短波跳頻通信同步技術研究

劉 剛

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

隨著通信技術的不斷發展，短波跳頻通信設備的應用和處理也受到了人們的廣泛關注。通過整合技術內容來提高通信質量，提升接收端和發送端的調頻同步處理效果，從而為通信節點同步穩定性的優化提供保障。

1 短波跳頻通信系統概述

近年來，短波通信的使用范圍在不斷擴大，其借助大氣層完成傳播的過程中不會受到中繼站、傳輸媒介等的影響，在建立遠距離通信的基礎上還能實現便捷化維護管理。相較于其他技術模式，短波跳頻通信技術體系在經濟成本和安全性方面更具優勢。

1.1 基本原理

短波跳頻通信系統處理過程中，結合短波信道時變色散特性搭建對應的信道模型，利用系統傳輸函數H(f,t)替換時不變系統H(f)，并配合沖擊響應H(t,τ)替換時不變系統h(t)[1]。搭建的短波信道模型如圖1所示。

圖1 短波信道模型

跳頻技術最大的優勢就在于其抗干擾性較好，有效彌補了短波通信的短板。建立符合系統應用要求的控制模型，在發送端將傳輸信息或數據結合調頻圖案規律進行跳變處理后，接收端就能結合規律完成射頻信號的及時性接收管理，并配合解調頻處理完成數據的整合分析。

在短波跳頻通信系統中，各個模塊相互配合完成相應工作，具體如表1所示。

表1 短波跳頻通信系統各模塊作用

綜上所述，利用同步頻率捕獲和跳頻同步實現收發數據的實時性傳輸和處理，配合其高靈敏度特性就能構建更加穩定且靈活的同步體系。

1.2 主要指標

1.2.1 部分頻帶干擾

短波跳頻通信本身以數據傳輸作為基礎，為了維持收發端安全穩定運行和數據可控性，需要對干擾情況進行集中處理。其中，部分頻帶干擾是較為重要的數據指標。在二進制數字頻率調制（2 Frequency Shift Keying，2FSK）方式中，設定基礎調頻系統信道的帶寬為B，若無干擾條件且環境僅為高斯白噪聲，單邊的功率譜密度為N0，此時誤碼為

式中：Eb表示信號平均功率；erfc表示互補誤差函數。在無法完全改善干擾源的狀態下，一般采取增加跳頻帶寬的方式來避免干擾因子增多對信號傳遞產生的影響，優化其抗干擾性能[2]。

1.2.2 抗轉發式干擾

在信號傳遞過程中，干擾機會對發送端產生的跳頻信號產生影響并直接截獲，借助放大和加噪處理環節有效實現干擾的轉發控制。假設發送端和接收端之間的距離為d1，干擾機到發送端的距離為d2，干擾機到接收端的距離為d3，電磁波傳播速率為c，則要滿足：

式中：tp表示跳頻信號在干擾環境中經歷的具體時間；th表示跳頻信號每次跳頻的具體持續時間；L表示發送端頻率捕獲確認需要的跳頻數量[3]。

結合相應的數據關系可知，借助提高跳頻速率的方式，可以有效減少轉發式干擾產生的問題。基于抗轉發式干擾操作，在跳頻信號跳變規律無規則的情況下明確跳頻系統的情況，提高應用效果。除此之外，抗跟蹤式干擾等也需要結合跳頻實際需求進行指標管理和約束控制，從根本上維持應用效果，保證同步通信技術運行質量和信號整合水平最優化。

1.3 數學模型

基于噪聲、干擾項對短波跳頻通信系統進行分析，設計的數學模型如圖2所示。

圖2 數學模型

在實際應用過程中，利用跳頻調制處理數據信息并提取信息點，獲取對應的跳頻信號，即P1(t)=m(t)cos[(w0±nw)t+φn]。在完成分量中頻信號的調制操作后，解調就能恢復發送端數據信息，噪聲和干擾信號都不能和發送端形成載波混頻，從而有效實現接收端對數據的處理[4]。

