专利名称：一种频率预置分布式跳频同步方法
一种频率预置分布式跳频同步方法技术领域
本发明属于跳频通信技术领域，涉及一种频率预置分布式跳频同步方法。 技术背景
跳频通信具有很强的抗干扰、抗衰落、抗截获能力和多址组网能力，最初用于军事 通信中，逐渐推广到民用领域，如GSM、H0meRF、Bluet00th等都应用了跳频技术。自1963年 美国海军Sylvania的BLADES系统中开始采用跳频技术以来，英、法、以色列等国家相继成 功地研制出实用的跳频通信系统，到80年代，跳频通信系统已成为世界各军事强国的主要 军用通信装备。随着战场干扰环境日趋复杂化以及民用无线电定频干扰日益增多，对跳频 通信系统的稳定性和灵活性提出了更高要求，发展一种分布式的能自动避开各种干扰的新 型跳频通信体制成为各军事强国研究的热点。
跳频同步是跳频通信的关键技术，无论是传统跳频通信系统还是新发展起来的跳 频通信系统，都必需首先解决与系统匹配的跳频同步问题。
现有跳频同步方法大致可分为外同步法和自同步法两大类。
外同步法是将同步信息额外加在其它信息码元之上的同步方法，同步速度快，同 步概率高，但发端发送同步信息时不能发送信号，需占据发射信号的功率和一定的带宽。根 据同步信息加载位置区别，可分为独立信道同步法、参考时钟法(TOD)和同步字头法。
自同步法是将同步信息离散地插入跳频信号的一个或多个频率中，接收机从这些 频率中将离散的同步信息提取出来，用来调整接收机的有关参数(比如伪随机码的相位 等)从而完成同步。自同步法可以自动迅速地从接收到的跳频信号中提取同步信息，不需 要同步头，可节省功率，且有较强的抗干扰能力和组网灵活等优点。但其同步时间相对外同 步法要长，跳频频道数较少，不能实现高跳速和多跳频频道数，在防跟踪和干扰上有一定的 局限性。根据捕获方法的不同，自同步法又可分为匹配滤波器同步法、滑动相关同步法、等 待搜索同步法、位移等待同步法和快速扫描同步法等。
现有各种跳频同步方法尽管实现同步的方式不同但有两点是共同的一是同步建 立时都需经过初始捕获、同步识别、同步跟踪等复杂的处理过程；二是信号传输都是间歇式 的。同步建立的复杂过程以及间歇式信号传输在很大程度上限制了跳频通信系统的灵活 性、可靠性以及对各种复杂通信环境的适应性，无法支持具有现代网络结构概念的多用户 分布式跳频通信系统。发明内容
本发明的目的是提出一种频率预置分布式跳频同步方法，该频率预置分布式跳频 同步方法具有更强的抗干扰性、抗截获性，能够实现信息无缝连接和信号中继传送。采用本 发明的频率预置分布式跳频同步方法，可以发展出具有现代网络结构概念的多用户分布式 跳频通信系统。
本发明的技术解决方案如下
一种频率预置分布式跳频同步方法，包括跳频通信系统的同步建立步骤和同步保 持步骤，跳频通信系统依照一个给定频率序列跳频，跳频通信系统内每一部跳频电台依照 事先分配的本征频率序列跳频，通过勤务频率发布同步信息；跳频通信系统经过初始化、首 入网、迟入网方式完成同步建立，采用先确认后中止方式和频率预置方式实现同步保持；
跳频通信系统由N > 3部跳频电台组成，所有跳频电台都采用全双工通信方式，每 一部跳频电台都能同时发送信号并接收跳频通信系统内其它跳频电台的信号，形成一对多 发送信号、多对一接收信号的分布式网状信号连通结构。
所述的给定频率序列是对照一个混沌伪随机序列从跳频频率表中依次抽取频点 生成；混沌伪随机序列是在给定跳频密钥条件下采用伪随机序列均勻化算法由混沌状态序 列生成；
本征频率序列由给定频率序列根据跳频电台依次划分生成；所述的勤务频率是跳 频通信系统初始化时在跳频频率表中随机指定的频点。
所述的同步信息由电台号、拓朴码和系统跳频时钟码三部分组成；电台号用于电 台识别，拓朴码用于跳频通信系统连通状态分析，系统跳频时钟码用于迟入网同步时计算 确定频率预置的起始点。
