CN101888262B - 一种采用高密度差分跳频的通信方法 - Google Patents

Abstract

该发明属于通信技术中的高密度差分跳频通信方法，包括：发射流程中的串并转换、差分跳频比特频点映射处理，二级频率控制字的生成，高密度差分跳频频率控制字的生成，发射；接收流程中的接收及离散采样，二级频率控制字的恢复，频域波形的输出，软判决，同步性判决，串并转换处理及数据输出。该发明在原有一级频率字的基础上、加入二级频率字以增大传输信号的频点集合密度；而接收端则对收到的离散数据进行频谱偏移的对齐调整处理，以去除二级频率信号，恢复出一级频率信号、还原为传统差分跳频系统的频点密集度。从而具有信息传输安全、可靠，被破译的难度大，保密性及抗截获能力强，并可根据需要调整频点密集度以与系统安全级别相适应等特点。

Description

一种采用高密度差分跳频的通信方法

技术领域

本发明属于通信技术领域中的差分跳频通信技术，特别是一种采用高密度差分跳频的抗截获及信息安全传输方法。

背景技术

众所周知，跳频通信以其良好的抗干扰，抗截获性能，是一种基本的保密通信技术之一。差分跳频系统的保密性一般体现在其抗截获能力上。多年来，通信的安全、保密及抗干扰能力一直是外交、商业，特别是军事通信设备的主要性能要求，它保证了通信在恶劣的电磁环境中使用的能力。而从信息战的角度考虑，军事通信抗截获的要求往往处于优先地位，信息被截获的危害很多情况下甚至高于信息被干扰。广泛使用的传统抗截获方法是采用信息加密传输，但加密仅限于对抗信息还原的层次，在众多情况下，仅仅依靠信息加密技术往往难以以保证信息的安全传输。

1995年美国洛克希德·马丁公司下属的Sanders公司推出了新型短波跳频系统——相关跳频增强型扩谱电台(Correlated Hopping Enhanced Spread Spectrum，CHESS)。该系统以数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)技术为基础，以高跳速来提高数据传输速率，跳频速率高达5000跳/秒，数据传输率最高可达19.2kbit/s。该系统最突出的特点是采用了差分跳频(Differential Frequency Hopping，DFH)技术；此类差分跳频通信系统的工作流程如图1所示，即：

发射端：

A.信息通过串并转换处理(1)将串行比特数据流转换为并行的比特数据流X_n；

B.并行的比特信息流X_n进入G函数(差分跳频比特频点映射函数)映射处理(2)，映射为待发送的频率控制字；

C.所得频率控制字经DDS(直接数字频率合成器)波形生成处理(3)，以生成相应的中频时域波形；

D.中频波形由中频滤波处理(4)和生成射频波形(5)后发送出去，发送的频点的间隔为5kHz；

接收端：

E.进入接收机的信号经射频信号处理(6)、经变频/滤波处理(7)后、经抽样处理(8)进行离散采集；

F.离散信号经过FFT(快速傅里叶变换)变换(9)，将时域信号转换为频域信号；

G.译码数据通过软判决处理(10)、保留有用频点；

H.软判决处理：译码数据通过软判决处理、保留有用频点；

I.所得有用频点经过同步判决(11)：当系统同步时，直接进入维特比译码(12)进行数据的译码；当系统未同步时，则进入同步捕获和跟踪处理(13)、进行同步处理，然后反馈信息给抽样处理(8)、以调整抽样窗口，完成数据的同步；

J.串并转换处理：译码后的数据经串并转换(14)进行符号数据流的转换，并输出转换后的数据。

传统的差分跳频通信系统的主要缺点在于：随着时频分析技术的发展和无线截获技术的发展，基于现有5kHz频谱间隔的差分跳频通信系统因其频点间隔宽、易被截获，信息传输的安全性差，目前已无法满足外交、商业，特别是现代军事通信的安全及频谱抗截获性能的要求。因而存在易被截获、破译，抗截获性及信息传输的安全性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种采用高密度差分跳频的通信方法，以加大频谱截获的难度，增强差分跳频通信系统的抗截获性能，强化对抗现有截获技术的能力、有效提高信息传输的安全性等目的。

