專利名稱：一種快速跳頻通信的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種快速跳頻通信的實(shí)現(xiàn)方法。跳頻通信技術(shù)是擴(kuò)頻通信技術(shù)的ー種，屬于無線通信領(lǐng)域。跳頻通信系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，在軍事無線通信和民用移動(dòng)通信中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
跳頻通信過程中收發(fā)雙方傳輸信號(hào)的載波頻率按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)行變化。從通信技 術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式來看，跳頻是ー種用碼序列進(jìn)行多頻頻移鍵控的通信方式，也是ー種碼控載頻跳變的通信系統(tǒng)。與定頻通信相比，跳頻通信比較隱蔽也難以被捕獲。只要對(duì)方不清楚載頻跳變的規(guī)律，就很難截獲發(fā)送方的通信內(nèi)容。同時(shí)，跳頻通信也具有良好的抗干擾能力，即使有部分頻點(diǎn)被干擾，仍能在其它未被干擾的頻點(diǎn)上進(jìn)行正常的通信。由于跳頻通信系統(tǒng)是瞬時(shí)窄帶系統(tǒng)，它易干與其它的窄帶通信系統(tǒng)兼容，即跳頻電臺(tái)可以與常規(guī)的窄帶電臺(tái)互通，有利于設(shè)備的更新。常規(guī)跳頻通信中收發(fā)雙方的跳頻圖案是事先約定好的，通信時(shí)同步地按照跳頻圖案進(jìn)行跳變。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的電子對(duì)抗越演越烈，在常規(guī)跳頻的基礎(chǔ)上又提出了自適應(yīng)跳頻。為了更好地提高系統(tǒng)抗竊聽能力和抗干擾能力，本發(fā)明采用一種基于logistic映射(由Pierre Franpois Verhulst提出的一種邏輯映射)生成的混沛序列作為跳頻圖案,具有抗偵破性好、安全可靠的特點(diǎn)。本發(fā)明提出的同步方案要求通信雙方均具有精準(zhǔn)的基準(zhǔn)參考時(shí)鐘。同步過程采用定頻方式建立握手通信，因而具有建立同步時(shí)間短的特點(diǎn)。建立握手后，接收方提取出發(fā)送方信號(hào)中隱含的同步信息，進(jìn)而進(jìn)行快速跳頻通信。通過同步頭內(nèi)部不斷校正精準(zhǔn)時(shí)鐘可有效減少失步概率，而且即使失步也很容易重新建立同歩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供ー種快速跳頻通信的實(shí)現(xiàn)方法。具有建立同步時(shí)間短、失步概率小、抗干擾性強(qiáng)、抗偵破性好，安全可靠的特點(diǎn)。本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的
ー種快速跳頻通信的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟
I.I當(dāng)按下主機(jī)通信鍵后，主機(jī)連續(xù)發(fā)送3個(gè)信道同步頭幀，然后轉(zhuǎn)入接收等待狀態(tài)；如果從機(jī)連續(xù)3次成功收到信道同步頭幀，則向主機(jī)發(fā)送通信正常確認(rèn)幀，然后轉(zhuǎn)入接收等待狀態(tài)；
I.2如果主機(jī)收到從機(jī)反饋的通信正常確認(rèn)幀，則發(fā)送對(duì)時(shí)同步頭幀，然后轉(zhuǎn)入接收等待狀態(tài)，否則一直處于接收等待狀態(tài)直到超時(shí)重新發(fā)送3個(gè)信道同步頭幀；如果從機(jī)收到對(duì)時(shí)同步頭幀，則發(fā)送對(duì)時(shí)正常確認(rèn)幀，然后轉(zhuǎn)入接收等待狀態(tài)，同時(shí)準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)并解碼，頻率駐留計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)到駐留頻點(diǎn)末端時(shí)切換頻點(diǎn)并使換頻計(jì)數(shù)器加I ;如果從機(jī)沒有收到對(duì)時(shí)同步頭幀則一直處于接收等待狀態(tài)，直到超時(shí)回到接收信道同步頭幀的狀態(tài)；
