CN105071832B - 一种不依赖外部时钟基准的高速跳频同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不依赖于外部时钟基准的高速跳频同步方法，采用了一种三级搜索的结构；各级跳频同步均对下一级频点进行指示，从而为下一级跳频同步提供先验信息，提高下一级跳频同步捕获的效率；第一级跳频同步在有限的频点集合上搜索，相比于全频段盲搜能够有效缩短搜索时间；第二级跳频同步采用合理数目的有限频点集合，使得呈现频点随机性的特点，并兼顾实现的复杂度；第三级跳频同步可同时实现跳频图案和接收时间的同步；各级跳频同步帧携带的同步序列优选为具有良好相关特性的序列，从而提高同步检测的概率；相比于现有技术，无需精确时钟控制双方的时间，隐蔽性好以及等待时间短，并且能够保证同步捕获的精度。

Description

一种不依赖外部时钟基准的高速跳频同步方法

技术领域

本发明涉及跳频通信系统的跳频同步技术领域，尤其涉及一种不依赖于外部时钟基准的高速跳频同步方法。

背景技术

跳频同步是跳频通信系统的核心。跳频同步应满足如下要求：同步建立时间快、同步系统本身具有较强的抗干扰、抗截获能力。常用的跳频同步方法包括：精确时钟法，使用高精度时钟实时控制收发双方的跳频图案；同步头法，将带有同步信息的同步字头置于跳频信号中，接收机根据同步字头的特点从接收信号中识别出同步字头；自同步法，通过一定方法提取同步信息来实现跳频同步，方法包括等待自同步法、扫描法和频率估值法等。精确时钟法具有同步快、保密性好的特点，但是跳频图案同步易于受到时钟稳定性和移动距离变化等不确定因素的影响。

同步头法具有易于实现、可靠性高的特点，但是抗干扰和隐蔽性相对较差。

自同步法具有隐蔽性强的特点，但是同步建立时间较长。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种不依赖于外部时钟基准的高速跳频同步方法，可提高隐蔽性和同步检测效率，同时提高同步检测概率。

本发明的一种高速跳频同步方法，包括如下步骤：

步骤1、将系统帧分成n段子帧，在每一段子帧中依次设置三个跳频同步帧，分别为：第一级跳频同步帧、第二级跳频同步帧和第三级跳频同步帧；在不同子帧中，三个跳频同步帧的相对位置保持不变；其中，n取不小于2的整数；

步骤2、为所述三个跳频同步帧分别设置一个频点集合；所述频点集合的频点在系统的工作带宽范围内选取；

将第一跳频同步帧对应的频点集合中的频点均分成n组，每组的频点数为m；其中m为大于或等于2且小于第一跳频同步帧对应的最大跳数；

将第二级跳频同步帧对应的频点集合中的频点均分成x1组，每组的频点数为y1；

y1为大于或等于2且小于第二跳频同步帧对应的最大跳数；

将第三级跳频同步帧对应的频点集合中的频点均分成x2组，每组的频点数为y2；y2为大于或等于2且小于第三跳频同步帧对应的最大跳数；

步骤3、确定系统帧的发射方式，具体为：

令系统帧中的n段子帧中的第一跳频同步帧与所述n组频点分别一一对应；同时，为所述第二级跳频同步帧和第三级跳频同步帧从各自对应的频点集合中分别随机选取一组频点，并记下频点组信息；

在第一跳频同步帧中携带第二跳频同步帧对应的频点组信息，在第二跳频同步帧中携带第三跳频同步帧对应的频点组信息，在第三跳频同步帧携带跳频图案；然后在发射端发射系统帧时，将各段子帧中的第一跳频同步帧、第二跳频同步帧以及第三跳频同步帧在各自对应的频点组的频点上发射；

步骤4、在接收端接收步骤3发射的系统帧，并解析得到所述跳频图案，具体为：

S41、在第一跳频同步帧对应的n组频点中随机选取一组频点；然后在该组的m个频点上接收所述系统帧，利用第一跳频同步帧对接收到的系统帧进行滑动相关运算，搜索出第一跳频同步帧，并解析得到第一跳频同步帧中携带的第二跳频同步帧的频点组信息；