本发明的解决方案是针对背景技术频谱间隔宽，抗截获性能较差，通过现有的时频分析方法很容易截获其频点位置，信息传输的安全性差等弊病；在发射端，采用在原有一级频率字的基础上、引入二级频率字，即由DDS单元产生密集跳频频率，将频点间隔细分、以缩短差分跳频信号传输过程中频率的间隔，加大频点的密度；在接收端又通过信号特征在频域中去除二级频率控制字带来的频率偏移，恢复原差分跳频频点间隔的宽度，从而完成数据的译码。频点密集度越高、系统抗截获性能就越高，从而有效提高对抗现有截获技术的能力及信息传输的安全性；本发明即以此实现其发明目的，附图2即为本发明方法流程示意图。本发明方法包括发射和接收流程两部分，其中：

发射流程

A.串并转换处理：将待发送的串行比特数据流转换为并行的比特数据流；

B.差分跳频比特频点映射处理：将步骤A所得并行的比特数据流送入G函数(差分跳频比特频点映射函数)进行映射处理、映射为密集系统的一级频率控制字；

C.二级频率控制字的生成：发送端通过高密度跳频序列发生器生成与一级频率控制字匹配速率的第二级频率控制字；

D.高密度差分跳频通信频率控制字的生成：将步骤B所得第一级频率控制字及由步骤C生成的第二级频率控制字，合并生成高密度差分跳频通信用频率控制字；

E.发射处理：将由步骤D所生成的高密度差分跳频通信用频率控制字，依次经直接数字频率合成器(DDS)生成相应的中频时域波形、经中频滤波后、再经射频处理单元生成射频波形后，发射；

接收流程

F.接收处理及离散采样：接收端(机)收到发射端的信号后，经过射频信号处理并输出经处理后的射频波形、经变频/滤波处理生成中频波形，再经抽样处理进行离散采样；

G.二级频率控制字的恢复处理：接收端通过高密度跳频序列发生器处理，以生成与发送端相同的二级频率控制字；

H.频域波形的输出：将由步骤F采集的离散数据和由步骤G恢复的二级频率控制字，一同输入FFT(快速快速傅里叶变换)变换单元、将频域信号进行反向偏移的对齐调整、以去除其二级频率偏移量、恢复一级频率的差分跳频信号，并输出频域波形；

I.软判决处理：译码数据通过软判决处理、保留有用频点；

J.系统的同步性判决：当系统同步时，直接进入维特比译码单元进行数据的译码；当系统未同步时，则进入同步捕获和跟踪单元，进行同步处理，然后再将处理后的信息反馈给抽样单元以调整抽样窗口，完成数据的同步；

K.串并转换处理及数据输出：译码后的数据经串并转换进行符号数据流的转换，并输出转换后的数据。

本发明由于按一定的跳变规律缩小频点间的距离，同时在原有一级频率字的基础上、加入二级频率字以增大传输信号的频点的密度，从而增大了频点信息破译的难度，有效地提高了差分跳频通信系统的抗截获性能；在信息传输时，其频点密集度越高，截获者越难获得精确的频点位置；而接收端则对收到的离散数据进行频谱偏移的对齐调整处理，以去除二级频率信号，恢复出一级频率信号、还原为传统差分跳频系统的频点密集度，从而在确保了系统差分跳频通信性能的基础上，有效地提高了对抗现有截获技术的能力及信息传输的安全性。因而本发明具有通信传输可靠性高、保密性及抗截获能力强，信息被破译的难度大，信息传输的安全性高，并可根据需要调整频点密集度以提高(或适当降低)抗截获性能、以与通信系统的安全级别相适应等特点。克隆了背景技术易被截获、破译，抗截获性及信息传输的安全性差等缺陷。

附图说明

图1为传统差分跳频通信系统的工作原理图(流程图)：

图2为本发明差分跳频通信系统工作原理图(流程图)，该图同时作为“摘要附图”；

图3为本发明差分跳频通信具体实施方式与传统差分跳频通信性能对比示意图(两条曲线几乎完全重合，即两者性能相当)。

具体实施方式

以密集度为16倍、即将原来5KHz的频谱间隔分为5KHz/16＝0.3125KHz为例，差分跳频系统采用频点数为64，扇出系数(串并转换比特数)为2。

发射流程

A.串并转换处理：将待发送的串行比特数据流转换通过串并转换处理(1)转换为并行2比特的数据流X_n，其比特映射集合为{00；01；10；11}；

B.差分跳频比特频点映射处理：将步骤A所得并行的比特数据流送入G函数(差分跳频比特频点映射函数)映射处理(2)、映射为密集系统的一级频率控制字f_n，其频率映射集合为{0；1；...；63}；

