基于信息驅(qū)動(dòng)的跳頻通信系統(tǒng)新方案

1、基于信息驅(qū)動(dòng)的跳頻通信系統(tǒng)新方案    摘要：跳頻通信系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，易于組網(wǎng)，可在多種模式下工作，兼容性好，廣泛應(yīng)用于抗干擾通信系統(tǒng)，但是傳統(tǒng)跳頻通信系統(tǒng)的頻譜利用率低。信息驅(qū)動(dòng)跳頻通信方案利用信息數(shù)據(jù)取代傳統(tǒng)跳頻系統(tǒng)中的跳頻序列，大大提高了頻譜利用率，但抗定頻干擾能力較差。在此基于信息驅(qū)動(dòng)跳頻思想，結(jié)合糾錯(cuò)編碼技術(shù)，提出了一種基于信息驅(qū)動(dòng)的跳頻通信新方案。理論分析和仿真結(jié)果表明，新方案的抗定頻干擾能力明顯提高。關(guān)鍵詞：跳頻；信息驅(qū)動(dòng)跳頻；抗定頻干擾；頻譜利用率0 引言    跳頻技術(shù)以其優(yōu)越的性能在抗干擾通信中得到廣泛

2、應(yīng)用，它能在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行安全可靠的通信。在傳統(tǒng)的跳頻通信系統(tǒng)中，通信雙方預(yù)先約定一個(gè)偽隨機(jī)序列和可用頻率集，發(fā)送端的載頻按照某種偽隨機(jī)序列跳變，接收端的本振頻率在同樣的偽隨機(jī)序列控制下與發(fā)送端同步跳變，從而實(shí)現(xiàn)抗干擾通信。    傳統(tǒng)的跳頻通信系統(tǒng)頻譜利用率低。為了提高頻譜利用率，可在傳統(tǒng)跳頻通信系統(tǒng)中引入多維調(diào)制技術(shù)，也可將跳頻技術(shù)與高效編碼調(diào)制技術(shù)結(jié)合。文獻(xiàn)提出了一種跳頻通信新方案，它基于信息驅(qū)動(dòng)跳頻(Message-Driven Frequency Hopping，MDFH)思想，實(shí)現(xiàn)跳頻通信。M-DFH系統(tǒng)的頻譜利用率比現(xiàn)有跳頻通信系統(tǒng)有了很大提高，但

3、抗定頻干擾的能力較差。    本文基于信息驅(qū)動(dòng)跳頻思想，提出了一種基于信息驅(qū)動(dòng)的跳頻通信新方案，與文獻(xiàn)相比，新方案的抗定頻干擾能力明顯提高。1 信息驅(qū)動(dòng)跳頻    與傳統(tǒng)的跳頻通信系統(tǒng)不同，在MDFH系統(tǒng)中，發(fā)送端載頻的跳變不是按照預(yù)先約定的PN碼序列，而是取決于傳送的基帶信息，即用部分基帶信息決定載波頻率的跳變。    假設(shè)f1，f2，fNc)為可用頻率集，其中Nc(Nc為2的整次冪)為可用頻率數(shù)，令：        所以每Bcb二進(jìn)制信息可以

4、從Nc個(gè)可用頻率中選定一個(gè)。    假定碼元符號(hào)集共有M個(gè)碼元符號(hào)，則每個(gè)符號(hào)可用Bs=log2 M比特表示。通過(guò)Ts和Tb分別表示碼元周期和每一跳持續(xù)時(shí)間，可以求出每一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)載波頻率的跳變次數(shù)為Nh=TsTh。    將發(fā)送的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)格式：        分段劃分，每段數(shù)據(jù)包括兩部分。NhBc為載頻信息，Bs為調(diào)制信息。在發(fā)送端先將Bsb信息進(jìn)行基帶調(diào)制，然后將調(diào)制后的基帶信號(hào)變頻到由載頻信息選定的Nh個(gè)頻率上，實(shí)現(xiàn)跳頻。   

