周 三

（中國電子科技集團公司第三十研究所，四川 成都 610000）

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，超短波無線通信系統(tǒng)面臨著越來越嚴(yán)峻的保密和安全挑戰(zhàn)。為了確保超短波無線通信系統(tǒng)的保密性和安全性，需要采用一系列的保密技術(shù)。這些保密技術(shù)涵蓋了通信鏈路的加密、信道建立、跳頻通信技術(shù)等多個方面。其中，跳頻通信技術(shù)是超短波無線通信保密技術(shù)的一種重要實現(xiàn)方式，其是一種利用快速在多個不同頻率間切換的方式傳輸數(shù)據(jù)的通信技術(shù)，其可以應(yīng)用于超短波無線通信保密技術(shù)中，增加頻譜擴展和干擾抵抗能力，從而提高通信保密性和可靠性[1]。

1 超短波無線通信系統(tǒng)概述

超短波無線通信系統(tǒng)是無線通信技術(shù)的一種。超短波通信具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于政務(wù)、金融等領(lǐng)域。在政務(wù)和公共安全領(lǐng)域中，超短波無線通信系統(tǒng)可以用于警務(wù)通信、緊急救援等方面，可以提高政務(wù)通信的保密性和抗干擾能力。在金融領(lǐng)域中，超短波無線通信系統(tǒng)可以用于證券交易、銀行轉(zhuǎn)賬等方面，可以保證通信的機密性和完整性。

1.1 超短波無線通信系統(tǒng)

超短波無線通信系統(tǒng)是指利用超短波無線電波進行信息傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)，其工作頻率范圍通常為300 MHz～3 GHz。與其他無線通信系統(tǒng)相比，超短波無線通信系統(tǒng)具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強等優(yōu)點。由于其傳輸距離遠(yuǎn)，因此在政務(wù)、金融等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

超短波無線通信系統(tǒng)包括發(fā)射機和接收機兩個部分。發(fā)射機通過電路將電信號轉(zhuǎn)換成無線電波，并將其通過天線發(fā)射出去；接收機負(fù)責(zé)接收來自天線的無線電波，并將其轉(zhuǎn)換成電信號。為了確保通信的機密性和完整性，超短波無線通信保密技術(shù)是在超短波通信的基礎(chǔ)上結(jié)合各種加密、解密、密鑰管理技術(shù)等，實現(xiàn)保密通信的技術(shù)。

1.2 跳頻通信技術(shù)

跳頻通信技術(shù)（FHSS技術(shù)）是超短波無線通信中的一種重要技術(shù)。跳頻通信技術(shù)可以通過頻帶跳躍的方式在不同的頻段中進行通信，從而提高通信系統(tǒng)的安全性和抗干擾能力[2]。

具體而言，其是利用偽隨機碼對頻率序列進行跳變的一種通信方式，旨在提高通信保密、抗干擾和抗監(jiān)聽能力。跳頻通信技術(shù)與超短波無線通信保密技術(shù)結(jié)合，可以提高通信保密性和安全性，保護通信內(nèi)容不被竊聽、干擾和破解，可在保證通信質(zhì)量和通信距離的基礎(chǔ)上提供更加安全保密的通信服務(wù)。

2 跳頻通信技術(shù)

2.1 跳頻通信技術(shù)概述

跳頻通信技術(shù)有兩種跳頻方式：快跳頻和慢跳頻?？焯l是指以每秒鐘數(shù)百次的頻率在不同的子信道之間跳躍，以達(dá)到抵御瞬時干擾的目的；慢跳頻則是以每秒鐘數(shù)次的頻率在不同的子信道之間跳躍，以達(dá)到保密傳輸?shù)哪康摹?/p>

跳頻通信技術(shù)的優(yōu)點在于其具有很高的抗干擾能力和保密性。由于跳頻技術(shù)的頻率變換速度很快，使得它可以有效地抵御突發(fā)性干擾和惡意攻擊，從而提高了通信系統(tǒng)的可靠性和安全性。此外，跳頻技術(shù)還可以將信號分散在頻譜上，使得信號難以被干擾和偵聽。

隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，跳頻通信技術(shù)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用[3]。圖1為跳頻技術(shù)通信原理。