C.二级频率控制字的生成：发送端通过高密度跳频序列发生器(3)生成与一级频率控制字匹配速率的第二级频率控制字f_k，其频率映射集合为{0；1；...；15}；

D.频率计算和控制处理(4)将G函数映射处理(2)生成的第一级频率字f_n和高密度跳频序列发生器(3)生成的第二级频率控制字f_k合并产生高密度差分跳频通信系统的频率控制字f_nk，其频率映射集合为{0；1；...；1023}。其频率字合成方式为f_nk＝2^k*f_n+f_k；

E.发射处理：将由步骤D所生成的高密度差分跳频通信用频率控制字f_nk，依次经直接数字频率合成(DDS)(5)生成相应的中频时域波形、经中频滤波处理(6)后、再经射频波形处理(7)生成射频波形后，发射；

接收流程

F.接收处理及离散采样：接收端(机)收到发射端的信号后，经过射频信号处理(8)并输出经处理后的射频波形、经变频/滤波处理(9)生成中频波形，再经抽样处理(10)进行离散采样；

G.二级频率控制字的恢复处理：接收端通过高密度跳频序列发生器(11)处理，以生成与发送端相同的二级频率控制字f_k，其频率映射集合为{0；1；...；15}；

H.采集的离散数据和高密度跳频序列发生器(11)产生的二级频率控制字f_k一同进入FFT变换(12)，通过FFT变换将频域信号进行反向偏移的对齐调整，再通过对齐调整去除其二级频率偏移量，输出频域频点波形；

I.软判决处理：译码数据通过软判决(13)处理、保留有用频点；

J.系统的同步性判决：有用频点进入同步判决(14)，当系统同步时，直接进入维特比译码(15)进行数据的译码；当系统未同步时，则进入同步捕获和跟踪处理(16)，进行同步处理，然后再将处理后的信息反馈给抽样处理(10)以调整抽样窗口，完成数据的同步；

K.串并转换处理：译码后的数据经串并转换处理(17)进行符号数据流的转换，并输出转换数据。

传统差分跳频的频率间隔为Δf_n，密集差分跳频的频率间隔为Δf_k，其中，由于16倍密集，Δf_n＝16Δf_k，密集跳频频点间隔更小(为原来的1/16)，频点密度更大(为原来的16倍)，其抗截获性能大幅度提高。经与背景技术对比，两技术仿真效果对比如图3所示，其性能相当，表明本实施方式在频率密集度高达背景技术16倍时，并没有损失信噪比性能；但却增强了信息的抗截获性能，实现了信息的安全传输。

Claims (1)

1.一种采用高密度差分跳频的通信方法，包括发射和接收流程两部分，其中：

发射流程

A.串并转换处理：将待发送的串行比特数据流转换为并行的比特数据流；

B.差分跳频比特频点映射处理：将步骤A所得并行的比特数据流送入G函数进行映射处理、映射为密集系统的一级频率控制字；

C.二级频率控制字的生成：发送端通过跳频序列发生器生成与一级频率控制字匹配速率的第二级频率控制字；

D.高密度差分跳频通信频率控制字的生成：将步骤B所得第一级频率控制字及由步骤C生成的第二级频率控制字，合并生成高密度差分跳频通信用频率控制字；

E.发射处理：将由步骤D所生成的高密度差分跳频通信用频率控制字，依次经直接数字频率合成器生成相应的中频时域波形、经中频滤波后、再经射频处理单元生成射频波形后，发射；

接收流程

F.接收处理及离散采样：接收端收到发射端的信号后，经过射频信号处理并输出经处理后的射频波形、经变频/滤波处理生成中频波形，再经抽样处理进行离散采样；

G.二级频率控制字的恢复处理：接收端通过跳频序列发生器处理，以生成与发送端相同的二级频率控制字；

H.频域波形的输出：将由步骤F采集的离散数据和由步骤G恢复的二级频率控制字，一同输入FFT变换单元、将频域信号进行反向偏移的对齐调整、以去除其二级频率偏移量、恢复一级频率的差分跳频信号，并输出频域波形；

I.软判决处理：译码数据通过软判决处理、保留有用频点；

J.系统同步的判决处理：当系统同步时，直接进入维特比译码单元进行数据的译码；当系统未同步时，则进入同步捕获和跟踪单元，进行同步处理，然后再将处理后的信息反馈给抽样单元以调整抽样窗口，完成数据的同步；

K.串并转换处理及数据输出：译码后的数据经串并转换进行符号数据流的转换，并输出转换后的数据。

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