專利名稱：一種差分跳頻通信中信號的同步跟蹤方法
技術領域：
本發(fā)明屬于差分跳頻通信技術，特別是一種基于維特比(Viterbi)譯碼的差分跳 頻信號的同步跟蹤方法。
背景技術：
在現(xiàn)有的通信技術中，差分跳頻通信是現(xiàn)代通信領域中一種較為有效的抗干擾、 抗截獲的通信手段，其中接收端同步處理的有效性則是差分跳頻通信能正常進行的前提。 自從1995年，美國Sanders公司成功推出了一種相關跳頻增強型擴頻電臺(Correlated HoppingEnhanced Spread Spectrum)簡稱CHESS電臺，CHESS技術受到廣泛關注，它從高速 差分跳頻新體制出發(fā)，較好地解決了提高數(shù)據(jù)輸率和抗干擾等問題。該系統(tǒng)最突出的特點 是采用了差分跳頻(Differential Frequency Hopping,DFH)技術、其工作原理如圖1所示 (圖中虛框部分I為其接收端針對差分跳頻信號的跟蹤流程示意圖)；其系統(tǒng)包括發(fā)射端和 接收端，工作流程如下發(fā)射端步驟A 將輸入的串行的比特數(shù)據(jù)流送入串并轉換單元⑴轉換為并行的比特數(shù) 據(jù)流；步驟B 并行的比特數(shù)據(jù)流經過G函數(shù)(差分跳頻比特頻點映射函數(shù))映射處理 (2)映射為頻率控制字fn、并組成頻率控制字數(shù)據(jù)幀；步驟C 時域波形的生成在輸入DDS單元的各頻率控制字數(shù)據(jù)幀前插入由本機所 設同步序列數(shù)據(jù)(3)，以生成相應頻率的時域波形(4)；步驟D 發(fā)射處理步驟C所得時域波形，依次經中頻濾波處理(5)和射頻信號處 理(6)后經天線發(fā)送；發(fā)送的頻率間的間隔Afn為5kHz ；接收端步驟E 接收端收到的信號通過射頻處理(7)后，再經變頻/濾波處理⑶轉變?yōu)?中頻信號；步驟F 步驟E所得中頻信號經抽樣處理(9)以采集離散的時域信號；步驟F:將離散的時域信號通過FFT (快速傅里葉變換)處理(11)，將時域信號轉 換為頻域信號；步驟G 同步性判決步驟F所得頻域信號同步時，直接進行維特比譯碼(12)處 理；當未同步時，則首先取當前窗口的前一跳作為早門窗口，下(后)一跳作為遲門窗口，以 確定早、遲門窗口(13)，然后通過FFT變換所得早、遲門能量值送入同步捕獲和跟蹤單元進 行同步處理(14)，若未捕獲到相應的同步序列則繼續(xù)捕獲，直至捕獲到相應的同步序列止； 然后進行同步跟蹤，跟蹤方法為若早門窗口(信號)能量值大于遲門窗口能量值、則用早 門窗口能量值和當前窗口能量值計算偏移量，否則用遲門窗口能量值和當前窗口能量值計 算偏移量，然后將所得偏移量反饋給抽樣單元(9)處理、以調整當前抽樣窗口，使其與發(fā)射 端的對應窗口對齊；
步驟H:串并轉換處理譯碼后的數(shù)據(jù)經串并轉換處理(15)將并行的比特數(shù)據(jù)流 恢復為串行的比特數(shù)據(jù)流后、輸出。上述差分跳頻通信系統(tǒng)中的同步跟蹤方法的缺點主要有三個其一.每個頻率 控制字數(shù)據(jù)幀發(fā)送數(shù)據(jù)前必須先發(fā)送相應的同步序列數(shù)據(jù)，從而降低了數(shù)據(jù)傳輸速率；其 二.