S42、基于S41中搜索得到的第一跳频同步帧，再根据第一跳频同步帧与第二跳频同步帧的时间间隔，得到第二跳频同步帧的起始发送时刻；然后在该起始发送时刻以及S41解析得到的第二跳频同步帧的频点组信息所指示的频点上接收所述系统帧，利用第二跳频同步帧对接收到的系统帧进行滑动相关运算，搜索出第二跳频同步帧并解析得到该同步帧中携带的第三跳频同步帧的频点组信息；

S43、依照S42的方法，搜索出第三跳频同步帧并解析得到该同步帧中携带的跳频图案，由此实现跳频同步。

较佳的，所述频点组信息为频点组的组号。

较佳的，所述频点组信息为随机数序列：在发射端，将不同的频点组与不同的随机数序列一一对应，当随机选择一个频点组后，将对应的随机数序列携带在跳频同步帧中；在接收端，解析得到跳频同步帧的随机数序列后，根据频点组与随机数序列的对应关系，最终确定频点组中各个频点。

较佳的，所述第二跳频同步帧的频点组信息和第三跳频同步帧的频点组信息在各自所在同步帧中的携带方式为偏移量、序号或生成式。

较佳的，所述第一级跳频同步帧对应的频点集合中频点个数少于第二级跳频同步帧和第三级跳频同步帧对应的频点集合中频点个数。

较佳的，所述第一级跳频同步帧对应的频点组中频点数少于第二级跳频同步帧和第三级跳频同步帧对应的频点组中频点个数。

较佳的，所述x1的取值在2⁴至2¹⁰之间。

较佳的，所述x2的取值大于或等于2¹⁰。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用了一种三级搜索的结构，各级的跳频频点集合和跳频方式独立定义；各级跳频同步均对下一级频点进行指示，从而为下一级跳频同步提供先验信息，提高下一级跳频同步捕获的效率；第一级跳频同步在有限的频点集合上搜索，相比于全频段盲搜能够有效缩短搜索时间；第二级跳频同步采用合理数目的有限频点集合，使得呈现频点随机性的特点，并兼顾实现的复杂度；第三级跳频同步可同时实现跳频图案和接收时间的同步；各级跳频同步帧携带的同步序列优选为具有良好相关特性的序列，从而提高同步检测的概率。

相比于现有技术，跳频同步性能完全依靠系统自身设计，无需精确时钟控制双方的时间；相比于同步头法，本发明提供的跳频同步方法具有不易暴露的特点，难以被对方识别，隐蔽性好；相比于自同步法，本发明提供的跳频同步方法具有等待时间短的特点，并且能够保证同步捕获的精度。

具体实施方式

下面对本发明进行详细描述。

本发明提出一种适用于高速跳频的同步方案。跳频同步采用多级搜索、逐级指示的方法：通过前一级的跳频频点搜索获得后一级的频点指示，经过若干级搜索后，直到获取最后一级的频点指示信息结束，即已经解析出系统的跳频图案，从而完成系统的跳频同步。

一种高速跳频同步方法，包括如下步骤：

步骤1、将系统帧分成n段子帧，在每一段子帧中依次设置三个跳频同步帧，分别为：第一级跳频同步帧、第二级跳频同步帧和第三级跳频同步帧；在不同子帧中，三个跳频同步帧的相对位置保持不变；其中，n取不小于2的整数；

步骤2、为所述三个跳频同步帧分别设置一个频点集合；所述频点集合的频点在系统的工作带宽范围内选取；第一级跳频频点集合中频点不重复，即均不相同，集合中频点分组对于系统内全部节点均为已知，并且可以灵活配置为集合可变或不可变。

将第一跳频同步帧对应的频点集合中的频点均分成n组，每组的频点数为m；其中m的取值与每个跳频同步帧的最大跳数有关，为尽量快速完成第一级初始捕获，m应小于一帧跳频同步帧的最大跳数；为增加随机性，m不宜太小，至少为2。其中，最大跳数与跳频速率和跳频同步帧的宽度有关，为两者的乘积。

在第二级跳频同步帧对应的频点集合中的频点均分成x1组，每组具有y1个频点；

组数目x1可根据需要进行灵活的配置，组数越大则被其他系统跟踪和预测的概率越低。x1的大小与上一级同步帧中携带下一级指示信息的资源大小有关，信息携带能力有限，那么x1不宜太大；要小于或等于第一级跳频同步帧携带第二级跳频同步帧频点组的资源大小；为增加随机性，x1不宜太小，至少为16。y1为大于或等于2且小于第二跳频同步帧对应的最大跳数；第二级和第三级跳频频点集合中频点可重复，对于系统内全部节点均为已知，并且可以灵活配置为集合可变或不可变。

