专利名称：混合跳频无线收发系统及其运行方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术的无线跳频通信领域，具体为一种综合采用两种跳频方式和两级跳频结构，通过混合方式实现高速无线跳频通信的混合跳频无线收发系统及其运行方法。
背景技术：
不同于传统的常规跳频技术，差分跳频(DFH，Differential Frequency Hopping) 技术代表了现代跳频通信技术的新发展，甚至在短波频段上可实现高速跳频(跳频速率可达5000Hop/s)和高速数据传输(传输速率可达19. 2kbit/s)，极大地提高了抗跟踪干扰和侦查的能力，数据传输的有效性大为提高。不同常规跳频系统编码、调制和跳频的顺序实现方式，差分跳频系统中，编码、调制和跳频采用网格编码调制(TCM，Trellis Coded Modulation) 一体化实现方式。发送端，信息数据经过信道编码后，再经G函数映射为跳频序列控制数控振荡器(DDS，Direct Digital Synthesizer)产生相应的跳频载波；在接收端，对A/D采样信号进行数字正交下变频后产生两路正交的信号，随后对其进行快速傅立叶变换(FFT，Fast Fourier Transformation)，变换结果经跳频检测单元判决得到有效的跳频信号，再经频率序列译码模块根据事先定义好的规则解调出发送的数据信息。跳频系统若能实现实时全频段跳频，对系统的抗干扰能力的提升将大有裨益。但是，由于受到数字信号处理单元的软硬件资源的限制，差分跳频方式难以实现较宽的频率范围跳变。例如，若要实现短波全频段(3 30MHz)跳频，根据带通采样定理，ADC的采样速率为fs > 60Msps。若直接以如此高的速率采样，其后续的快速傅立叶变换(FFT， Fast Fourier Transformation)数据运算等信号处理将极难实现。现有相关增强型跳频系统(CHESS, Correlated Hopping Enhanced Spread Spectrumd)采用“分段跳频”解决，即将短波段划分为若干个频段，取其中一个频段作为工作频段，采用正交下变频的方法，将信号变为一定速率的复采样信号，随后再对此信号进行快速傅立叶变换(FFT，Fast Fourier Transformation)处理。这种方法有效缓解了快速傅立叶变换(FFT，Fast Fourier Transformation)的实现难度，降低了信号处理对硬件的要求，但是却大大减少了频率跳变范围(一般为2MHz左右)，也大大降低了抗干扰和抗侦查的能力。此外，差分跳频系统正交组网性能较差。对于单用户的通信，差分跳频系统可以提供较高的数据传输率，由于不存在异频干扰，其可靠性也非常高。当网内有多个用户时，若采用异步正交组网，其后果是频谱利用率急剧下降。若采用异步非正交组网，由于存在子网间的异频干扰，差分跳频系统的性能则完全依赖于系统本身的差错纠正能力，受与最大似然频率序列检测相关的编码特性制约。若提高系统的差错纠正能力，实现的复杂度将相应提尚。R-S序列有良好的正交性，在同步组网时可实现“无碰撞”组网，在异步组网时性能也非常优良，若常规跳频序列采用R-S码，系统可较易实现正交组网。但常规跳系统可实现的跳速较低，数据传输率也较低。
发明内容
本发明的目的是设计一种混合跳频无线收发系统，包括常规跳频和差分跳频两大结构，实现实时全频段跳频，有效增强了抗干扰和抗侦查能力。本发明的另一目的是设计一种混合跳频无线收发系统的运行方法，发射端通过常规跳频和差分跳频，实时全频段跳频，生成待发送的跳频信号；接收端按相反顺序完成对接收信号的解跳，还原出数据信息。本发明设计的混合跳频无线收发系统包括发射机和接收机两大部分。发射机主要包括顺序连接的发射机数据接口、跳频组帧器、发射机差分跳频模块、发射机常规跳频模块、D/A变换器(数模变换器)和射频宽带前端发射电路。其中发射机差分跳频模块含有依次连接的频率序列编码器、差分跳频频率控制字存储器(ROM)、插值器和差分跳频数控振荡器(差分跳频NC0)；发射机常规跳频模块则含有发射机R-S序列发生器、常规跳频频率控制字存储器(ROMl)、插值滤波器、发射机跳频数控振荡器(发射机跳频NC0)和减法器。