由于每個頻率控制字數(shù)據(jù)幀前的同步序列是相同的，容易被跟蹤干擾及截獲，因而系 統(tǒng)的抗截獲性能及通信的安全性低；其三.譯碼處理過程與系統(tǒng)的同步處理兩者不能同時 進行，即譯碼的同時不能進行跟蹤處理，因此、譯碼時若窗口偏移，不能及時調整，影響譯碼 的性能，且同步處理只能在發(fā)送并收到同步序列時進行。因而存在數(shù)據(jù)傳輸速率低，容易被 跟蹤干擾及截獲，譯碼與同步處理不能同時進行，譯碼時窗口偏移不能及時調整而影響譯 碼性能等缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對背景技術存在的弊病，研究設計一種差分跳頻通信中信號的同步跟蹤方法，以達到提高數(shù)據(jù)傳輸速率、通信的安全性和譯碼性能，增強抗干擾、抗截獲 的能力等目的。本發(fā)明的解決方案是將原接收端抽樣處理所得離散的時域信號、一并通過FFT處 理將其轉換為頻域信號后，即進行同步判決；改為將其早門的時域信號及遲門的時域信號 分別通過FFT處理后、進行維特比(Viterbi)譯碼處理，依據(jù)早門和遲門數(shù)據(jù)譯碼產生的累 積度量值(能量值)和譯出頻率控制字的值、確定采樣窗口偏移量，然后返回給抽樣處理單 元、在譯碼的同時可及時調整采樣窗口 ；若捕獲到同步信息、則將早、遲門累積度量值(能 量值)的大小關系送入數(shù)據(jù)選擇單元以確定(選擇)譯碼數(shù)據(jù)的輸出；從而實現(xiàn)其發(fā)明目 的。因此，本發(fā)明同步跟蹤方法包括接收端將收到的信號通過射頻處理、再經變頻/濾波處 理轉變?yōu)橹蓄l信號后，送入抽樣處理單元，然后進行步驟1 離散采集進入抽樣器處理單元的中頻信號分成兩路，一路作為早門信 號、另一路作為遲門信號，分別進行離散采集；步驟2 =FFT處理將步驟1采集到的早門離散信號及遲門離散信號分別進行 FFT (快速傅里葉變換)處理，將所得離散的時域信號分別變?yōu)轭l域信號；步驟3 維特比譯碼處理將步驟2所得早門頻域信號及遲門頻域信號分別進行維 特比(Viterbi)譯碼處理，得相應的早門累積度量值(能量值)、早門譯出頻率控制字的值、 譯碼數(shù)據(jù)及遲門累積度量值(能量值)、遲門譯出頻率控制字的值、譯碼數(shù)據(jù)；步驟4 跟蹤處理及同步判斷依據(jù)步驟3所得早門和遲門經維特比譯碼產生的 累積度量值和譯出頻率控制字的值、確定采樣窗口偏移量，并判斷其同步與否，且無論同步 與否均同時將該偏移量反饋給抽樣單元處理、以調整當前抽樣窗口 ；若同步、則將同步信息 送入數(shù)據(jù)選擇單元以選擇早門或遲門譯碼數(shù)據(jù)送往串并轉換單元、按常規(guī)方法將并行的比 特數(shù)據(jù)流恢復為串行的比特數(shù)據(jù)流后、輸出；若不同步、則循環(huán)進行步驟1至本步驟跟蹤處 理，至同步后輸出。上述一路作為早門信號、另一路作為遲門信號，其早門信號為較當前門早1/4跳 的信號，遲門信號則為較當前門遲1/4跳的信號。