圖1 跳頻技術(shù)通信原理

2.2 跳頻通信技術(shù)系統(tǒng)的組成

（1）調(diào)制器和解調(diào)器：跳頻通信系統(tǒng)中的調(diào)制器和解調(diào)器分別負(fù)責(zé)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為跳頻信號進行傳輸、并將接收到的跳頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進行解調(diào)。

（2）頻率合成器：跳頻通信系統(tǒng)中的頻率合成器用于產(chǎn)生跳頻圖案中的跳頻信號，包括跳頻序列、跳頻步長等。

（3）發(fā)射機和接收機：發(fā)射機和接收機分別用于將跳頻信號從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩耍⑦M行信號的放大、濾波和解調(diào)等處理。

（4）同步器：跳頻通信系統(tǒng)中的同步器負(fù)責(zé)對跳頻信號進行同步和匹配，以確保各個設(shè)備之間的跳頻信號能夠協(xié)調(diào)一致，實現(xiàn)正確的傳輸和解調(diào)。

（5）控制器和管理器：跳頻通信系統(tǒng)中的控制器和管理器負(fù)責(zé)對整個通信系統(tǒng)進行控制和管理，包括跳頻圖案的選擇、頻率合成器的設(shè)置、同步器的調(diào)整等。

2.3 跳頻通信技術(shù)的關(guān)鍵點

2.3.1 跳頻圖案

跳頻通信技術(shù)中的跳頻圖案是指在跳頻通信過程中，發(fā)送方按照一定的規(guī)律對頻率進行跳躍的方式。跳頻圖案的設(shè)計是跳頻通信系統(tǒng)中非常重要的部分，直接影響到系統(tǒng)的性能和可靠性。

跳頻圖案可以根據(jù)跳頻序列的不同類型進行分類。其中最常用的跳頻序列是偽隨機跳頻序列，它是由一個偽隨機數(shù)生成器生成的一系列短周期數(shù)字序列，用于控制跳頻發(fā)生的時間和跳頻的頻率。跳頻圖案可以采用一些特定的跳頻序列，如M序列、Gold碼序列和Kasami碼序列等[4]。

2.3.2 頻率合成器

在跳頻通信技術(shù)中，頻率合成器是實現(xiàn)跳頻技術(shù)的核心設(shè)備之一。頻率合成器的主要作用是根據(jù)跳頻圖案，產(chǎn)生跳頻信號所需的頻率，并控制跳頻的時間和頻率，實現(xiàn)跳頻通信過程中的頻率跳躍。

頻率合成器可以采用不同的技術(shù)實現(xiàn)，通常由兩部分組成：相位鎖定環(huán)路（PLL）和數(shù)字信號處理器（DSP）。PLL是一種通過調(diào)整振蕩器的輸出頻率來鎖定輸入頻率的反饋系統(tǒng)，它可以通過多種方式加以實現(xiàn)，如直接數(shù)字頻率合成（DDS）、環(huán)形振蕩器等。DSP則用于進行數(shù)字信號的處理和控制。

2.3.3 同步技術(shù)

同步技術(shù)的基本原理是：發(fā)送端和接收端設(shè)備在跳頻序列、跳頻步長等方面進行同步，以保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)能夠被正確地接收和解調(diào)。具體來說，同步技術(shù)可以分為兩個階段。

（1）同步碼的生成和傳輸：在發(fā)送端，根據(jù)預(yù)設(shè)的跳頻圖案生成同步碼，并將其插入到信號中進行傳輸。在接收端，接收到的信號中包含同步碼，接收端設(shè)備通過識別同步碼確定跳頻序列和跳頻步長等參數(shù)，從而進行同步。

（2）同步信號的接收和識別：接收端設(shè)備在接收到跳頻信號后，通過同步器對信號進行處理，以識別同步碼。同步器可以通過多種方式實現(xiàn)同步，如頻率鎖定環(huán)路、碼元同步等，以確保接收端設(shè)備能夠準(zhǔn)確地匹配發(fā)送端設(shè)備的跳頻序列和跳頻步長等參數(shù)。

