跳频同步方法、装置及系统与流程

1.本公开涉及通信技术领域，特别涉及一种跳频同步方法、装置及系统。


背景技术：

2.跳频是指载波频率在一定范围内不断跳变，为了保证收发双方能够正常通信，需要通过跳频同步技术，使得收发双方在频率跳变过程中仍然能够保证频率一致。


技术实现要素：

3.本公开实施例提供了一种跳频同步方法、装置及系统，该跳频同步方法能够使用每个周期的跳频驻留时间满足通信需求。所述技术方案如下：
4.一方面，提供一种跳频同步方法，所述跳频同步方法包括：
5.主站周期性地向从站发送第一消息；
6.接收所述从站基于所述第一消息返回的第二消息；
7.确定从发送所述第一消息到接收到所述第二消息之间的延迟；
8.基于所述延迟确定跳频驻留时间，所述跳频驻留时间是指在跳频通信过程中，在一个频率点上停留的时间；
9.向所述从站发送跳频同步信息，所述跳频同步信息包括所述跳频驻留时间。
10.在本公开实施例的一种实现方式中，所述跳频驻留时间的大小和所述延迟的大小正相关。
11.在本公开实施例的一种实现方式中，所述方法还包括：
12.在所述从站入网之前，所述主站向所述从站发送第一跳频同步信息，所述第一跳频同步信息包括tod的高位；
13.采用所述tod的高位确定下一跳频周期的频率值；
14.在下一跳频周期，通过所述频率值向所述从站发送第二跳频同步信息，所述第二跳频同步信息包括tod的低位。
15.一方面，提供一种跳频同步方法，所述跳频同步方法包括：
16.从站周期性地接收主站发送的第一消息；
17.基于所述第一消息向所述主站返回第二消息；
18.接收所述主站发送的跳频同步信息，所述跳频同步信息包括跳频驻留时间，所述跳频驻留时间是所述主站基于从发送所述第一消息到接收到所述第二消息之间的延迟确定出的，所述跳频驻留时间是指在跳频通信过程中，在一个频率点上停留的时间。
19.在本公开实施例的一种实现方式中，所述跳频驻留时间的大小和所述延迟的大小正相关。
20.在本公开实施例的一种实现方式中，所述方法还包括：
21.在所述从站入网之前，接收所述主站向所述从站发送的第一跳频同步信息，所述第一跳频同步信息包括tod的高位；
22.采用所述tod的高位确定下一跳频周期的频率值；
23.在下一跳频周期，通过所述频率值接收所述主站发送的第二跳频同步信息，所述第二跳频同步信息包括tod的低位。
24.另一方面，提供一种跳频同步装置，所述跳频同步装置包括：
25.发送模块，用于周期性地向从站发送第一消息；
26.接收模块，用于接收所述从站基于所述第一消息返回的第二消息；
27.确定模块，用于确定从发送所述第一消息到接收到所述第二消息之间的延迟；基于所述延迟确定跳频驻留时间，所述跳频驻留时间是指在跳频通信过程中，在一个频率点上停留的时间；
28.所述发送模块，还用于向所述从站发送跳频同步信息，所述跳频同步信息包括所述跳频驻留时间。
29.在本公开实施例的一种实现方式中，所述跳频驻留时间的大小和所述延迟的大小正相关。
30.另一方面，提供一种跳频同步装置，所述跳频同步装置包括：
31.接收模块，用于周期性地接收主站发送的第一消息；
32.发送模块，用于基于所述第一消息向所述主站发送第二消息；
33.所述接收模块，还用于接收所述主站发送的跳频同步信息，所述跳频同步信息包括跳频驻留时间，所述跳频驻留时间是所述主站基于从发送所述第一消息到接收到所述第二消息之间的延迟确定出的，所述跳频驻留时间是指在跳频通信过程中，在一个频率点上停留的时间。
34.另一方面，提供一种跳频同步系统，所述跳频同步系统包括主站和从站，所述从站包括如前任一项所述的跳频同步装置。
35.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
36.在本公开实施例提供的跳频同步方法中，主站通过向从站发送第一消息，并接收从站返回的第二消息，进而确定从发送第一消息到接收到第二消息之间的延迟，该延迟与主站和从站之间的传输距离以及链路情况相关。基于该延迟主站可以确定出对应的跳频驻留时间，也即在跳频通信过程中，主站和从站在一个频率点上的停留时间，由于该跳频驻留时间是基于与传输距离以及链路情况相关的延迟确定得到的，因此该跳频驻留时间可以满足主站和从站之间的传输要求。并且，由于主站发送第一消息是周期性进行的，因此，该跳频驻留时间也是实时调整的，从而满足主站和从站在各个频率点上的传输要求，提高通信质量。