本發(fā)明由于將早門的時域信號及遲門的時域信號分別通過FFT處理后、進行維特比(Viterbi)譯碼處理，依據(jù)早門和遲門數(shù)據(jù)譯碼產生的累積度量值(能量值)和譯出頻 率控制字的值、確定采樣窗口偏移量；同步則將早、遲門累積度量值(能量值)的大小關系 送入數(shù)據(jù)選擇單元以確定(選擇)譯碼數(shù)據(jù)的輸出，同時無論同步與否均返回給抽樣處理 單元、以在譯碼處理的同時調整采樣窗口、實現(xiàn)了邊譯碼邊跟蹤，提高了譯碼性能；此外，本 發(fā)明跟蹤處理時不需要同步序列數(shù)據(jù)，從而不但減小了同步處理的開銷、提高了數(shù)據(jù)傳輸 的速率，而且避免了因同步序列被截獲等引發(fā)的系統(tǒng)的安全問題。因而，本發(fā)明具有數(shù)據(jù)傳 輸速率、通信的安全性和譯碼性能高，同步處理開銷低，跟蹤性能穩(wěn)定，抗干擾、抗截獲的能 力強等特點。


圖1為傳統(tǒng)差分跳頻通信系統(tǒng)的工作流程示意圖，圖中虛框部分I為其接收端針對差分跳頻信號的跟蹤流程；圖2為采用本發(fā)明同步跟蹤方法的差分跳頻通信系統(tǒng)接收端工作流程示意圖，圖 中虛框部分II為本發(fā)明同步跟蹤方法流程圖；圖3為在AWGN(高斯白噪聲)信道下本發(fā)明接收系統(tǒng)與傳統(tǒng)差分跳頻系統(tǒng)跟蹤效 果對比示意圖；圖4為在Rayleigh (瑞利)信道下本發(fā)明接收系統(tǒng)與傳統(tǒng)差分跳頻系統(tǒng)跟蹤效果 對比示意圖。
具體實施例方式采用本發(fā)明的差分跳頻跟蹤方法的一種具體實施方式
如下，其中跳速為5000跳/ 秒，每跳持續(xù)時間Ts = 0. 2毫秒，跳頻頻點數(shù)為128，其頻率映射集合為{0 ;1 . . . ；128}， 頻率間的間隔Afn為5kHz，每跳攜帶1比特，起始窗口偏移32個采樣點，采用AWGN信道， 接收流程如下接收流程接收端接收到發(fā)射端的信號后，通過射頻信號處理(7)、變頻/濾波處理(8)，轉變 為中頻信號后、送入抽樣處理單元(9)，進行步驟1 離散采集進入抽樣器處理單元的中頻信號分成兩路，一路比當前窗口提 前0. 05毫秒的信號作為早門信號(即早1/4跳)、另一路比當前窗口延遲0. 05毫秒的信號 作為遲門信號(遲1/4跳)，分別進行離散采集；步驟2 將步驟1所得早門離散信號及遲門離散信號分別進行FFT(快速傅里葉變 換)處理(10、11)，將時域信號分別變?yōu)轭l域信號；步驟3 將步驟2所得早門頻域信號及遲門頻域信號分別進行維特比(Viterbi) 譯碼處理(12-1、12-2)，在1時刻，得相應的早門連續(xù)64跳的累積度量值為Γ\(1)= 2. 15Χ109、早門(即早1/4跳)的前一跳譯出頻率控制字的值為34，當前跳譯出頻率控制 字的值為14、譯碼數(shù)據(jù)為1，及遲門連續(xù)64跳的累積度量值Γ。(1) = 1.62Χ109、遲門(遲 1/4跳)的前一跳譯出頻率控制字的值為14、當前跳譯出頻率控制字的值為20、譯碼數(shù)據(jù)為 1 ；步驟4 跟蹤處理及同步判斷(13)依據(jù)步驟3所得早門和遲門數(shù)據(jù)譯碼產生的累積度量值確定采樣窗口偏移量為18個采樣點，由于早門當前譯出的頻率控制字與遲門 前一跳譯出的頻率控制字相等，所以向早門方向調整采樣窗口，同時將該偏移量反饋給抽 樣單元處理(9)、以調整當前采樣窗口 ；同步判斷結果為未同步，對步驟1至本步驟循環(huán)5 次后、系統(tǒng)達到同步狀態(tài)，將同步信息送入數(shù)據(jù)選擇單元(14)以選擇早門數(shù)據(jù)送往并串轉 換單元(15)、按常規(guī)方法將并行的比特數(shù)據(jù)流恢復為串行的比特數(shù)據(jù)流后、輸出。