I. 3如果主機(jī)收到從機(jī)反饋的通信正常確認(rèn)幀，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼并發(fā)送，同時(shí)頻率駐留計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)到駐留頻點(diǎn)末端按照跳頻圖案的規(guī)律切換頻率并使換頻計(jì)數(shù)器加I ;
I. 4如果主機(jī)和從機(jī)換頻計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到M，則主機(jī)發(fā)送時(shí)鐘校驗(yàn)幀，然后轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)等待從機(jī)反饋；如果從機(jī)收到時(shí)鐘校驗(yàn)幀，則發(fā)送通信正常確認(rèn)幀；
I. 5如果主機(jī)和從機(jī)換頻計(jì)數(shù)器未計(jì)數(shù)到M，則主機(jī)、從機(jī)重復(fù)進(jìn)行步驟I. 3的數(shù)據(jù)通信過程，直到換頻計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到M為止；
1.6如果主機(jī)收到從機(jī)反饋的通信正常確認(rèn)幀，則回到步驟I. 2的過程，否則一直等待直到超時(shí)回到步驟I. I的過程；
前述步驟I. I、I. 2、I. 4中的信道同步頭幀、對(duì)時(shí)同步頭幀、通信正常確認(rèn)幀和時(shí)鐘校驗(yàn)幀，采用36位協(xié)議幀幀頭作為幀起始標(biāo)志，該36位協(xié)議幀幀頭為ニ進(jìn)制數(shù)111000100101110010111000100101110010 ；
前述步驟I. 3中的跳頻圖案產(chǎn)生過程包括以下步驟
2.1由平衡Gold碼(Robert S. Gold發(fā)明的ー種碼序列)和非線性變換模塊產(chǎn)生ー組偽隨機(jī)碼序列，即平衡Gold碼序列，平衡Gold碼由11位的雙m序列移位寄存器組合而成，對(duì)其進(jìn)行非線性變換，產(chǎn)生ー個(gè)6位的輸出值，每個(gè)值對(duì)應(yīng)一個(gè)頻點(diǎn)；
2.2采用logistic映射(由Pierre Franpois Verhulst提出的一種邏輯映射)生成混沌序列，每連續(xù)的6位截取成ー個(gè)片段，通過與Gold碼和非線性變換模塊輸出的頻點(diǎn)值進(jìn)行異或，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步驟2. I中的平衡Gold碼和非線性變換模塊產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列進(jìn)行加密；
2.3對(duì)步驟2. 2得到的加密圖案進(jìn)行寬間隔處理，得到最終的跳頻圖案；
前述步驟I. 3中的編碼方式是RS (15,11)編碼(Reed-Solomon,美國(guó)數(shù)學(xué)家IrvingStoy Reed和工程師Gustave Solomon發(fā)明的一種編碼)和交織編碼，所述步驟I. 2中的解碼方式是RS譯碼和解交織；
前述步驟I. 2,1. 3中所述的頻率駐留計(jì)數(shù)器用于對(duì)頻率駐留的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)；
前述步驟I. 2、I. 3、I. 4、I. 5中所述的換頻計(jì)數(shù)器用于對(duì)頻率切換次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；
前述步驟I. 4、I. 5中的M值小于最小時(shí)間值，該最小時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的系統(tǒng)時(shí)鐘累計(jì)誤差會(huì)使主機(jī)和從機(jī)產(chǎn)生失步。


圖I為主機(jī)通信流程 圖2為從機(jī)通信流程 圖3為協(xié)議幀格式；
圖4為數(shù)據(jù)幀格式；
圖5為跳頻圖案結(jié)構(gòu)框 圖6為L(zhǎng)-G模型(由A. Lempel和H. Greenberger提出的模型)結(jié)構(gòu)框 圖7為RS編碼結(jié)構(gòu)框圖；圖8為RS編碼運(yùn)算單元功能框 圖9為雙矩陣交織法結(jié)構(gòu)框圖； 圖10為RS譯碼結(jié)構(gòu)框 圖11為RS譯碼運(yùn)算單元流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)ー步的說明