附图说明
37.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1是本公开实施例提供的一种跳频同步方法的流程图；
39.图2是本公开实施例提供的一种跳频同步方法的流程图；
40.图3是本公开实施例提供的一种跳频同步方法的流程图；
41.图4是本公开实施例提供的从站入网过程的流程图；
42.图5是本公开实施例提供的报文结构示意图；
43.图6是本公开实施例提供的crc校验算法示意图；
44.图7是本公开实施例提供的一种跳频同步装置的结构示意图；
45.图8是本公开实施例提供的一种跳频同步装置的结构示意图；
46.图9是本公开实施例提供的一种跳频同步系统的结构示意图。
具体实施方式
47.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
48.图1是本公开实施例提供的一种跳频同步方法的流程图。参见图1，该跳频同步方法由主站执行，包括：
49.步骤101、周期性地向从站发送第一消息。
50.该第一消息可以是在主站和从站建立通信信道后，在数据传输阶段主站发送的，作用是探测主站和从站之间的传输延迟。
51.步骤102、接收所述从站基于所述第一消息返回的第二消息。
52.从站在接收到主站发送的第一消息后，进行信息回馈，使得主站可以基于第二消息探测到主站和从站之间的传输延迟。
53.步骤103、确定从发送所述第一消息到接收到所述第二消息之间的延迟。
54.步骤104、基于所述延迟确定跳频驻留时间，所述跳频驻留时间是指在跳频通信过程中，在一个频率点上停留的时间。
55.示例性地，所述跳频驻留时间的大小和所述延迟的大小正相关。
56.步骤105、向所述从站发送跳频同步信息，所述跳频同步信息包括所述跳频驻留时间。
57.在本公开实施例提供的跳频同步方法中，主站通过向从站发送第一消息，并接收从站返回的第二消息，进而确定从发送第一消息到接收到第二消息之间的延迟，该延迟与主站和从站之间的传输距离以及链路情况相关。基于该延迟主站可以确定出对应的跳频驻留时间，也即在跳频通信过程中，主站和从站在一个频率点上的停留时间，由于该跳频驻留时间是基于与传输距离以及链路情况相关的延迟确定得到的，因此该跳频驻留时间可以满足主站和从站之间的传输要求。并且，由于主站发送第一消息是周期性进行的，因此，该跳频驻留时间也是实时调整的，从而满足主站和从站在各个频率点上的传输要求，提高通信质量。
58.图2是本公开实施例提供的一种跳频同步方法的流程图。参见图1，该跳频同步方法由从站执行，包括：
59.步骤201、周期性地接收主站发送的第一消息。
60.步骤202、基于所述第一消息向所述主站返回第二消息。
61.步骤203、接收所述主站发送的跳频同步信息，所述跳频同步信息包括所述跳频驻留时间，所述跳频驻留时间是所述主站基于从发送所述第一消息到接收到所述第二消息之
间的延迟确定出的，所述跳频驻留时间是指在跳频通信过程中，在一个频率点上停留的时间。
62.示例性地，所述跳频驻留时间的大小和所述延迟的大小正相关。
63.在本公开实施例提供的跳频同步方法中，从站通过主站发送的第一消息，并向主站返回第二消息，进而使得主站确定从发送第一消息到接收到第二消息之间的延迟，该延迟与主站和从站之间的传输距离以及链路情况相关。基于该延迟主站可以确定出对应的跳频驻留时间，也即在跳频通信过程中，主站和从站在一个频率点上的停留时间，由于该跳频驻留时间是基于与传输距离以及链路情况相关的延迟确定得到的，因此该跳频驻留时间可以满足主站和从站之间的传输要求。并且，由于主站发送第一消息是周期性进行的，因此，该跳频驻留时间也是实时调整的，从而满足主站和从站在各个频率点上的传输要求，提高通信质量。
64.图3是本公开实施例提供的一种跳频同步方法的流程图。参见图3，该跳频同步方法由主站和从站共同执行，包括：