发射机R-S序列发生器的一个输出接入跳频组帧器、另一输出经常规跳频频段频率控制字存储器接入发射机跳频NC0，差分跳频NCO输出的Q路和I路信号分别接入一台插值滤波器，2台插值滤波器输出的内插后的I路和Q路差分跳频信号分别与发射机跳频NCO产生的两路跳频载波信号混频，得到I1路和％路信号，接入减法器。所得％路信号和I1路信号之差，经D/A变换器送入射频宽带前端发射电路。接收机主要包括依次连接的射频宽带前端接收电路(RF前端宽带接收电路)、A/ D变换器(模数变换器)、接收机常规跳频模块、接收机差分跳频模块、跳频解帧器和接收机数据接口。其中接收机常规跳频模块包括解跳数控振荡器(解跳NC0)、抽取滤波器、低通滤波器、常规跳频同步器、接收机R-S序列发生器；接收机差分跳频模块包括快速傅立叶变换 (FFT Fast Fourier ^Transformation)模块(FFT模块)、频率序列译码器和跳沿同步器，频率序列译码器由载频识别器连接维特比译码器组成。FFT模块的输出接入频率序列译码器和跳沿同步器，跳沿同步器反馈接入FFT模块。跳频解帧器输出的同步信息接入常规跳频同步器，常规跳频同步器的输出连接接收机R-S序列发生器，再接入解跳NC0，解跳NCO发出的2路载波信号与A/D变换器高速数据采样得到A和I1两路信号混频后分别经过抽取滤波器和低通滤波器得到Q路和I路信号送入接收机差分跳频模块。上述发射机常规跳频模块、发射机差分跳频模块、接收机常规跳频模块及接收机差分跳频模块均采用数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)实现。数字信号处理模块的核心为现场可编程门阵列(FPGA，Field-programmable Gate Array)。本发明设计的混合跳频无线收发系统的运行方法将整个短波频段划分为M段，每段带宽均相等，常规跳频在各段频带之间跳变，而差分跳频则在段内跳变。本运行方法具体分为发射机和接收机的运行，发射机生成待发送的跳频信号的具体运行步骤如下I、通过数据接口，发射机读取待发送的数据信息；II、跳频组帧器同时读取R-S序列发生器产生的同步信息(寄存器状态信息和时钟信息)以及数据接口的待发送的数据信息，进行组帧设计，信息经组帧后送入差分跳频模块进行处理；III、组帧后的信息数据送入发射机差分跳频模块的频率序列编码器，在此频率转移函数将组帧后的信息数据进行差分编码映射，或称之为频率序列编码，得到差分跳频序列信息，再以序列号值作为地址，访问差分跳频信号频率控制字存储器ROM，得到差分跳频信号频率控制字后送入插值器；IV、在插值器对差分跳频序列进行插值处理，通过对频率控制字进行内插处理，将其采样率提升至与差分跳频NCO采样率匹配；V、插值处理后的信息进入差分跳频NC0，差分跳频NCO读取差分跳频信号频率控制字，输出I、Q两路正交的且与输入数据信息相关的差分跳频信号，I、Q两路信号用式①表示，式中f。为差分跳频信号的频率。S1U) = cos(fct) Sq (t) = sin(fct)①VI、I、Q两路差分跳频信号分别进入发射机常规跳频模块的插值滤波器进行内插， 将其采样率提高至fs，使其数据率与发射机跳频NCO的输出信号数据率相匹配；VII、发射机R-S序列发生器输出伪随机序列，并以序列号值作为地址访问常规跳频频段频率控制字存储器ROMl，得到频率控制字后送入发射机跳频NCO ；；VIII、发射机跳频NCO读取常规跳频频段频率控制字，产生两路正交的跳变速率为&的跳频载波，分别与经内插后的I路和Q路差分跳频信号相混频，得到I1路和A路两路正交的跳变速率为5Hop/s的常规跳频载波信号，用式②表示，式中f；为常规跳频系统所选频段的频率。S11 (t) = cos(fqt) Sqi (t) = sin(fqt)②IX、I1路和Gj1路进入减法器得到二者的差，Q1路信号和I1路信号之差通过D/A变换器、送入射频宽带前端发射电路，由天线发射。