所述的初始化是跳频通信系统建立跳频通信前的跳频参数选择和程序准备，跳频 参数选择包括确定系统跳频密钥、跳频频率表、跳频频率补表和勤务频率表；程序准备包括 生成勤务同步信标，将跳频参数和勤务同步信标存入系统内存；
所述的首入网是指跳频通信系统中某一跳频电台初始化后在一定时间阈值内在 勤务频点上没有收到同步信号，则按照本跳频电台的本征频率序列跳频，并在勤务频点上 发送同步信息；
所述的迟入网是指跳频通信系统中某一跳频电台初始化后在一定时间阈值内在 勤务频点上收到同步信号，根据同步信号将解调器分别置于跳频通信系统将要跳到的第一 个频点和第二个频点上，当在第二个频点上收到系统内的信号时，则按照本跳频电台的本 征频率序列跳频，并在勤务频点上发送同步信息。
所述的先确认后中止方式是指跳频电台从一个频点跳到下一个频点的过程中，先 确认新跳到的频点信号已经被其它跳频电台接收，再中止上一个频点的工作；
所述的频率预置方式是指跳频电台根据跳频通信系统当前频点在给定频率序列 中的位置将两个解调器分别置于跳频通信系统即将要跳到的第一个频点和第二个频点上， 在第二个频点上等待跳频电台的频点信号，在第一个频点上探测是否存在干扰信号。
有益效果
本发明公开了一种频率预置分布式跳频同步方法，包括跳频系统的同步建立和同 步保持两个基本步骤；同步建立包括跳频系统的初始化、首入网、迟入网三个阶段；同步保 持包括先确认后中止方式和频率预置方式两条操作规则；给定跳频密钥确定跳频频率表并 通过混沌序列确定跳频频率序列和本征频率序列；跳频系统依照给定频率序列跳频，跳频 电台依照本征频率序列跳频，通过勤务频率发布同步信息。本发明具有自适应跳频功能，适 合由N > 3部跳频电台构建成局域网络跳频通信系统，要求跳频电台具有全双工工作模式， 与传统跳频同步方法相比，有更强的抗干扰性、抗截获性，能够实现信息无缝连接和信号中 继传送。4
本发明能够实现局域网络跳频通信，跳频系统内某两跳频电台直接通信链路中断 时，可以通过网内其它跳频电台自动连通；跳频电台发送和接收信息是同时进行的，因而通 信信息收发免切换；可以同时接收跳频系统内其它跳频电台的信息；可以实现信息传输的 无缝连接，通信质量接近单频通信；具有很强自适应避扰功能；具有极强的抗跟踪抗截获 能力，因为跳频序列的安全性只依赖于密钥而不依赖于跳频系统或跳频电台。
本发明具有如下特点
1)是一种实现局域网络跳频通信的同步方案，系统内电台可以实现中继服务，系统可靠性高。
2)由于跳频序列需要密钥才能产生，从而使跳频系统的安全性首次纳入到密码学 的安全性理论体系，只依赖于密钥而不依赖于跳频系统或跳频电台，具有极强的抗跟踪抗 截获能力，系统安全性高。
3)很强的自适应避扰功能和信息传输的无缝连接，通信质量高。
4)跳频电台发送和接收信息是同时进行的，因而通信信息收发免切换，使用与操 作简便。
5)能同时接收跳频系统内其它跳频电台的信息，带宽信息流量大。
图1.由6部电台组成的跳频系统的拓朴结构。
图2.同步信息。
图3.分布式局域网络跳频系统结构示意图。
图4.跳频通信仿真系统整体结构。
图5.网络仿真结构图。
图6.仿真系统顶层级模块结构。
图7.电台内部结构。
图8.仿真系统电台内部模块结构(电台1)。
图9.同步建立模块内部结构。
图10同步保持模块内部结构。
图11信息产生模块内部结构。
图12系统跳频码(部分)。
图13频率合成器输出波形。
图14同步保持时序关系及电台1同步控制信号
图15发送与接收信号仿真波形。
图16不同干扰环境下的系统误码性能。
具体实施方式
拓朴结构
由N部跳频电台(N ^ 3)组成一个分布式局域网络跳频通信系统，其拓扑结构如 图1所示(N = 6)。这种拓扑结构的基本特征是跳频系统内所有跳频电台都能相互同时直 接双向信号传输。图1中，节点为跳频电台，箭头所指为信息传输流向，形成一对多发送信号、多对一接收信号的网状信号连通结构。本发明支持由图1所示拓扑结构的跳频系统，跳 频电台需采用全双工通信方式。
