的原理、結構和通信過程，最后簡要介紹了自適應跳頻通信的應用和發展狀況。由于進入該領域的時間并不長，筆者對自適應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所在。

參考文獻：

［1］梅文華，王淑波，邱永紅，杜興民.跳頻通信.國防工業出版社，2005.

［2］美國參謀長聯席會議.2010年聯合構想［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.自適應跳頻技術及實現.無線電工程，2001，1.