发送信号可用式③表示，f。为差分跳频信号的频率，fq为常规跳频系统所选频段的频率。S (t) = S1 (t) -Sq (t) = cos (fct) *cos (fqt) -sin (fct) *sin (fqt) = cos [ (fc+fq) t]③所述步骤II中，跳频组帧器同时读取R-S序列发生器产生的同步信息和数据接口的待发送的数据信息后，在初始同步阶段设计为初始同步帧，在勤务同步阶段设计为勤务数据帧，完成组帧设计。接收机完成对接收信号的解跳，还原出数据信息的具体运行步骤如下i、接收机的射频宽带前端接收电路通过射频天线和其前置射频(RF)放大器得到的射频信号，送入A/D变换器进行高速数据采样，得到％和I1两路信号；ii、常规跳频同步器根据跳频解帧器解调出的同步信息，调整本地的伪码发生器状态信息和时钟信息(T0D信息，Time of the Day)，将同步信息送入接收机R-S序列发生器，使接收机R-S序列发生器生成与发射机发送的射频信号跳变规律一致的R-S伪随机码；iii、接收机R-S序列发生器接入解跳数控振荡器(解跳NC0)，控制解跳NCO产生与发射机的发送的射频信号跳变规律一致的2路跳频载波信号，分别与步骤i得到的A和 I1信号混频实现解常规跳；iv、解常规跳后的2路信号分别经过抽取滤波器进行正交数字下变频，经低通滤波器滤除掉带外干扰信号，得到Q路和I路正交的差分跳频信号送入接收机差分跳频模块；V、在跳沿同步器的控制下，快速傅立叶变换模块确定跳频信号的起始时刻(即跳沿同步)，并计算每跳信号的幅度和相位信息，之后送入载频识别器vi、载频识别器根据FFT模块计算出的每跳信号的幅度信息和相位信息判决出有效的跳频信号，并将其转换为相应于发射机发送信号的频率序列编号，再将编号送入维特比译码器；vii、维特比译码器根据频率序列编号，还原出相应的接收数据信息，再送往跳频解帧器；viii、跳频解帧器完成同步信息相关码的检测和对解调信息的拆帧，并将同步信息反馈回跳频同步器，有用的数据信息则经数据接口送往信息最终用户。所述步骤ii，在初始同步阶段，常规跳频同步器控制接收机R-S序列发生器输出一个递增的周期序列(0，1，丨^1，0，1",-1，0"0，序列值跳变速率为lOOHop/s。所述步骤ii中，当扫描时间超过6s后若没有完成捕获，则常规跳频同步器控制接收机R-S序列发生器停止扫描输出，转为输出一固定值，控制解跳NCO输出一固定载波(将接收机频段固定于某频段)，直至完成捕获为止。随后，常规跳频同步器进入接收伪随机码状态信息和TOD信息状态，等到检测到同步结束标志信号后，便用接收到的伪随机码状态信息和TOD信息控制接收机R-S序列发生器进行状态更新，进而生成与发射机一致的R-S 伪随机码。所述步骤iii中，解跳NCO产生的2路跳频载波信号为跳变速率为lOOHop/s的2 路正交的本地载波，控制解跳数控振荡器输出一跳变速率为lOOHop/s的载波。所述步骤ν中，在一个扫描时间内，跳沿同步器迅速进行跳沿调整。由于差分跳沿同步仅需要13跳即可完成跳沿同步，因此如若扫描到发射信号，在一个扫描时间内跳沿同步器可迅速进行调整直至完成跳沿同步。所述步骤Viii中，跳频解帧器对包括同步头在内的同步信息进行相关检测，若检测到同步头，便发出指令控制接收机R-S序列发生器停止扫描输出，进而控制解跳NCO输出当前载波(停留在当前频段)，至此便完成了同步的捕获。所述步骤Viii中，完成同步捕获后，跳频解帧器将解调出的同步信息(伪随机码状态信息和TOD信息)反馈回常规跳频同步器。本运行方法将整个工作频段划分为多个相等的子频段，工作频段的总带宽Bw由式 BW>MX2*[NXBS+Bh]决定，其中M为常规跳频的频段数，N为每个频段内差分跳频的频点数，Bs为信道间隔，Bh为过渡带宽。对M、N的取值要进行综合权衡。当取M = 1时，则此系统就是单纯的差分跳频系统。M取值越大，常规跳频频段数越多，多址性能则越好，利于系统的正交组网，但常规跳频同步实现难度会进一步增大。对应的差分跳频的N值越小，差分跳频硬件资源消耗则越小。但差分跳频频点数过少，自由距则会越小，系统的纠错能力越差，差分跳频的性能难以提高。