65.步骤301、从站与主站建立通信信道，也即从站入网。
66.图4是本公开实施例提供的从站入网过程的流程图。参见图4，
67.步骤311、主站发送第一跳频同步信息，所述第一跳频同步信息包括实时时间(time of day，tod)的高位。从站接收第一跳频同步信息。
68.示例性地，tod是由时钟系统的时间中的时、分、秒换算得到的，取值为00000～86400。其中高位可以为tod的前几位，例如前3位。
69.在该第一跳频同步信息中，除了前述tod的高位外，还可以包括跳频同步号、跳频周期序号/时隙号和循环冗余校验(cyclic redundancy check，crc)字段。
70.在该步骤中，主站采用同步字头法发送跳频同步信息。示例性地，主站作为发送端，在报文的帧头中携带跳频同步号、tod、跳频周期序号等同步字头，报文中部携带有用户数据段，该报文尾部还携带有crc字段，该报文的结构可以参见图5。该报文经过跳频电台使用跳频图案算法处理后，形成跳频序列，截取所述跳频序列中预定长度的序列作为跳频频率表的索引，查表后获取频率值。然后基于该频率值进行频率合成，基于数据调制后的发送数据和合成得到的频率进行跳频调制，然后进行传输。从而实现对携带有上述同步字头的报文的发送。
71.在该报文中，跳频同步号的作用是指示同步字头的位置。跳频周期序号/时隙号的作用是帮助主站和从站进行同步，例如从站可以根据tod和跳频周期号建立本地时钟，与主站的时间和跳频周期同步，实现跳频同步维持。通常1秒包括多个时隙，从站和主站各占用几个时隙构成1个周期。例如，每秒包括1000个时隙，每个周期中，主站占用3个时隙，从站占用2个时隙，则1秒包括200个跳频周期。crc字段用于进行整个报文的校验。
72.其中，跳频频率表是依据通信频率资源管理部门指定的工作频段，剔除禁用频率点，选出的一定数量(例如63、127、255)的频率点任意排列而成的一张频率表，在跳频频率表中每个频率点都有一个对应的索引，该跳频频率表供跳频通信使用。主站和从站都是通过跳频图案算法，计算出跳频序列，然后基于跳频序列从该跳频频率表中选择出频率点进行通信。通信在一个主站和多个从站之间进行，主站是基准站，从站的时间、跳频频率都以主站为基准，与主站同步。为了保证主站和从站的同步，主站和从站中预先加载的跳频频率
表和跳频图案算法完全一致。
73.在步骤311中，主站通过跳频图案算法计算跳频的频率点，并依次在各个频率点上发送第一跳频同步信息。从站在跳频频率表中选择出多个频率点进行扫描，捕获主站发送的第一跳频同步信息。
74.例如，从站可以在每个频率点上驻留更短时间，从而频繁在多个频率点上进行扫描，而通常主站在从站入网前会多次跳频到任一个频率点上，从而保证从站能够在其中一个接收到主站发送的第一跳频同步信息。
75.作为示例，假定跳频速率为每秒1000跳，跳频频率表中频率点的总数为63(最多可达80个)，入网时间指标一般为不大于5秒，则跳频到任意一个频率点的平均次数大于79次。
76.在跳频电台中，伪码发生器利用跳频同步信息生成伪随机码，然后通过伪随机码和跳频图案算法计算出跳频序列。采用伪码发生器产生的伪随机码计算跳频序列，代替一般的跳频序列，改善了跳频同步的保密性。
77.示例性地，从站可以采用如下方式选择频率点并进行扫描：
78.第一步、从站获取本地时钟信息。
79.第二步，从站基于所述本地时钟信息的高位，采用所述跳频图案算法确定n个频率点，n为大于1的正整数；
80.第三步、从站在所述多个频率点上进行循环扫描，捕获主站发送的跳频同步信息。
81.其中，从站循环扫描时在每个频率点上的驻留时间为所述主站在单个频率点上驻留时间的1/(n+1)。驻留时间比正常更短，能够在某个频率上捕获到一个完整的跳频同步信息。
82.作为一种示例，按入网时间指标为5s计算，5s内主站在各个频率点上共发射跳频同步信息1500次，发射频率在128个跳频点上平均分布，平均每个频点10次以上。从站的跳频电台入网前在跳频频率表的任意n个频率上守候，只需正确接收1次跳频同步信息即可。