将第三级跳频同步帧对应的频点集合中的频点均分成x2组，每组具有y2个频点；其中，x2的取值原则与x1相同，y2取值原则与y1相同，两者的取值也可以相同。对于第二和第三跳频，x的大小不同。第二级小些，x1一般为2的幂次，2⁴(16)至2¹⁰(1024)。第三级大些，x2的取值2¹⁰(1024)以上。

步骤3、确定系统帧的发射方式，具体为：

令系统帧中的n段子帧中的第一跳频同步帧与所述n组频点分别一一对应；为所述各段子帧中的第二级跳频同步帧以及第三级跳频同步帧从各自对应的频点集合中分别随机选取一组频点，并记下频点组信息；

在第一跳频同步帧中携带第二跳频同步帧对应的频点组信息，在第二跳频同步帧中携带第三跳频同步帧对应的频点组信息，在第三跳频同步帧携带跳频图案，然后在发射端发射系统帧时，将每段子帧中的第一跳频同步帧、第二跳频同步帧以及第三跳频同步帧在各自对应的频点组的频点上发射；

其中，频点组信息可以是频点组的组号或随机数序列。当是随机数序列时，在发射端，将不同的频点组与不同的随机数序列一一对应，当随机选择一个频点组后，将对应的随机数序列携带在跳频同步帧中；在接收端，解析得到跳频同步帧的随机数序列后，根据频点组与随机数序列的对应关系，最终确定频点组中各个频点。频点组信息的携带形式包括但不限于偏移量、序号或生成式等，形式为系统预先定义。其中，采用随机数序列的方式可增强信号的隐蔽性，不容易被对方解码。

步骤4、步骤4、在接收端接收步骤3发射的系统帧，并解析得到所述跳频图案，具体为：

S41、在第一跳频同步帧对应的n组频点中随机选取一组频点；然后在该组的m个频点上接收所述系统帧，利用第一跳频同步帧对接收到的系统帧进行滑动相关运算，搜索出第一跳频同步帧，并解析得到第一跳频同步帧中携带的第二跳频同步帧的发射频点信息，即频点组信息；

S42、基于S41中搜索得到的第一跳频同步帧，再根据第一跳频同步帧与第二跳频同步帧的时间间隔，得到第二跳频同步帧的起始发送时刻；然后在该起始发送时刻以及S41解析得到的第二跳频同步帧的频点组信息所指示的频点上接收所述系统帧，利用第二跳频同步帧对接收到的系统帧进行滑动相关运算，搜索出第二跳频同步帧并解析得到该同步帧中携带的第三跳频同步帧的发射频点信息；

S43、采用S42的方法，搜索出第三跳频同步帧并解析得到该同步帧中携带的跳频图案，由此实现跳频同步。

本发明中各级跳频同步帧的作用有所区别，携带的内容也不尽相同。第一级跳频同步帧携带具有良好相关自特性的同步序列，用于在指定频点上完成初始第一级捕获。同时第一级跳频同步帧还需要携带第二级跳频同步帧频点指示消息，可避免第二级跳频同步进行盲搜，从而高效、快速的实现第二级捕获。通过第一级跳频频点组的组数进行的合理设计，那么第一级跳频同步的初始捕获时间较短，可有效提高初始捕获的效率。

第二级跳频同步帧携带具有良好自相关的同步序列，用于在指定频点上完成第二级捕获，同时第二级跳频同步帧还需要携带第三级跳频同步帧频点指示消息，可避免第三级跳频同步进行盲搜，从而高效、快速的实现第三级捕获。通过对第二级跳频频点组的组数进行合理的设计，那么第二级跳频同步帧被跟踪和截获的概率将大大降低，从而提高系统的隐蔽性。