在實際應(yīng)用中，跳頻通信系統(tǒng)中的同步技術(shù)需要考慮多種因素，如跳頻圖案的復(fù)雜度、設(shè)備之間的時延、跳頻速率等[5]。針對這些因素，可以采用不同的同步方案，如基于GPS的全球定位系統(tǒng)、基于時鐘同步協(xié)議的同步方案、基于頻率鎖定環(huán)的同步方案等，以實現(xiàn)跳頻通信系統(tǒng)中的同步。

3 跳頻通信保密技術(shù)案例分析

下面探討一種寬間隙多模式跳頻（WGMPFH）方案。

3.1 發(fā)送和接收模型

WGMPFH系統(tǒng)將FH總帶寬WSS劃分為N個不重疊的時隙。有m（2≤m≤N）個綁定到發(fā)射機和接收機之間的正交跳頻模式的信道，其中m= 2R，并且R表示數(shù)據(jù)位。每個信道在一跳期間占用一個時隙，并且每個信道的時隙由其在每個跳中的正交FH模式指定。在不失一般性的情況下，我們假設(shè)R= 1，m= 2，即兩個信道，信道0和1，其對應(yīng)于兩個FH模式FS0和FS1（該假設(shè)包含在下面的討論中）。在時刻t，如果用戶數(shù)據(jù)為0，則選擇由f（0，t）表示的信道0的當(dāng)前跳頻；否則，選擇由f（1，t）表示的信道1的當(dāng)前跳頻。跳頻模式FS0的頻率為f5、f6、f4、f1，跳頻模式FS1的頻率為f4、f5、f0、f7，當(dāng)用戶數(shù)據(jù)為“0011”時，頻率合成器依次合成頻率為f5、f6、f0、f6的載波。

設(shè)當(dāng)前用戶數(shù)據(jù)為0，頻率合成器輸出頻率為f（0，t）的載波。假設(shè)ES表示每個符號的能量，TS表示符號持續(xù)時間，則WGMPFH發(fā)送的信號的等效表達(dá)式為

當(dāng)信號在AWGN信道中傳輸時，接收到的信號可以表示為

式中，n(t)是加性高斯白噪聲，其單邊功率譜密度（PSD）為N0；n J(t)是干擾信號；θ是傳輸過程中產(chǎn)生的相位差。我們定義的等效信噪比（SNR）為γ=ES/N0.

接收端使用FS型0′和FS1′與FH模式FS同步0和FS1的發(fā)送端，同步方式采用自同步方式。接收信號輸入兩個接收通道。0′和FS1′分別控制各接收通道的頻率合成器，產(chǎn)生跳頻解調(diào)信號?；祛l后，接收到的信號被移動到中頻（IF）進行進一步處理。

3.2 抗干擾性能分析

在不失一般性的情況下，我們假設(shè)用戶數(shù)據(jù)是一個全零序列，即子信道0是數(shù)據(jù)信道，子信道1是互補信道。WGMPFH的誤碼率取決于數(shù)據(jù)信道和互補信道的干擾狀態(tài)。我們假設(shè)干擾狀態(tài)指示器qi=1或0，其中，qi=1表示信道i的時隙在該跳中被阻塞，并且qi=0表示信道i的時隙沒有被阻塞。此外，我們用隨機變量Gj=（q0，q1）來表示W(wǎng)GMPFH的干擾狀態(tài)。Pe（a，b）是q0時的條件BER=a和q1=b。此外，pi|qi表示當(dāng)信道i的時隙在一跳中處于狀態(tài)qi時決策變量ri的概率密度函數(shù)（PDF）。q0、q1、Gj與相應(yīng)條件BER之間的關(guān)系如表1所示。

表1 q0、q1、Gj與相應(yīng)條件BER之間的關(guān)系

4 結(jié)束語

本文總結(jié)了超短波無線通信保密技術(shù)中關(guān)鍵的跳頻通信技術(shù)。跳頻通信技術(shù)的發(fā)展為超短波無線通信創(chuàng)造了可靠的安全通信環(huán)境，在提高通信系統(tǒng)的保密性和抗干擾性，保障通信信息安全中起了重要作用。未來，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，跳頻通信技術(shù)在超短波無線通信保密技術(shù)中的應(yīng)用前景也會越來越廣闊。■