王康，張進

（中國移動通信集團設計院有限公司山東分公司，濟南 251400）

1 頻率跳變系統(tǒng)

跳頻系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。頻率跳變系統(tǒng)中發(fā)信機的發(fā)射載波頻率，在一個預定的頻率集內由偽隨機碼序列控制頻率合成器偽隨機地由一個跳到另一個。收信機中的頻率合成器也按照相同的順序跳變，產生一個和接收信號頻率相差中頻頻率(fIF)的參考本振信號，經混頻后得到頻率固定的中頻信號，這一過程稱為對跳頻信號的解跳。解跳后的中頻信號經過放大后送到解調器解調，恢復出傳輸的信息。

2 跳頻同步的一般方法

直擴同步是擴跳頻通信系統(tǒng)的關鍵。直擴同步包括PN碼元的同步和載頻的同步。

(1)獨立信道法。獨立信道法是指利用一個專門的信道來傳遞同步信息，依此同步信息實現(xiàn)同步的方法。這種方式需要專門的信道來傳遞同步信息。

(2)參考時鐘法。參考時鐘法是指通過某種算法向網絡分配一個公共時基，依此時基實現(xiàn)同步的方法。時基在網內快速傳遞，且對用戶透明，用戶入網可快速同步。但參考時鐘法對時基的精度、穩(wěn)定度要求極高。

圖1 頻率跳變系統(tǒng)框圖

(3)自同步法。自同步法是指通過發(fā)射機發(fā)送的信息序列中隱含同步信息，在接收機將該同步信息提取出來，從而實現(xiàn)同步的方法。自同步法具有節(jié)省信道、節(jié)省信號功率和同步信息隱蔽等優(yōu)點。

(4)同步字頭法。同步字頭法是指在建立通信之前，先發(fā)送一個同步字頭，利用該同步字頭實現(xiàn)同步的方法。同步字頭法具有快速同步的優(yōu)點，但同步字頭易遭受干擾，須加同步保護措施。

3 本文系統(tǒng)跳頻同步方法

根據中頻數傳模塊接收通道信號處理流程，將接收部分分為跳頻解跳模塊、數字下變頻模塊，偽碼捕獲模塊，載波與碼的精密跟蹤模塊，數據解調模塊這幾個功能模塊構成，接收部分原理框圖如圖2所示。

圖2 接收部分原理框圖

在接收模塊中，跳頻序列發(fā)生器在捕獲同步跟蹤電路作用下，取得與發(fā)射端相同的擴頻序列和跳頻圖案，控制頻率綜合器的輸出，得到穩(wěn)定的中頻信號，然后送入A/D轉換模塊。

一種基于精確時鐘、同步字頭和串行捕獲相結合的方法，即等待自同步法，被廣泛應用。在等待自同步法中，收發(fā)雙方開始聯(lián)系時，由于接收機對接收信號的頻率和跳頻圖案的相位完全不清楚，因而接收端頻率合成器輸出信號的頻率停留在某一頻率上。若捕獲到相關峰，則判定接收信號與當前等待頻率同步，即轉入跳頻圖案跟蹤狀態(tài)；若捕獲不到相關峰，則轉入重新捕獲狀態(tài)。其同步原理圖3所示。

圖3 等待自同步法原理圖

上述等待同步法對信道中的干擾性能相對較差，為此，本系統(tǒng)采取帶記憶的等待同步法，即：當進入到跳頻圖案跟蹤狀態(tài)時，對前一時刻的跳頻頻率作記憶，若當前預期位置未出現(xiàn)相關峰捕獲信號，并不馬上轉入重捕狀態(tài)，而是按既定的跳頻圖案進入下一頻率等待，若仍沒有捕獲到相關峰再轉入重新捕獲，這樣可以有效對抗單對準頻率的干擾，并不影響其他未受干擾的頻點的信息傳輸。

還有一種干擾的情況是，對方轉發(fā)干擾，導致接收機在某個頻率上捕獲到兩個相關峰，這樣，導致接收機跟蹤邏輯混亂而無法正常通信。為解決這一問題，接收機對當前相關峰出現(xiàn)時刻也進行記憶，若下一相關峰出現(xiàn)時間小于50 μs（1跳時間），則視為轉發(fā)干擾，而不轉入下一頻點。

通過以上對相關峰對應的頻點，出現(xiàn)的時刻，可以有效對抗跟蹤、轉發(fā)干擾機的干擾。

圖4 跳頻序列捕獲原理圖

本系統(tǒng)采用的跳頻同步捕獲方案如圖4所示，跳頻序列相位搜索包括兩部分，一是控制頻率的搜索，主要是為使頻率合成器送出的頻率在跳頻序列同步情況下與發(fā)送來的信號頻率同步，另一部分是跳頻碼發(fā)生器控制跳頻序列的搜索，當本地跳頻序列與接收的不一致時，則不能通過混頻產生恒定的70 MHz中頻信號，經平方積分后輸出很小，搜索控制時鐘使跳頻序列改變相位，進而改變頻率合成器的輸出，直至與發(fā)送來的跳頻頻率相一致，即跳頻序列混頻后有70 MHz中頻輸出，此時跳頻序列已同步。

4 系統(tǒng)驗證

本文所研究的系統(tǒng)是在基于FPGA的軟件無線電平臺上完成的，利用了Xilinx公司的Vertex系列中的XC4VLX40-10FF668-I型號FPGA芯片，軟件工具為Xilinx公司的ISE設計軟件，信號源發(fā)射機跳頻速率為：1/50 μs/20 000 hop/s。

結果分析：圖5為采樣時鐘64 MHz的chipscope采集的信號捕獲相關峰值與設定門限值，可以看出兩個相關峰之間相隔3 200點，即3 200×1/64 M=50 μs，恰好是一跳的時間，說明的每跳都捕獲成功；圖6為在理想情況下chipscope采集的誤碼率情況，其中接收了1 115 400 bit，錯誤比特數為0。

圖5 chipcope采集偽碼捕獲相關峰

圖6 chipscope采集誤碼率檢測

5 結束語

本文首先簡要介紹了跳頻系統(tǒng)的基本原理，然后研究了跳頻系統(tǒng)中跳頻同步技術的發(fā)展和基本技術，在此基礎上針對高速跳頻系統(tǒng)中現(xiàn)有自同步方法，提出了一種改進型的自同步和同步頭相結合的跳頻同步方法即帶記憶的等待自同步法，對前一時刻的跳頻頻率作記憶，可以有效的對抗單對準頻率的干擾和對方轉發(fā)干擾，并不影響其他未受干擾的頻點的信息傳輸。

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