83.上述第一步至第三步可以由从站的跳频电台执行，跳频电台开机后默认同步捕获扫描状态，在该状态下，跳频电台作为接收端完成tod的同步调整。
84.步骤312、从站采用所述crc字段对第一跳频同步信息进行校验。
85.图6为crc校验算法示意图。参见图6，该crc校验采用的校验公式为g(x)＝x16+x12+x5+1，图中箭头表示二进制数据流动方向，d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9、d10、d11、d12、d13、d14、d15、d16所示的方框表示移动存储器，依次对应crc校验码的第1至16比特位，带“+”的圆圈表示异或运算。当开始输入数据时，数据一方面进入移动存储器，一方面直接输出；当数据输入完毕后，移动存储器中的数据就是所有输入数据的crc校验码，此时输出端的开关向下接通，将crc校验码依次移出。在发送数据前，用上述方法得到校验码；在校验时，仍然用上述方法进行计算，最后得到的移动存储器中的数据称为校验和，若全部为零则表示参与运算的数据和校验码都正确，否则表示数据或者校验码已发生错误。
86.步骤313、从站在校验通过时，基于tod的高位确定跳频序列。
87.步骤314、从站截取所述跳频序列中预定长度的序列作为索引，查找所述跳频频率表，得到下一跳频周期的频率值。
88.步骤315、主站同样采用所述tod的高位确定下一跳频周期的频率值。
89.主站基于tod的高位确定下一跳频周期的频率值的方法与从站的方式相同，可以
参照步骤313和步骤314。步骤315和步骤312至步骤314没有先后顺序关系，可以同时进行。
90.步骤316、主站在下一跳频周期，通过所述频率值向所述从站发送第二跳频同步信息，所述第二跳频同步信息包括tod的低位。从站接收该第二跳频同步信息。
91.从站在步骤313和步骤316之后，都可以基于收到的tod调整本地时钟。在步骤311至步骤313中，从站和主站的时间只进行了高位同步，也可以称为粗同步，这种情况下，从站确定出的下一跳频周期的频率值可以是一个范围值。当从站和主站的时间进行了低位同步后，精同步完成，这种情况下，从站确定出的下一跳频周期的频率值可以是一个点值。
92.在上述跳频同步过程中，发送低位tod的频率是用高位tod运算出来的，这样就加大了破译的难度，提高了保密性，提高无线信号在空中传播的抗干扰能力。
93.在完成精同步后，从站与所述主站建立通信信道。建立通信信道后，双方可以相互传输用户数据。例如从站可以从接收端转为发送端进行报文发送。
94.在从站入网成功后，从站可以向所述主站发送入网成功消息，所述入网成功消息包括所述从站的身份信息。主站接收入网成功消息。
95.在从站入网成功后，从站采用与所述主站相同的跳频速度进行同步跟跳。
96.在同步跟跳过程中，从站可以基于所述主站发送的所述跳频同步信息中的tod与本地时钟信息的差值；当所述差值大于阈值时，从站基于实时接收的信号，估计跳频频率点对应的信道信噪比，从站在所述跳频频率点对应的信道信噪比大于信噪比阈值时，更新跳频频率表(除掉了信噪比较大的跳频频率点)，从站将更新后的跳频频率表发送给所述主站；主站接收更新后的跳频图案。当所述差值不大于阈值时，则无需进行跳频频率表的更新。
97.主站的数据经过跳频调制后，通过数模转换器发射到信道中。从站通过模数转换器接收信号，并对其进行正交下变频。另一方面，从站根据实时信道质量评估结果，实时更新跳频频率表，避开信道质量较差的频率点，并将实时更新的跳频频率表通过反馈信道通知给主站。发射机通过反馈信道对自身的跳频频率表进行实时更新，保持收发双方一致。
98.跳频电台使用一定精度时钟的系统，在实现初始同步以后，经过一段时间的通信，通信双方的时钟会出现漂移的情况。为了使收发双方的同步得到长时间的保持，需要不断调整接收端的时钟，通过勤务同步来实现。
99.勤务同步的具体步骤包括：从站接收主站发送的跳频同步信息，比较跳频同步信息中的tod和本地tod；如果双方tod相同或者差值在范围内，转入同步跟跳状态。如果通信双方tod偏差较大，需要重新校正tod，即返回到初始同步状态，则此时勤务同步结束，并调整到捕获扫描状态，也即重新执行步骤311。