5、在接收端，與傳統(tǒng)FH系統(tǒng)不同，不再采用與發(fā)送端結(jié)構(gòu)相同的頻率合成器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行變頻處理，而是采用類(lèi)似FSK系統(tǒng)的方法，用Nc個(gè)中心頻率分別為fi(i=1，2，Nc)的濾波器捕獲信息。在每一跳時(shí)間Th內(nèi)，選擇信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)的一路，恢復(fù)出相應(yīng)的Bcb二進(jìn)制信息。這樣在一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)，可恢復(fù)出NhBcb載頻信息，再通過(guò)基帶解調(diào)恢復(fù)出Bsb調(diào)制信息，然后將恢復(fù)出來(lái)的載頻信息與調(diào)制信息合并，完成信息檢測(cè)。    假設(shè)在某一時(shí)刻Bcb二進(jìn)制信息選定某一載波頻率，而此時(shí)干擾頻率也對(duì)準(zhǔn)該載頻，當(dāng)干擾信號(hào)的相位與有效信號(hào)的相位相反時(shí)，就可能出現(xiàn)信號(hào)相抵現(xiàn)象，使得接收端可能檢測(cè)不

6、到該有效信號(hào)，從而無(wú)法恢復(fù)出對(duì)應(yīng)的Bcb載頻信息。這是由于接收端采用濾波器檢測(cè)信號(hào)，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)判斷發(fā)送信號(hào)頻率，所以其抗定頻干擾能力有限，尤其是當(dāng)發(fā)送信息在某一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)選定某一個(gè)頻率時(shí)，這種載頻信息無(wú)法恢復(fù)的現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生很大的誤碼率，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。    基于MDFH系統(tǒng)抗定頻干擾能力有限這一缺陷，本文提出了一種改進(jìn)型結(jié)構(gòu)，新系統(tǒng)具有較好的抗定頻干擾性能。2 改進(jìn)系統(tǒng)原理    本文是基于FFH系統(tǒng)，即Nh1，討論系統(tǒng)抗定頻干擾能力。21 發(fā)送端設(shè)計(jì)    設(shè)f1，f2，fN

7、為可用頻率集，其中N為可用頻率總數(shù)。從可用頻率集中選取Nc種可用頻率組合(每種組合中，同一頻率可出現(xiàn)多次)，每種組合包含Nh個(gè)可用頻率。集合f1,Nh，f2,Nh，fNc,Nh表示選取的所有組合，該頻率跳變集合也可看成Nc種頻率跳變圖案。其中fi,Nh，i(1，2，Nc)包含Nh個(gè)頻率。根據(jù)式(1)，Bcb二進(jìn)制信息與Nc種頻率跳變組合一一對(duì)應(yīng)(在MDFH中，每Bcb二進(jìn)制信息對(duì)應(yīng)于Nc個(gè)頻率之一)，即從發(fā)送信息中每選取Bcb，便可確定一種頻率跳變規(guī)律。    為了提高系統(tǒng)抗干擾性能，在選取Nc種頻率組合時(shí)引入糾錯(cuò)編碼思想，使得在任意兩個(gè)頻率組合中不同頻率的個(gè)數(shù)不

8、小于某一整數(shù)d，稱(chēng)為各頻率組合之間的距離。    將待發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息流分塊處理，每塊數(shù)據(jù)流格式為：        式中：Bc確定載頻跳變規(guī)律；Bs為調(diào)制信息。    假設(shè)第i塊數(shù)據(jù)為Di，用Bc,i表示Di中用來(lái)決定載頻跳變規(guī)律的Bcb信息，相應(yīng)的頻率跳變組合為fi,Nh，以Bs,i表示Di中用來(lái)進(jìn)行基帶調(diào)制的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)基帶調(diào)制以后的信號(hào)用ai(t)表示。    系統(tǒng)發(fā)送端原理框圖如圖1所示。頻率合成器根據(jù)Bcb的載頻信息，輸出相應(yīng)的一組頻率跳變規(guī)律中的Nh個(gè)頻率。    由于在跳頻通信系統(tǒng)中，合成跳頻圖樣所用頻率時(shí)很難保持相位相干。同時(shí)，當(dāng)信號(hào)在信道中傳播時(shí)，信號(hào)在一個(gè)很寬的帶寬上從一個(gè)頻率跳到另一個(gè)頻率，要保持相位相干也很困難。因此，信息調(diào)制方式通常采用非相干檢測(cè)MFSK。    在本文的討論中，基帶調(diào)制采用MFSK調(diào)制方式。由log2M個(gè)信息比特決定發(fā)送M個(gè)符號(hào)中的一個(gè)。設(shè)頻率集為MFSK調(diào)制的M個(gè)頻率，并令集合與集合0，1，2，M-1一一對(duì)應(yīng)。由前述可知，Bs=log2 M。如圖1所示，