反之，亦有相应的问题。M、N的分配取值牵涉到多址性能、复杂度和成本，必须认真 ^虑ο本发明设计的分配原则为整个短波工作频段划分为M个相等的子频段，分段后任意两个常规跳频点之间的频差大于或等于2倍的差分跳频带宽B。，S卩彡2B。i，j=1，2.^，且‘>28。i = 1，2..M。确保当接收机频段与发射机频段一致时，经混频和滤波后只保留有用信号。本发明混合跳频无线收发系统及其运行方法的优点为1、采用两种跳频方式和两级跳频结构的形式，充分利用两种方式的各自优势和两种结构的级联特点；后级采用差分跳频方式，保持了差分跳频高速跳变和高速数据传输等优点，同时前级采用常规随机跳频方式，获得了正交组网性能，在多用户情况下性能远好于差分跳频系统；本跳频系统可以实现在频段之间大间隔跳变，也就实现全频段跳频，由此可以把跳频带宽扩展至整个短波频段，具有更宽的跳频带宽，极大地丰富了跳频频点数，提高了系统的随机性和抗干扰、抗侦查能力，系统的误码性能远远好于单纯采用差分跳频的系统，有效提高跳频通信的性能；2、 降低了差分跳频对硬件规模和技术的要求，也降低硬件成本和实现的难度；3、两级级联的跳频结构，参数和性能可以合理分担和互换，可以根据用户数和硬件资源对频段进行灵活划分，在复杂度和成本之间平衡，保证了设计上的灵活性；例如，可以减少后级差分跳频频点数，增加前级常规跳频频点数，来降低差分跳频处理难度；4、R-S序列有良好的正交性， 在同步组网时可实现“无碰撞”组网，在异步组网时性能也非常优良；前级采用R-S码作为伪随机码，跳频系统可实现正交组网；5、差分跳频的高跳速与常规跳频的低跳速级联，更有利于系统同步的实现；常规跳频速率较低，可在一个常规跳的时间内传输完所有的同步信息，较易实现跳频同步。
图1为本混合跳频无线收发系统实施例发射机的结构框图；图2为本混合跳频无线收发系统实施例接收机的结构框图。
具体实施例方式混合跳频无线收发系统实施例本混合跳频无线收发系统实施例的发射机如图1所示，接收机如图2所示。发射机主要包括顺序连接的发射机数据接口、跳频组帧器、发射机差分跳频模块、发射机常规跳频模块、D/A变换器和射频宽带前端发射电路。其中发射机差分跳频模块含有依次连接的频率序列编码器、差分跳频信号频率控制字存储器(ROM)、插值器和差分跳频数控振荡器(差分跳频NC0)；发射机常规跳频模块则含有发射机R-S序列发生器、插值滤波器、发射机跳频数控振荡器(发射机跳频NC0)和减法器。发射机R-S序列发生器的一个输出接入跳频组帧器、另一输出经常规跳频频段频率控制字存储器接入发射机跳频NC0， 差分跳频NCO输出的Q路和I路信号分别接入一台插值滤波器，2台插值滤波器输出的内插后的I路和Q路差分跳频信号分别与发射机跳频NCO产生的两路跳频载波信号混频，得到 I1路和A路信号，接入减法器。所得A路信号和I1路信号之差，经D/A变换器送入射频宽带前端发射电路。接收机主要包括依次连接的低噪声射频宽带前端接收电路(低噪声RF宽带前端接收电路)、A/D变换器、接收机常规跳频模块、接收机差分跳频模块、跳频解帧器和接收机数据接口。其中接收机常规跳频模块包括解跳NC0、抽取滤波器、低通滤波器、常规跳频同步器、接收机R-S序列发生器；接收机差分跳频模块包括快速傅立叶变换(FFT Fast FourierTransformation)模块、频率序列译码器和跳沿同步器，频率序列译码器由载频识别器连接维特比译码器组成。FFT模块的输出接入频率序列译码器和跳沿同步器，跳沿同步器反馈接入FFT模块。跳频解帧器输出的同步信息接入常规跳频同步器，常规跳频同步器的输出连接接收机R-S序列发生器，再接入解跳NC0，解跳NCO发出的2路载波信号与A/D变换器高速数据采样得到A和I1两路信号混频后分别经过抽取滤波器和低通滤波器得到Q路和 I路信号送入接收机差分跳频模块。上述发射机常规跳频模块、发射机差分跳频模块、接收机常规跳频模块及接收机差分跳频模块均用FPGA (现场可编程门阵列)实现。