參照?qǐng)DI、圖2，主機(jī)和從機(jī)通信過程如前步驟I. f I. 6所述。該通信過程包含了電臺(tái)收發(fā)雙發(fā)的握手通信、同步、編解碼以及快速跳頻過程中的數(shù)據(jù)傳輸。開始通信時(shí)，主機(jī)和從機(jī)通過信道同步頭幀測(cè)試信道，信道正常后通過對(duì)時(shí)同步頭幀進(jìn)行對(duì)吋，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，同時(shí)頻率駐留計(jì)數(shù)器和換頻計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)換頻計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)至M時(shí)，暫停數(shù)據(jù)通信，主機(jī)和從機(jī)進(jìn)行時(shí)鐘校驗(yàn)。如果校驗(yàn)不成功則重新通過信道同步頭幀測(cè)試信道；如果校驗(yàn)成功則判斷通信是否結(jié)束，如果沒有結(jié)束則重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信過程，同時(shí)頻率駐留計(jì)數(shù)器和換頻計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。同步過程中用到了四種協(xié)議幀，分別是信道同步頭幀、對(duì)時(shí)同步頭幀、通信正常確認(rèn)幀和時(shí)鐘校驗(yàn)幀。由于在無線信道上傳輸吋，出現(xiàn)誤碼的可能性較大，所以需要對(duì)協(xié)議幀進(jìn)行容錯(cuò)處理。本發(fā)明采用36位協(xié)議幀頭111000100101110010111000100101110010作為幀起始標(biāo)志，幀頭中允許存在少量誤碼而不影響幀頭的正常檢出，同時(shí)對(duì)于接在幀頭后的協(xié)議幀信息進(jìn)行編碼，以便在接收端進(jìn)行糾錯(cuò)。協(xié)議幀的幀格式如圖3所示。其中，信道同步頭幀作用是測(cè)試通信環(huán)境是否正常，以便通信雙方建立正常、穩(wěn)定的通信；通信正常確認(rèn)幀作用是確認(rèn)可以進(jìn)行正常通信；對(duì)時(shí)同步頭幀作用是消除收、發(fā)電臺(tái)之間的時(shí)間誤差；時(shí)鐘校驗(yàn)幀作用是在正常通信過程中，為了消除時(shí)鐘漂移和其他因素帶來的時(shí)間誤差，收、發(fā)雙方周期性地進(jìn)行時(shí)鐘校驗(yàn)。步驟I. 3為建立同步后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)需要使用特殊格式的數(shù)據(jù)幀以便與協(xié)議幀區(qū)分。數(shù)據(jù)幀格式如圖4所示，總共有115位。其中，前向冗余位占20位，幀頭占17位，數(shù)據(jù)位占60位，后向冗余位占18位。前向冗余位和后向冗余位的作用是適配切換頻率時(shí)的時(shí)間間隙。數(shù)據(jù)幀各段的具體位數(shù)適配于當(dāng)前的數(shù)據(jù)速率，數(shù)據(jù)速率改變時(shí)幀格式需要做一定調(diào)整。發(fā)送方將經(jīng)過信道編碼后的數(shù)據(jù)按照既定的幀格式裝載成幀發(fā)送出去；接收方接收到數(shù)據(jù)后，先尋找?guī)^，識(shí)別出數(shù)據(jù)幀后按照與發(fā)送方裝幀相反的過程解開數(shù)據(jù)幀，然后進(jìn)行信道解碼。圖5所示為跳頻圖案的結(jié)構(gòu)框圖，性能優(yōu)良的跳頻圖案可以有效提高跳頻電臺(tái)的抗偵破能力。主、從通信電臺(tái)建立握手通信后，即進(jìn)入步驟I. 3所述的快速跳頻通信狀態(tài)，該狀態(tài)下的通信頻率即是按照跳頻圖案的規(guī)律來變化的。跳頻圖案的形成過程如下
首先，由平衡Gold碼與非線性變換模塊構(gòu)成ー組偽隨機(jī)碼序列(即平衡Gold碼序列)，平衡Gold碼由11位雙m序列移位寄存器組合而成，對(duì)其進(jìn)行非線性變換，產(chǎn)生ー個(gè)6位的輸出值，每個(gè)值對(duì)應(yīng)ー個(gè)跳頻頻點(diǎn)。由于構(gòu)造的Gold碼序列屬于線性碼，很容易被破譯，所以不能直接用于跳頻圖案的產(chǎn)生，本發(fā)明采用了改進(jìn)的L-G模型進(jìn)行非線性變換來重新構(gòu)造跳頻圖案。L-G模型結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示，圖中，寄存器組Cn和模2加法器構(gòu)成反饋移位寄存器，移位寄存器的值與Fn、F1^ Ffc4進(jìn)行模