100.步骤302、主站周期性地向从站发送第一消息；从站周期性地接收主站发送的第一消息。
101.该第一消息可以是在主站和从站建立通信信道后，在数据传输阶段主站发送的，作用是探测主站和从站之间的传输延迟。
102.步骤303、从站基于所述第一消息向所述主站返回第二消息。主站接收所述从站基于所述第一消息返回的第二消息。
103.从站在接收到主站发送的第一消息后，进行信息回馈，使得主站可以基于第二消息探测到主站和从站之间的传输延迟。
104.步骤304、主站确定从发送所述第一消息到接收到所述第二消息之间的延迟。
105.步骤305、主站基于所述延迟确定跳频驻留时间，所述跳频驻留时间是指在跳频通信过程中，在一个频率点上停留的时间。
106.示例性地，所述跳频驻留时间的大小和所述延迟的大小正相关。
107.例如，主站中可以保存不同延迟的大小对应的跳频驻留时间的大小，在确定延迟的大小后，查找对应的跳频驻留时间即可。
108.步骤306、主站向所述从站发送跳频同步信息，所述跳频同步信息包括所述跳频驻留时间。从站接收所述主站发送的跳频同步信息。
109.在上述跳频同步过程中，采用了一种综合了精确时钟法、同步字头法、自同步法的跳频同步方法。主站和从站在一个频率点上的停留时间，由于该跳频驻留时间是基于与传输距离以及链路情况相关的延迟确定得到的，因此该跳频驻留时间可以满足主站和从站之间的传输要求。并且，由于主站发送第一消息是周期性进行的，因此，该跳频驻留时间也是实时调整的，从而满足主站和从站在各个频率点上的传输要求，提高通信质量。另外，发送低位tod的频率是用高位tod运算出来的，这样就加大了破译的难度，提高了保密性，提高无线信号在空中传播的抗干扰能力。
110.图7是本公开实施例提供的一种跳频同步装置的结构示意图。该跳频同步装置集成在主站中，参见图7，所述跳频同步装置包括：发送模块401、接收模块402和确定模块403。
111.其中，发送模块401，用于周期性地向从站发送第一消息；
112.接收模块402，用于接收所述从站基于所述第一消息返回的第二消息；
113.确定模块403，用于确定从发送所述第一消息到接收到所述第二消息之间的延迟；基于所述延迟确定跳频驻留时间，所述跳频驻留时间是指在跳频通信过程中，在一个频率点上停留的时间；
114.所述发送模块401，还用于向所述从站发送跳频同步信息，所述跳频同步信息包括所述跳频驻留时间。
115.在本公开实施例的一种实现方式中，所述跳频驻留时间的大小和所述延迟的大小正相关。
116.图8是本公开实施例提供的一种跳频同步装置的结构示意图。该跳频同步装置集成在从站中，参见图8，所述跳频同步装置包括：接收模块501和发送模块502。
117.接收模块501，用于周期性地接收主站发送的第一消息；
118.发送模块502，用于基于所述第一消息向所述主站发送第二消息；
119.所述接收模块501，还用于接收所述主站发送的跳频同步信息，所述跳频同步信息包括所述跳频驻留时间，所述跳频驻留时间是所述主站基于从发送所述第一消息到接收到所述第二消息之间的延迟确定出的，所述跳频驻留时间是指在跳频通信过程中，在一个频率点上停留的时间。
120.图9是本公开实施例提供的一种跳频同步系统的结构示意图。参见图9，所述跳频同步系统包括主站601和从站602，所述主站601包括如图7所示的跳频同步装置，所述从站602包括如图8所示的跳频同步装置。
121.需要说明的是：上述实施例提供的跳频同步装置在进行跳频同步时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功
能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的跳频同步装置与跳频同步方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
122.以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。