混合跳频无线收发系统的运行方法实施例本例整个短波工作频段6MHZ 30MHZ，差分跳频速率RC= 2500Hop/s信息传输率b= 2000bit/s码元速率R = 2500symbol/s常规跳频速率 = 5Hop/s子频段数M = 8最小信道间隔BS = 45KHZ每个子频段内差分跳频点数N = 32系统总跳频点数=N1 = 32*8 = 256射频采样率fs= 76. 8MSPS中频采样率fsl = 7. 68MSPS扇出系数(每跳携带比特数):BPH = 2差分跳频带宽BC= 32*45KHZ = 1. 44MHZ过渡带宽 = 0. 06MHZ常规跳频频段频率3、6、9、12、15、18、21、24MHZ，即彡 2BC，i，j = 1，2，...8，，且 > 2BC。Bm 彡 MX2[NXBS+Bh]jp~> 8X2[32X45+60] =24，即 f^ > 2BC i = 1，2· ·Μ。本例发射机生成待发送的跳频信号的具体运行步骤如下I、通过数据接口，发射机读取待发送的数据信息。II、跳频组帧器同时读取R-S序列发生器产生的同步信息(寄存器状态信息和时钟信息)以及数据接口的待发送的数据信息，在初始同步阶段设计为初始同步帧，在勤务同步阶段设计为勤务数据帧，完成组帧设计；本例同步信息数据率为％00bit/s，待发送数据信息数据率为2000bit/s，组帧后数据率为2500bit/s，信息经组帧后送入差分跳频模块进行处理。III、组帧后的送入差分跳频模块的频率序列编码器，在此频率转移函数将组帧后的信息数据进行差分编码映射，或称之为频率序列编码，得到差分跳频序列信息，再以序列号值作为地址，访问差分跳频信号频率控制字存储器ROM，得到频率控制字后送入插值器， 频率控制字采样率为2500SPS，差分跳变速率为2500Hop/s。IV、在插值器对差分跳频序列进行插值处理，通过对频率控制字进行内插处理，将其采样率提升至与差分跳频NCO采样率匹配。差分跳频NCO的采样率为7.68MSPS，而差分跳频信号频率控制字采样率为 2500MSPS,因此需要对频率控制字进行3072倍内插处理；插值器用于完成此功能，通过对频率控制字进行3072倍内插处理，将其采样率由2500SPS提升至7. 68MSPS，与差分跳频 NCO采样率匹配。V、插值处理后的信息进入差分跳频NC0，差分跳频NCO读取差分跳频信号频率控制字，输出I、Q两路正交的且与输入数据信息相关的差分跳频信号，I、Q两路信号用式①表示，式中f。为差分跳频信号的频率。S1 (t) = cos(fct) Sg (t) = sin(fct)①VI、I、Q两路差分跳频信号分别进入常规跳频模块的插值滤波器进行内插，将其采样率提高至fs，使其数据率与发射机跳频NCO的输出信号数据率相匹配；由于发射机跳频NCO数据率为76. 8MSPS，差分跳频信号数据率为7. 68MSPS，为了两数据率匹配，需对差分跳频信号进行10倍上采样。插值滤波器便用于完成此功能，通过对差分跳频信号进行10倍的内插处理，将其采样率从7. 68MSPS提升至76. SMSPS0VII、发射机R-S序列发生器输出伪随机序列，并以序列号值作为地址访问常规跳频频段频率控制字存储器ROMl，频段频率控制字跳变速率为5Hop/s。VIII、发射机跳频NCO读取常规跳频频段频率控制字，产生两路正交的跳变速率为&的跳频载波，分别与经内插后的I路和Q路差分跳频信号相混频，得到I1路和A路两路正交的跳变速率为5Hop/s的常规跳频载波信号，用式②表示，式中f；为常规跳频系统所选频段的频率。S11 (t) = cos(fqt) Sqi (t) = sin(fqt)②IX、I1路和Gj1路进入减法器得到二者的差，Q1路信号和I1路信号之差通过D/A变换器、送入射频宽带前端发射电路，由天线发射。发送信号可用式③表示，f。为差分跳频信号的频率，fq为常规跳频系统所选频段的频率。