2加法運(yùn)算，得到ー組碼序列，即原始跳頻序列。在此基礎(chǔ)上采用k個(gè)非相鄰級(jí)來抽頭，將不連續(xù)的寄存器的值抽出來，從而得到改進(jìn)的L-G模型。然后，對(duì)由平衡Gold碼進(jìn)行非線性變換后生成的跳頻圖案進(jìn)行加密，采用logistic映射生成混沌序列，每連續(xù)的6位截取成ー個(gè)片段，通過與平衡Gold碼與非線性變換模塊輸出的頻點(diǎn)值進(jìn)行異或，得到加密的圖案。Logistic 映射定義為0<zv <1
式中Iむ:54，r稱為分形參數(shù)。當(dāng)3j5 9_<rS4時(shí),系統(tǒng)工作于混沌狀態(tài)。軌道點(diǎn)的概率密度函數(shù)為
權(quán)利要求
1. ー種快速跳頻通信的實(shí)現(xiàn)方法，其特征包括以下步驟 1. I當(dāng)按下主機(jī)通信鍵后，主機(jī)連續(xù)發(fā)送3個(gè)信道同步頭幀，然后轉(zhuǎn)入接收等待狀態(tài)；如果從機(jī)連續(xù)3次成功收到信道同步頭幀，則向主機(jī)發(fā)送通信正常確認(rèn)幀，然后轉(zhuǎn)入接收等待狀態(tài)； 1. 2如果主機(jī)收到從機(jī)反饋的通信正常確認(rèn)幀，則發(fā)送對(duì)時(shí)同步頭幀，然后轉(zhuǎn)入接收等待狀態(tài)，否則一直處于接收等待狀態(tài)直到超時(shí)重新發(fā)送3個(gè)信道同步頭幀；如果從機(jī)收到對(duì)時(shí)同步頭幀，則發(fā)送對(duì)時(shí)正常確認(rèn)幀，然后轉(zhuǎn)入接收等待狀態(tài)，同時(shí)準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)并解碼，頻率駐留計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)到駐留頻點(diǎn)末端時(shí)切換頻點(diǎn)并使換頻計(jì)數(shù)器加I ;如果從機(jī)沒有收到對(duì)時(shí)同步頭幀則一直處于接收等待狀態(tài)，直到超時(shí)回到接收信道同步頭幀的狀態(tài)； .1. 3如果主機(jī)收到從機(jī)反饋的通信正常確認(rèn)幀，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼并發(fā)送，同時(shí)頻率駐留計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)到駐留頻點(diǎn)末端按照跳頻圖案的規(guī)律切換頻率并使換頻計(jì)數(shù)器加1 ; .1. 4如果主機(jī)和從機(jī)換頻計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到M，則主機(jī)發(fā)送時(shí)鐘校驗(yàn)幀，然后轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)等待從機(jī)反饋；如果從機(jī)收到時(shí)鐘校驗(yàn)幀，則發(fā)送通信正常確認(rèn)幀； .1. 5如果主機(jī)和從機(jī)換頻計(jì)數(shù)器未計(jì)數(shù)到M，則主機(jī)、從機(jī)重復(fù)進(jìn)行步驟I. 3的數(shù)據(jù)通信過程，直到換頻計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到M為止； .1. 6如果主機(jī)收到從機(jī)反饋的通信正常確認(rèn)幀，則回到步驟I. 2的過程，否則一直等待直到超時(shí)回到步驟I. I的過程； 根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速跳頻通信的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述步驟I. 1、1. 2,1. 4中的信道同步頭幀、對(duì)時(shí)同步頭幀、通信正常確認(rèn)幀和時(shí)鐘校驗(yàn)幀，采用36位協(xié)議幀幀頭作為幀起始標(biāo)志，該36位協(xié)議幀幀頭為ニ進(jìn)制數(shù)111000100101110010111000100101110010 ； 根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速跳頻通信的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述步驟I. 3中的跳頻圖案產(chǎn)生過程包括以下步驟 . 