在AWGN信道下的仿真結果如圖3所示。與上述流程一致，在Rayleigh信道下的 仿真結果如圖4所示。由圖可以看出，在AWGN信道下采用本發(fā)明的跟蹤方法比傳統(tǒng)方法誤 碼率有所降低，在Rayleigh信道下誤碼率相當，所以采用本發(fā)明的跟蹤方法在克服了傳統(tǒng) 跟蹤方法的缺陷的同時取得了良好的跟蹤效果，和原有的系統(tǒng)相比，實現(xiàn)了實時跟蹤，減小 了同步開銷，實現(xiàn)了信息的安全傳輸。
權利要求
一種差分跳頻通信中信號的同步跟蹤方法，包括接收端將收到的信號通過射頻處理、再經變頻/濾波處理轉變?yōu)橹蓄l信號后，送入抽樣處理單元，然后進行步驟1離散采集進入抽樣器處理單元的中頻信號分成兩路，一路作為早門信號、另一路作為遲門信號，分別進行離散采集；步驟2FFT處理將步驟1采集到的早門離散信號及遲門離散信號分別進行FFT處理，將所得離散的時域信號分別變?yōu)轭l域信號；步驟3維特比譯碼處理將步驟2所得早門頻域信號及遲門頻域信號分別進行維特比譯碼處理，得相應的早門累積度量值、早門譯出頻率控制字的值、譯碼數(shù)據(jù)及遲門累積度量值、遲門譯出頻率控制字的值、譯碼數(shù)據(jù)；步驟4跟蹤處理及同步判斷依據(jù)步驟3所得早門和遲門經維特比譯碼產生的累積度量值和譯出頻率控制字的值、確定采樣窗口偏移量，并判斷其同步與否，且無論同步與否均同時將該偏移量反饋給抽樣單元處理、以調整當前抽樣窗口；若同步、則將同步信息送入數(shù)據(jù)選擇單元以選擇早門或遲門譯碼數(shù)據(jù)送往串并轉換單元、按常規(guī)方法將并行的比特數(shù)據(jù)流恢復為串行的比特數(shù)據(jù)流后、輸出；若不同步、則循環(huán)進行步驟1至本步驟跟蹤處理，至同步后輸出。
2.按權利要求1所述差分跳頻通信中信號的同步跟蹤方法，其特征在于所述一路作為 早門信號、另一路作為遲門信號，其早門信號為較當前門早1/4跳的信號、遲門信號則為較 當前門遲1/4跳的信號。
全文摘要
該發(fā)明屬于采用維特比譯碼的差分跳頻信號同步跟蹤方法，包括將送入抽樣處理單元的中頻信號進行離散采集、FFT處理、維特比譯碼處理、跟蹤處理及同步判斷。該發(fā)明由于將早門及遲門的時域信號分別通過FFT處理后、進行維特比譯碼處理，以確定采樣窗口偏移量；同步則根據(jù)早、遲門累積度量值的大小關系確定譯碼數(shù)據(jù)的輸出，同時將譯碼數(shù)據(jù)返回給抽樣處理單元、以實時調整采樣窗口、實現(xiàn)邊譯碼邊跟蹤，提高了譯碼性能；該發(fā)明跟蹤處理不需同步序列數(shù)據(jù)，既高了傳輸?shù)乃俾?、又避免了同步序列被截獲等引發(fā)的系統(tǒng)安全問題。因而，具有數(shù)據(jù)傳輸速率、通信的安全性和譯碼性能高，同步處理開銷低，跟蹤性能穩(wěn)定，抗干擾、抗截獲的能力強等特點。
文檔編號H04B1/713GK101873153SQ20101020606
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權日2010年6月21日
發(fā)明者劉濤, 董彬虹, 董振奇 申請人:電子科技大學