跳频频率表、跳频频率补表及勤务频率表
从一个可供跳频的频点集Fi2中随机选出子集
权利要求
1.一种频率预置分布式跳频同步方法，包括跳频通信系统的同步建立步骤和同步保持 步骤，其特征是跳频通信系统依照一个给定频率序列跳频，跳频通信系统内每一部跳频电 台依照事先分配的本征频率序列跳频，通过勤务频率发布同步信息；跳频通信系统经过初 始化、首入网、迟入网方式完成同步建立，采用先确认后中止方式和频率预置方式实现同步 保持；跳频通信系统由N > 3部跳频电台组成，所有跳频电台都采用全双工通信方式，每一部 跳频电台都能同时发送信号并接收跳频通信系统内其它跳频电台的信号，形成一对多发送 信号、多对一接收信号的分布式网状信号连通结构。
2.根据权利要求1所述的频率预置分布式跳频同步方法，其特征在于，所述的给定频 率序列是对照一个混沌伪随机序列从跳频频率表中依次抽取频点生成；混沌伪随机序列是 在给定跳频密钥条件下采用伪随机序列均勻化算法由混沌状态序列生成；本征频率序列由给定频率序列根据跳频电台依次划分生成；所述的勤务频率是跳频通 信系统初始化时在跳频频率表中随机指定的频点。
3.根据权利要求1所述的频率预置分布式跳频同步方法，其特征在于，所述的同步信 息由电台号、拓朴码和系统跳频时钟码三部分组成；电台号用于电台识别，拓朴码用于跳频 通信系统连通状态分析，系统跳频时钟码用于迟入网同步时计算确定频率预置的起始点。
4.根据权利要求1所述的频率预置分布式跳频同步方法，其特征在于，所述的初始化是跳频通信系统建立跳频通信前的跳频参数选择和程序准备，跳频参数 选择包括确定系统跳频密钥、跳频频率表、跳频频率补表和勤务频率表；程序准备包括生成 勤务同步信标，将跳频参数和勤务同步信标存入系统内存；所述的首入网是指跳频通信系统中某一跳频电台初始化后在一定时间阈值内在勤务 频点上没有收到同步信号，则按照本跳频电台的本征频率序列跳频，并在勤务频点上发送 同步信息；所述的迟入网是指跳频通信系统中某一跳频电台初始化后在一定时间阈值内在勤务 频点上收到同步信号，根据同步信号将解调器分别置于跳频通信系统将要跳到的第一个频 点和第二个频点上，当在第二个频点上收到系统内的信号时，则按照本跳频电台的本征频 率序列跳频，并在勤务频点上发送同步信息。
5.根据权利要求1-4任一项所述的频率预置分布式跳频同步方法，其特征在于所述的先确认后中止方式是指跳频电台从一个频点跳到下一个频点的过程中，先确认 新跳到的频点信号已经被其它跳频电台接收，再中止上一个频点的工作；所述的频率预置方式是指跳频电台根据跳频通信系统当前频点在给定频率序列中的 位置将两个解调器分别置于跳频通信系统即将要跳到的第一个频点和第二个频点上，在第 二个频点上等待跳频电台的频点信号，在第一个频点上探测是否存在干扰信号。
全文摘要
本发明公开了一种频率预置分布式跳频同步方法，包括跳频系统的同步建立和同步保持两个基本步骤；同步建立包括跳频系统的初始化、首入网、迟入网三个阶段；同步保持包括先确认后中止方式和频率预置方式两条操作规则；给定密钥确定跳频频率表并通过混沌序列确定跳频频率序列和本征频率序列；跳频系统依照给定频率序列跳频，跳频电台依照本征频率序列跳频，通过勤务频率发布同步信息。本发明具有自适应跳频功能，适合由N≥3部跳频电台构建成局域网络跳频通信系统，要求跳频电台具有全双工工作模式，与传统跳频同步方法相比，有更强的抗干扰性、抗截获性，能够实现信息无缝连接和信号中继传送。
文档编号H04B1/713GK102035570SQ20101059888
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者全俊斌, 刘爱惠, 曹华, 李双利, 李娟 , 杨田, 盛利元 申请人:中南大学