2 基于TOD短波跳頻通信同步技術實現

針對跳頻同步技術的研究是構建跳頻通信控制體系的關鍵環節，要想維持系統運行的合理性，就要在明確正常通信效果的基礎上提高跳頻同步結構中初始同步、捕獲確認、跟蹤等環節的可控性。在接收端捕獲到相應跳頻頻率和發送端跳頻頻率一致后，配合系統完成同步捕獲頻率的檢測和最終確認，從而評價真實的捕獲過程是否受到干擾[5]。以時間信息（Time Of Day，TOD）同步字頭為主分析跳頻系統收發雙方通信過程，將TOD信息直接映射在跳頻頻率位置，接收端則能有效接收跳頻信號，最終提取可利用信息。依據約定算法就能實現TOD信息轉換為跳頻頻率，從而為雙方同步工作提供保障。

2.1 TOD信息和同步信息

在實際技術應用過程中，讀取本地時鐘獲取的系統信息為TOD，精度水平和本地時鐘相匹配。由于收發系統端本身就是獨立形態，因此雙方的TOD信息會存在誤差，要想保證誤差得以有效消解和控制，就要合理調整本地TOD信息和同步TOD信息，確保接收端和發送端TOD字頭的一致性[6]。

依據非線性時間表格式進行評估，將系統時間信息分為高位TOD和低位TOD。將高位TOD表示為TODH，能對同步跳頻頻率進行控制；將低位TOD表示為TODL，能對數據跳頻頻率進行控制。設定32 bits為基準，則TODH表示的最大時間為232min，TODL表示的時間為8 171年。若是跳頻速度按照1 000跳/s，則每一跳的時間約為1 ms，1 min跳頻次數為60 000次。按照前導序列、幀同步序列、TODL信息的順序，就能完成同步字頭信息的處理。

2.2 信息同步過程

結合TOD跳頻同步系統的應用要求，在接收端和發送端TOD信息一致的狀態下，跳頻圖案維持規范性和一致性是同步的基礎，要想提高信息發送中的保密性和抗干擾性，就要對信息同步過程進行有效控制和加密處理，維持良好的應用狀態。跳頻同步系統原理如圖3所示。

圖3 系統原理

首先，在系統時間信息獲取后，進行TOD處理和原始密鑰的數據輸入，保證跳頻序列發生器中同步頻率控制字的規范性，并且依據合成器的應用要求保證跳頻信號生成的規范性[7]。其次，同步處理工序開始后，發送端本地時鐘就會完成信息的處理和轉換，對其進行計算分析后獲取同步頻率，同時配合接收端計算最終的參數，保證跳頻的同步性。最后，接收端要結合信息完成同步頻率數值的分析，并且配合捕獲確認階段的處理有效了解后續跳頻連續監測的相關內容，完成捕獲最終確認，實現同步跟蹤。需要注意的是，為了提高應用的規范性，重新開始捕獲同步頻率的過程中也要對捕獲效果進行調研分析，確保TODL接收信息的完整性和規范性，提高收發端系統時間TOD同步處理性能[8]。

2.3 同步頻率捕獲確認

在TOD同步字頭支持下，捕獲對應的同步頻率參數。在獲取捕獲數據后，要開展對應的確認處理，有效評估捕捉的真實性。一般是對初始同步后接收端和發送端處于同步頻率的內容予以評估，若是超出設定的數值閾值，則滿足同步頻率的基本需求，能夠直接完成同步跟蹤階段，并開展數據傳輸和傳遞控制；若是數值無法滿足基本需求，則接收端就要延長掃描時間，完成同步頻率捕獲管控。從理論層面分析，捕獲確認階段檢測出的同步頻率數量越多，則判定為雙方同步跳頻的可信度越高。然而在實際應用環境中，延長跳頻同步必然會增加工作時長，而除了要綜合考量其可靠性，系統的時效性也是需要重要考量的因素之一。要想保證綜合性能滿足預期，就要權衡可靠性和時效性，對每一跳頻處理過程進行檢測結果分析，分析其可信度，適當減少總跳頻數量的檢測時長，提高短波跳頻通信同步處理的整體效果。

3 結 論

總而言之，在短波跳頻通信同步技術體系中，要結合TOD同步字頭算法開展相應工作。通過完善頻率捕獲和捕獲確認的基本環節，減少時延造成的問題，提高數據傳遞的可信度和時效性水平，在優化綜合檢測方案的同時，推動跳頻技術在各個領域內的不斷發展，實現經濟效益和社會效益的和諧統一。