S (t) = S1 (t) -Sq (t) = cos (fct) *cos (fqt) -sin (fct) *sin (fqt) = cos [ (fc+fq) t]③本例接收机完成对接收信号的解跳，还原出数据信息的具体运行步骤如下i、接收机的射频宽带前端接收电路通过射频天线和其前置射频(RF)放大器得到的射频信号，送入A/D变换器进行高速数据采样，得到％和I1两路信号；ii、常规跳频同步器根据跳频解帧器解调出的同步信息，调整本地的伪码发生器状态信息和时钟信息，将同步信息送入接收机R-S序列发生器，使接收机R-S序列发生器生成与发射机发送的射频信号跳变规律一致的R-S伪随机码；在初始同步阶段，常规跳频同步器控制接收机R-S序列发生器输出一个递增的周期序列(0，1，夂^1，0，1彳^1，(>··)， 序列值跳变速率为lOOHop/s，控制解跳NCO输出一跳变速率为lOOHop/s的跳变载波；当扫描时间超过6s后若没有完成捕获，则常规跳频同步器控制接收机R-S序列发生器停止扫描输出，转为输出一固定值，控制解跳NCO输出一固定载波(将接收机频段固定于某频段)，直至完成捕获为止；随后，常规跳频同步器进入接收伪随机码状态信息和TOD信息状态，等到检测到同步结束标志信号后，便用接收到的伪随机码状态信息和TOD信息控制接收机R-S序列发生器进行状态更新，进而生成与发射机一致的R-S伪随机码。
iii、R-S伪随机码接入解跳NC0，控制解跳NCO产生与发射机的发送的射频信号跳变规律一致的2路跳频载波信号，实现常规跳频同步，达到系统的最终同步；解跳NCO产生的2路跳频载波信号为跳变速率为lOOHop/s的2路正交的本地载波，分别与步骤i得到的 Q1和I1信号混频实现解常规跳；iv、解常规跳后的2路信号分别经过抽取滤波器进行正交数字下变频，经低通滤波器滤除掉带外干扰信号，得到Q路和I路正交的差分跳频信号送入接收机差分跳频模块；解常规跳后的数据率高达76. 8MSPS，且含有高频分量，因此需要对解跳信号进行抽取滤波。经抽取滤波器后，信号采样率由76. 8MSPS下降为7. 68MSPS，再经低通滤波器得到两路差分跳频信号送入差分跳频信号处理模块；V、在跳沿同步器的控制下，快速傅立叶变换模块确定跳频信号的起始时刻(即跳沿同步)，并计算每跳信号的幅度和相位信息，之后送入载频识别器；在一个扫描时间内， 跳沿同步器迅速进行跳沿调整。由于差分跳沿同步仅需要13跳即可完成跳沿同步，因此如若扫描到发射信号，在一个扫描时间内跳沿同步器可迅速进行调整直至完成跳沿同步；vi、载频识别器根据FFT模块计算出的每跳信号的幅度信息和相位信息判决出有效的跳频信号，并将其转换为相应于发射机发送信号的频率序列编号，再将编号送入维特比译码器；vii、维特比译码器根据频率序列编号，还原出相应的接收数据信息，再送往跳频解帧器；viii、跳频解帧器完成对解调信息的拆帧，跳频解帧器对包括同步头在内的同步信息进行相关检测，若检测到同步头，便发出指令控制接收机R-S序列发生器停止扫描输出，进而控制解跳NCO输出当前载波(停留在当前频段)，完成了同步的捕获，并将解调出的同步信息(伪随机码状态信息和TOD信息)反馈回跳频同步器，有用的数据信息则经数据接口模块送往信息最终用户。上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.混合跳频无线收发系统，包括发射机和接收机两大部分，其特征在于所述发射机主要包括顺序连接的发射机数据接口、跳频组帧器、发射机差分跳频模块、发射机常规跳频模块、D/A变换器和射频宽带前端发射电路；其中发射机差分跳频模块含有依次连接的频率序列编码器、差分跳频信号频率控制字存储器、插值器和差分跳频数控振荡器；发射机常规跳频模块则含有发射机R-S序列发生器、常规跳频频段频率控制字存储器、插值滤波器、发射机跳频数控振荡器和减法器；发射机R-S序列发生器的一个输出接入跳频组帧器、另一输出经常规跳频频段频率控制字存储器接入发射机跳频数控振荡器，差分跳频数控振荡器输出的Q路和I路信号分别接入一台插值滤波器，2台插值滤波器输出的内插后的I路和Q路差分跳频信号分别与发射机跳频数控振荡器产生的两路跳频载波信号混频，得到I1路和A路信号，接入减法器，所得A路信号和I1路信号之差，经D/A变换器送入射频宽带前端发射电路；所述接收机主要包括依次连接的射频宽带前端接收电路、A/D变换器、接收机常规跳频模块、接收机差分跳频模块、跳频解帧器和接收机数据接口 ；其中接收机常规跳频模块包括解跳数控振荡器、抽取滤波器、低通滤波器、常规跳频同步器、接收机R-S序列发生器；接收机差分跳频模块包括快速傅立叶变换模块、频率序列译码器和跳沿同步器，频率序列译码器由载频识别模块连接维特比译码器组成；快速傅立叶变换模块的输出接入频率序列译码器和跳沿同步器，跳沿同步器反馈接入快速傅立叶变换模块；跳频解帧器输出的同步信息接入常规跳频同步器，常规跳频同步器的输出连接接收机R-S序列发生器，再接入解跳数控振荡器，解跳数控振荡器发出的2路载波信号与A/D变换器高速数据采样得到兑和I1 两路信号混频后分别经过抽取滤波器和低通滤波器得到Q路和I路信号送入接收机差分跳频模块。
2.根据权利要求1所述的混合跳频无线收发系统，其特征在于所述发射机常规跳频模块、发射机差分跳频模块、接收机常规跳频模块及接收机差分跳频模块均采用数字信号处理器实现。
3.根据权利要求2所述的混合跳频无线收发系统，其特征在于所述数字信号处理模块的核心为现场可编程门阵列。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的混合跳频无线收发系统的运行方法，其特征在于将整个短波频段划分为M个子频段，每段带宽均相等，常规跳频在各段频带之间跳变， 而差分跳频则在段内跳变。
5.根据权利要求4所述的混合跳频无线收发系统的运行方法，其特征在于所述发射机生成待发送的跳频信号的具体运行步骤如下I、通过数据接口，发射机读取待发送的数据信息；II、跳频组帧器同时读取R-S序列发生器产生的同步信息以及数据接口的待发送的数据信息，进行组帧设计，信息经组帧后送入差分跳频模块进行处理；III、组帧后的数据送入差分跳频模块的频率序列编码器，在此频率转移函数将组帧后的信息数据进行差分编码映射，或称之为频率序列编码，得到差分跳频序列信息，再以序列号值作为地址，访问差分跳频信号频率控制字存储器，得到频率控制字后送入插值器；IV、在插值器对差分跳频序列进行插值处理，通过对频率控制字进行内插处理，将其采样率提升至与差分跳频数控振荡器采样率匹配；V、插值处理后的信息进入差分跳频数控振荡器，差分跳频数控振荡器读取差分跳频信号频率控制字，输出I、Q两路正交的且与输入数据信息相关的差分跳频信号，I、Q两路信号用式①表示，式中f。为差分跳频信号的频率，S1W = cos(fct) Sq (t) = sin(fct)①VI、I、Q两路差分跳频信号分别进入常规跳频模块的插值滤波器进行内插，将其采样率提高至fs，使其数据率与发射机跳频数控振荡器的输出信号数据率相匹配；VII、常规R-S序列发生器输出伪随机序列，并以序列号值作为地址访问常规跳频频段频率控制字存储器；VIII、发射机跳频数控振荡器读取常规跳频频段频率控制字，产生两路正交的跳变速率为&的跳频载波，分别与经内插后的I路和Q路差分跳频信号相混频，得到I1路和A路两路正交的跳变速率为5Hop/s的常规跳频载波信号，用式②表示，式中f；为常规跳频系统所选频段的频率，S11 (t) = cos(fqt) Sqi (t) = sin(fqt)②IX、I1路和A路进入减法器得到二者的差，仏路信号和^路信号之差通过D/A变换器、送入射频宽带前端发射电路，由天线发射；发送信号用式③表示，f。为差分跳频信号的频率，fq为常规跳频系统所选频段的频率，S(t) = S1U)-Sq (t) = cos (fct) *cos (fqt) -sin (fct) *sin (fqt) = cos [ (fc+fq) t]③所述接收机完成对接收信号的解跳，还原出数据信息的具体运行步骤如下i、接收机的射频宽带前端接收电路通过射频天线和其前置射频放大器得到的射频信号，送入A/D变换器进行高速数据采样，得到％和I1两路信号；ii、常规跳频同步器根据跳频解帧器解调出的同步信息，调整本地的伪码发生器状态信息和时钟信息，将同步信息送入接收机R-S序列发生器，使接收机R-S序列发生器生成与发射机发送的射频信号跳变规律一致的R-S伪随机码；iii、R-S伪随机码接入解跳数控振荡器，控制解跳数控振荡器产生与发射机发送的射频信号跳变规律一致的2路跳频载波信号，分别与步骤i得到的A和I1信号混频实现解常规跳；iv、解常规跳后的2路信号分别经过抽取滤波器进行正交数字下变频，经低通滤波器滤除掉带外干扰信号，得到Q路和I路正交的差分跳频信号送入接收机差分跳频模块；ν、在跳沿同步器的控制下，快速傅立叶变换模块确定跳频信号的起始时刻，并计算每跳信号的幅度和相位信息，之后送入载频识别器；vi、载频识别器根据FFT模块计算出的每跳信号的幅度信息和相位信息判决出有效的跳频信号，并将其转换为相应于发射机发送信号的频率序列编号，再将编号送入维特比译码器；vii、维特比译码器根据频率序列编号，还原出相应的接收数据信息，再送往跳频解帧器；viii、跳频解帧器完成对解调信息的拆帧，并将同步信息反馈回跳频同步器，有用的数据信息则经数据接口模块送往信息最终用户。
6.根据权利要求5所述的混合跳频无线收发系统的运行方法，其特征在于所述运行方法在整个短波工作频段划分为M个子频段，工作频段的总带宽 BW>MX2*[NXBS+Bh]决定，其中N为每个子频段内差分跳频的频点数，Bs为信道间隔， &为过渡带宽；任意两个常规跳频点之间的频差大于或等于2倍的差分跳频带宽B。，即 fqi-fqJ ι ^ 2BC i，j = 1，2··Μ，且 > 2BC i = 1,2.. Μ。
7.根据权利要求5所述的混合跳频无线收发系统的运行方法，其特征在于所述步骤II中，跳频组帧器同时读取R-S序列发生器产生的同步信息和数据接口的待发送的数据信息后，在初始同步阶段设计为初始同步帧，在勤务同步阶段设计为勤务数据帧，完成组帧设计。
8.根据权利要求5所述的混合跳频无线收发系统的运行方法，其特征在于所述步骤ii，在初始同步阶段，常规跳频同步器控制接收机R-S序列发生器输出一个递增的周期序列(0，1，丨^1，0，1",-1，(>")，序列值跳变速率为lOOHop/s，控制解跳数控振荡器输出一跳变速率为lOOHop/s的载波；当扫描时间超过6s后若没有完成捕获，常规跳频同步器控制接收机R-S序列发生器停止扫描输出，转为输出一固定值，控制解跳数控振荡器输出一固定载波，直至完成捕获为止；随后常规跳频同步器进入接收伪随机码状态信息和TOD信息状态，等到检测到同步结束标志信号后，便用接收到的伪随机码状态信息和TOD信息控制接收机R-S序列发生器进行状态更新，进而生成与发射机一致的R-S伪随机码；所述步骤iii中，解跳数控振荡器产生的2路跳频载波信号为跳变速率为lOOHop/s的 2路正交的本地载波；所述步骤ν中，在一个扫描时间内，跳沿同步器迅速进行跳沿调整，如若扫描到发射信号，在一个扫描时间内跳沿同步器进行调整直至完成跳沿同步；所述步骤viii中，跳频解帧器对包括同步头在内的同步信息进行相关检测，若检测到同步头，便发出指令控制接收机R-S序列发生器停止扫描输出，进而控制解跳数控振荡器输出当前载波至此便完成了同步的捕获；完成同步捕获后，跳频解帧器将解调出的同步信息反馈回常规跳频同步器。
全文摘要
本发明为混合跳频无线收发系统及其运行方法，本系统包括发射机和接收机。发射机有依次连接的数据接口、跳频组帧器、发射机差分跳频模块和常规跳频模块、D/A变换器和前端发射电路。接收机为依次连接的前端接收电路、A/D变换器、接收机常规跳频模块和差分跳频模块、跳频解帧器和数据接口。本系统的运行方法将整个工作频段划分为M个带宽相等的子频段，常规跳频在各段频带之间跳变，而差分跳频则在段内跳变。发射机通过常规跳频和差分跳频，实时全频段跳频，生成待发送的跳频信号；接收端按相反顺序完成对接收信号的解跳，还原出数据信息。本发明采用两种跳频，充分利用两种优势，提高了系统的随机性和抗干扰、抗侦查能力，有效提高跳频通信性能。
文档编号H04B1/7136GK102355281SQ201110180358
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者崔杨, 廖连贵, 曹卫平, 王国正, 田克纯, 符杰林, 赵利 申请人:桂林电子科技大学