第三级跳频同步帧携带具有良好自相关特性的帧定时同步序列以及用于全部帧的跳频图案，接收机解析该跳频图案则意味着时间和频点均实现同步，即完成跳频同步的捕获。对于解析各级跳频同步消息，均需要对消息的正确性加以判断，作为当前级的结束标识。可以采用循环冗余校验(CRC)方式。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高速跳频同步方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将系统帧分成n段子帧，在每一段子帧中依次设置三个跳频同步帧，分别为：第一级跳频同步帧、第二级跳频同步帧和第三级跳频同步帧；在不同子帧中，三个跳频同步帧的相对位置保持不变；其中，n取不小于2的整数；

步骤2、为所述三个跳频同步帧分别设置一个频点集合；所述频点集合的频点在系统的工作带宽范围内选取；

将第一级跳频同步帧对应的频点集合中的频点均分成n组，每组的频点数为m；其中m为大于或等于2且小于第一级跳频同步帧对应的最大跳数；

将第二级跳频同步帧对应的频点集合中的频点均分成x1组，每组的频点数为y1；

y1为大于或等于2且小于第二级跳频同步帧对应的最大跳数；

将第三级跳频同步帧对应的频点集合中的频点均分成x2组，每组的频点数为y2；y2为大于或等于2且小于第三级跳频同步帧对应的最大跳数；

步骤3、确定系统帧的发射方式，具体为：

令系统帧中的n段子帧中的第一级跳频同步帧与所述n组频点分别一一对应；同时，为所述第二级跳频同步帧和第三级跳频同步帧从各自对应的频点集合中分别随机选取一组频点，并记下频点组信息；

在第一级跳频同步帧中携带第二级跳频同步帧对应的频点组信息，在第二级跳频同步帧中携带第三级跳频同步帧对应的频点组信息，在第三级跳频同步帧携带跳频图案；然后在发射端发射系统帧时，将各段子帧中的第一级跳频同步帧、第二级跳频同步帧以及第三级跳频同步帧在各自对应的频点组的频点上发射；

步骤4、在接收端接收步骤3发射的系统帧，并解析得到所述跳频图案，具体为：

S41、在第一级跳频同步帧对应的n组频点中随机选取一组频点；然后在该组的m个频点上接收所述系统帧，利用第一级跳频同步帧对接收到的系统帧进行滑动相关运算，搜索出第一级跳频同步帧，并解析得到第一级跳频同步帧中携带的第二级跳频同步帧的频点组信息；

S42、基于S41中搜索得到的第一级跳频同步帧，再根据第一级跳频同步帧与第二级跳频同步帧的时间间隔，得到第二级跳频同步帧的起始发送时刻；然后在该起始发送时刻以及S41解析得到的第二级跳频同步帧的频点组信息所指示的频点上接收所述系统帧，利用第二级跳频同步帧对接收到的系统帧进行滑动相关运算，搜索出第二级跳频同步帧并解析得到该同步帧中携带的第三级跳频同步帧的频点组信息；

S43、依照S42的方法，搜索出第三级跳频同步帧并解析得到该同步帧中携带的跳频图案，由此实现跳频同步。

2.如权利要求1所述的一种高速跳频同步方法，其特征在于，所述频点组信息为频点组的组号。

3.如权利要求1所述的一种高速跳频同步方法，其特征在于，所述频点组信息为随机数序列：在发射端，将不同的频点组与不同的随机数序列一一对应，当随机选择一个频点组后，将对应的随机数序列携带在跳频同步帧中；在接收端，解析得到跳频同步帧的随机数序列后，根据频点组与随机数序列的对应关系，最终确定频点组中各个频点。

4.如权利要求2或3所述的一种高速跳频同步方法，其特征在于，所述第二级跳频同步帧的频点组信息和第三级跳频同步帧的频点组信息在各自所在同步帧中的携带方式为偏移量、序号或生成式。

5.如权利要求1所述的一种高速跳频同步方法，其特征在于，所述第一级跳频同步帧对应的频点集合中频点个数少于第二级跳频同步帧和第三级跳频同步帧对应的频点集合中频点个数。

6.如权利要求1所述的一种高速跳频同步方法，其特征在于，所述第一级跳频同步帧对应的频点组中频点数少于第二级跳频同步帧和第三级跳频同步帧对应的频点组中频点个数。

7.如权利要求1所述的一种高速跳频同步方法，其特征在于，所述x1的取值在2⁴至2¹⁰之间。

8.如权利要求7所述的一种高速跳频同步方法，其特征在于，所述x2的取值大于或等于2¹⁰。