3.1由平衡Gold碼(Robert S. Gold發(fā)明的ー種碼序列)和非線性變換模塊產(chǎn)生ー組偽隨機(jī)碼序列，即平衡Gold碼序列，平衡Gold碼由11位的雙m序列移位寄存器組合而成，對(duì)其進(jìn)行非線性變換，產(chǎn)生ー個(gè)6位的輸出值，每個(gè)值對(duì)應(yīng)一個(gè)頻點(diǎn)； . 3.2采用logistic映射(由Pierre Franpois Verhulst提出的一種邏輯映射)生成混沌序列，每連續(xù)的6位截取成ー個(gè)片段，通過與Gold碼和非線性變換模塊輸出的頻點(diǎn)值進(jìn)行異或，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步驟3. I中的平衡Gold碼和非線性變換模塊產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列進(jìn)行加密； . 3.3對(duì)步驟3. 2得到的加密圖案進(jìn)行寬間隔處理，得到最終的跳頻圖案；根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速跳頻通信的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述步驟I. 3中的編碼方式是 RS (15,11)編碼(Reed-Solomon,美國(guó)數(shù)學(xué)家 Irving Stoy Reed 和工程師 GustaveSolomon發(fā)明的一種編碼)和交織編碼，所述步驟I. 2中的解碼方式是RS譯碼和解交織；根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速跳頻通信的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述步驟I. 2、I. 3中所述的頻率駐留計(jì)數(shù)器用于對(duì)頻率駐留的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)； 根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速跳頻通信的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述步驟I. 2,1. 3、.1.4、1. 5中所述的換頻計(jì)數(shù)器用于對(duì)頻率切換次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)； 根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速跳頻通信的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述步驟I. 4、I. 5中的M值小于最小時(shí)間值，該最小時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的系統(tǒng)時(shí)鐘累計(jì)誤差會(huì)使主機(jī)和從機(jī)產(chǎn)生失步。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快速跳頻通信的實(shí)現(xiàn)方法，該方法基于幀同步技術(shù)，將同步信息包含在協(xié)議幀內(nèi)，經(jīng)過3次確認(rèn)以保證主、從機(jī)之間建立正常、穩(wěn)定的同步，進(jìn)而進(jìn)入快速跳頻通信過程。通信過程中使用了協(xié)議幀和數(shù)據(jù)幀兩種類型的幀。在建立同步和進(jìn)行跳頻通信過程中，對(duì)協(xié)議幀和數(shù)據(jù)幀分別進(jìn)行了糾檢錯(cuò)能力較強(qiáng)的交織編碼和RS編碼(Reed-Solomon，美國(guó)數(shù)學(xué)家和工程師IrvingStoyReed和GustaveSolomon發(fā)明的一種編碼)，保證了傳輸?shù)目煽啃?，提高了抗干擾能力。在進(jìn)行跳頻通信時(shí)，采用基于logistic映射(由PierreFran oisVerhulst提出的一種邏輯映射)生成的混沌序列作為跳頻圖案，使得跳頻頻率的隨機(jī)性增強(qiáng)，提高了跳頻電臺(tái)的抗干擾性和抗偵破性。
文檔編號(hào)H04B1/7156GK102651655SQ201110043878
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者樂磊, 何蘇勤, 宋天龍, 張海慶, 李曜良, 趙越 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)