基于信息驱动的跳频通信系统新方案

1、基于信息驱动的跳频通信系统新方案    摘要：跳频通信系统抗干扰能力强，易于组网，可在多种模式下工作，兼容性好，广泛应用于抗干扰通信系统，但是传统跳频通信系统的频谱利用率低。信息驱动跳频通信方案利用信息数据取代传统跳频系统中的跳频序列，大大提高了频谱利用率，但抗定频干扰能力较差。在此基于信息驱动跳频思想，结合纠错编码技术，提出了一种基于信息驱动的跳频通信新方案。理论分析和仿真结果表明，新方案的抗定频干扰能力明显提高。关键词：跳频；信息驱动跳频；抗定频干扰；频谱利用率0 引言    跳频技术以其优越的性能在抗干扰通信中得到广泛

2、应用，它能在恶劣的环境下进行安全可靠的通信。在传统的跳频通信系统中，通信双方预先约定一个伪随机序列和可用频率集，发送端的载频按照某种伪随机序列跳变，接收端的本振频率在同样的伪随机序列控制下与发送端同步跳变，从而实现抗干扰通信。    传统的跳频通信系统频谱利用率低。为了提高频谱利用率，可在传统跳频通信系统中引入多维调制技术，也可将跳频技术与高效编码调制技术结合。文献提出了一种跳频通信新方案，它基于信息驱动跳频(Message-Driven Frequency Hopping，MDFH)思想，实现跳频通信。M-DFH系统的频谱利用率比现有跳频通信系统有了很大提高，但

3、抗定频干扰的能力较差。    本文基于信息驱动跳频思想，提出了一种基于信息驱动的跳频通信新方案，与文献相比，新方案的抗定频干扰能力明显提高。1 信息驱动跳频    与传统的跳频通信系统不同，在MDFH系统中，发送端载频的跳变不是按照预先约定的PN码序列，而是取决于传送的基带信息，即用部分基带信息决定载波频率的跳变。    假设f1，f2，fNc)为可用频率集，其中Nc(Nc为2的整次幂)为可用频率数，令：        所以每Bcb二进制信息可以

4、从Nc个可用频率中选定一个。    假定码元符号集共有M个码元符号，则每个符号可用Bs=log2 M比特表示。通过Ts和Tb分别表示码元周期和每一跳持续时间，可以求出每一个码元持续时间内载波频率的跳变次数为Nh=TsTh。    将发送的数据按照数据格式：        分段划分，每段数据包括两部分。NhBc为载频信息，Bs为调制信息。在发送端先将Bsb信息进行基带调制，然后将调制后的基带信号变频到由载频信息选定的Nh个频率上，实现跳频。   

5、在接收端，与传统FH系统不同，不再采用与发送端结构相同的频率合成器对接收信号进行变频处理，而是采用类似FSK系统的方法，用Nc个中心频率分别为fi(i=1，2，Nc)的滤波器捕获信息。在每一跳时间Th内，选择信号强度最强的一路，恢复出相应的Bcb二进制信息。这样在一个码元持续时间内，可恢复出NhBcb载频信息，再通过基带解调恢复出Bsb调制信息，然后将恢复出来的载频信息与调制信息合并，完成信息检测。    假设在某一时刻Bcb二进制信息选定某一载波频率，而此时干扰频率也对准该载频，当干扰信号的相位与有效信号的相位相反时，就可能出现信号相抵现象，使得接收端可能检测不

6、到该有效信号，从而无法恢复出对应的Bcb载频信息。这是由于接收端采用滤波器检测信号，根据信号强弱来判断发送信号频率，所以其抗定频干扰能力有限，尤其是当发送信息在某一段时间内连续选定某一个频率时，这种载频信息无法恢复的现象会更加严重，进而会产生很大的误码率，导致系统无法正常工作。    基于MDFH系统抗定频干扰能力有限这一缺陷，本文提出了一种改进型结构，新系统具有较好的抗定频干扰性能。2 改进系统原理    本文是基于FFH系统，即Nh1，讨论系统抗定频干扰能力。21 发送端设计    设f1，f2，fN

7、为可用频率集，其中N为可用频率总数。从可用频率集中选取Nc种可用频率组合(每种组合中，同一频率可出现多次)，每种组合包含Nh个可用频率。集合f1,Nh，f2,Nh，fNc,Nh表示选取的所有组合，该频率跳变集合也可看成Nc种频率跳变图案。其中fi,Nh，i(1，2，Nc)包含Nh个频率。根据式(1)，Bcb二进制信息与Nc种频率跳变组合一一对应(在MDFH中，每Bcb二进制信息对应于Nc个频率之一)，即从发送信息中每选取Bcb，便可确定一种频率跳变规律。    为了提高系统抗干扰性能，在选取Nc种频率组合时引入纠错编码思想，使得在任意两个频率组合中不同频率的个数不

8、小于某一整数d，称为各频率组合之间的距离。    将待发送的二进制数据信息流分块处理，每块数据流格式为：        式中：Bc确定载频跳变规律；Bs为调制信息。    假设第i块数据为Di，用Bc,i表示Di中用来决定载频跳变规律的Bcb信息，相应的频率跳变组合为fi,Nh，以Bs,i表示Di中用来进行基带调制的数据信息，经过基带调制以后的信号用ai(t)表示。    系统发送端原理框图如图1所示。频率合成器根据Bcb的载频信息，输出相应的一组频率跳变规律中的Nh个频率。    由于在跳频通信系统中，合成跳频图样所用频率时很难保持相位相干。同时，当信号在信道中传播时，信号在一个很宽的带宽上从一个频率跳到另一个频率，要保持相位相干也很困难。因此，信息调制方式通常采用非相干检测MFSK。    在本文的讨论中，基带调制采用MFSK调制方式。由log2M个信息比特决定发送M个符号中的一个。设频率集为MFSK调制的M个频率，并令集合与集合0，1，2，M-1一一对应。由前述可知，Bs=log2 M。如图1所示，