跳频通信自适应技术研究

2021-02-18申超群

通信电源技术 2021年16期

申超群

（广州海格通信集团股份有限公司，广东广州 510000）

0 引言

通常意义上跳频规避干扰的方式是不断更改跳频频率进而规避干扰，但由于变换的跳频频率是提前设计好的，难以根据环境的改变而做出及时调整，因此该方式已经难以满足现代化的要求。许多专家认为，应该将通信模式中的自适应技术与跳频通信相融合进行改进，即实现跳频自适应技术[1]。自适应跳频通信信号收发的双方均可以依据信道所受干扰的实际情况选择是否更换信道，这在一定程度上大大提升了信息通信的安全性。结合信道质量评估与发展状况，在确保通信质量的前提下尽可能地降低功率，可有效提升通信的安全性。

1 跳频系统原理

跳频通信技术是通过使用扩频函数与原始调制信号进行时域相乘，将系统所需要的信息频谱拓宽到宽频带上进行发送，进而完成频谱扩展。接收端将信号恢复成原始信号，实现信号的还原[2]。跳频系统原理如图1所示。

图1 跳频系统原理

在跳频系统中，除了伪随机码发生器和频率合成器等基本设备外，还需要跳频同步等技术支持。其中，伪随机码发生器能够产生频率控制字，然后能够控制频率合成器产生合适的随机跳变频率。频率合成器产生随机跳变频率之后，将跳变频率和已调信号进行混频，从而实现频谱的扩展或搬迁[3]。在跳频同步技术的支持下，双方的跳频图案能够保持一致，这也是调频信号的有效传输和解扩的基础，从而实现原始已调信号的恢复。

2 自适应跳频通信及其特点

2.1 自适应跳频通信

在军事通信发展和完善的过程中，采用跳频技术和自适应技术相结合来保证高跳频通信的灵活性。跳频技术和自适应技术的有效结合能够对信道进行实时评估，通过评估选择出恶劣的信道，并将其剔除出去，有效减少干扰，提高通信的效率和质量。

和传统的跳频通信技术相比较，自适应跳频通信技术在系统的接收端加装了实时信道质量分析器。自适应跳频通信系统的接收方首先会借助伪随机序列发生器产生伪随机序列，然后通过序列来控制跳频选择器选择出需要的跳频图样[4]。将选出的跳频图样通过工作信道发送到接收端，接收端需要对数据进行通信质量检测，该过程主要通过LQA完成。如果在监测过程中监测到载频收到干扰或运行不正常时，就需要通过LQA对载频进行置换。此时，LQA将会产生一个全新的跳频图样，然后经过反馈信道传输给发送终端。

2.2 自适应跳频通信及其特点

自适应跳频通信技术的科学应用有效提升了跳频通信的性能，自适应的作用主要体现在以下几个方面。

（1）抗衰落能力强。由于在信道内传输，信号传输过程难以避免自然电磁干扰产生的影响，会使信号出现衰落现象，导致通信质量变差。合理应用自适应跳频通信技术能够选择出质量较好的信道，保证信号可以在质量较好的信道内传输，确保信号传输的稳定性。

（2）抗干扰能力强。自适应跳频技术能够自适应地选择合适的频点，有效降低地方电磁对系统造成的干扰，提高通信的可靠性和安全性[5]。

（3）抗截获能力强。在自适应跳频系统中，跳频图案是不确定的，能够自适应地灵活选择和变换信道，防止地方干扰信号的干扰，防止地方信号的侦察和跟踪截获。

2.3 频率自适应策略

在跳频通信系统中，需要设定跳频频带和频点数目。结合当前选取的信道分析电磁环境和干扰特性，选择跳频可用的频点集合形成跳频频率集。一旦配置完成跳频的频点集合，后续的整个通信过程都将不再改变。使用LQA，先进行信道的质量检测，将检测到的传输质量差的频点删除或替换掉，确保跳频通信中使用的频点的质量。合理应用跳频自适应技术，通过频率计分配、信道选择、信息交换以及频率集更新等步骤，实现跳频集合的自适应分配。通常，在系统正式工作完成之前，需要进行跳频频率集合的自适应分配，并确保分配完成后不再改变。

目前，常用的自适应跳频频率分配方式主要有两种。

（1）对完整频率集进行分组。一组是符合当前跳频图像相对应的频率集，另一组是备用频率集。如果检测到工作频率集中出现被干扰的频点时，能够通过一定的备用频率集来替换掉受干扰频点。合理使用该分配方式，能够保证跳频频点的总数，确保跳频频谱的分布均匀，适用于频点较多的场合。

（2）不适用分组。将可用的频点集合确定为工作频率集，如果检测到其中存在受干扰频点，直接将其剔除。该方式能够提高频点的利用率，适用于频点较少的场合。

3 跳频通信自适应常见技术分析

目前，较为常用的自适应跳频技术主要有频率自适应跳频技术和功率自适应技术跳频技术。

3.1 频率自适应跳频

通信过程中，通信发送方和接收方需要建立同步，然后接收方的终端设备会针对频点的质量进行判断。一旦被判定为被干扰频点，就会被传输给发送方，此时的收发双方都能够通过频点来更新算法，然后更新频点集[6]。更新后的频点集既能够实现各个频点频率的均匀分布，保证跳频图案的伪随机性，又能够保证信号在无电磁干扰或干扰较小的频道内进行传输，其原理如图2所示。频率的自适应跳频主要包括5步，分别是建立频点集、频点质量评估、频点信息反馈、频点集调整以及建立新的跳频图案。

图2 频率自适应技术原理

在自适应频率跳频通信中，存在的被干扰频点数量与处理时间的长短成正比，被干扰点越多则需要的处理时间越长，这对提高系统的抗阻塞干扰能力具有重要作用。在短波跳频通信中，将载波频点信噪比概率分布情况返回至发送方，发送方会根据通信需要进行频点跳频策略的调整。增多受干扰小的频点，满足自适应跳频通信需要，提高短波跳频通信的误码性能。但是，由于系统的安全性能低，因此这种方法并不适用于所有的信道[7]。基于此，可以使用一维混沌图的自适应跳频算法。单一的混沌跳频能够均匀使用所有的频点，极大地提高系统的安全性，但是在使用中系统的误码率却较高。一维混沌图的自适应跳频算法将混沌序列作为自适应跳频的伪随机序列，能够有效结合混沌调频和自适应跳频两种算法，在提高系统安全性的基础上有效降低了系统的误码率。此外，基于干扰统计的跳频算法通过综合分析各个信道中干扰出现的概率来选择出受干扰较少的信道，可以科学调整可用频点的概率分布，提高其抗干扰能力。

3.2 功率自适应跳频技术

在跳频通信系统中，每条信道内都有信号存在，而且每个信道内的信号都会发生衰落，不同信道内信号的衰落程度也各不相同。当信道内的平均衰落程度不大时，只需较小的发射功率就能够保证系统的误码率处于较低的水平。但是，当信道内的平均衰落程度较大时，系统的误码率会大大提高，甚至影响到信号的正常传输。因此，给每个信道分配同样的发射功率是不合理的，将会产生较大的浪费。基于此，要针对性地进行选择，降低发射功率，提升通信的隐蔽性[8]。功率自适应跳频系统信道质量的评估是依赖评估单元实现的，其依据信噪比来设计合理的信噪比阈值。通过实际信噪比和阈值进行对比，科学控制执行，将相关信息反馈给发送方，发送方根据反馈信息进行发射功率调整，从而形成一个闭环反馈系统，其原理如图3所示[9,10]。