CN207926567U - 跳频发射机、跳频接收机及差分跳频系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种跳频发射机、跳频接收机及差分跳频系统。差分跳频系统包括跳频发射机和跳频接收机。跳频发射机包括的跳频码发生器根据上一跳信号的基带信息得到频率捷变信号，对第一频率合成器输出的无线射频信号的频点进行调制，无需考虑上一跳信号的频点，跳频频点的切换呈现随机性，不存在有规律的转移路径，因此消除了路径依赖带来的异频干扰问题。跳频接收机包括的跳频同步单元根据当前跳信号的基带信息引导下一跳信号的频点的跟踪，而无需考虑上一跳信号的频点，跳频频点的切换呈现随机性，不存在规律的转移路径，消除了路径依赖带来的异频干扰问题。

Description

跳频发射机、跳频接收机及差分跳频系统

技术领域

本实用新型涉及扩频通信技术领域，更具体地说，涉及跳频发射机和跳频接收机及差分跳频系统。

背景技术

扩频通信系统是指待传输的信号频谱用特定的扩频函数扩展使其成为扩展了的频谱压缩，在接收端恢复为原来待传输信息信号的带宽，以达到传输信息的目的。扩频通信的特点是传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽，扩频处理带来的好处是大大提高了系统的抗干扰容限，增加了信号的覆盖距离。根据扩展频谱的方式不同，扩频通信系统可以分为直接序列扩频(DSSS)、跳频(FH)、跳时(TH)、线性调频以及以上几种方法的组合。

差分跳频也称为相关跳频，是一种新的跳频技术，其基本原理是跳频码由当前的信息数据以及前一跳的频点决定。差分跳频信号在较宽的频率范围内进行跳频，与常规跳频不同的是，其抗干扰能力不再以主动躲避干扰的方式来实现，而是通过跳频前后的关系来传递数据信息。由于差分跳频没有跳频图案上的同步，是一种异步跳频，其只能采用宽带接收，抗干扰能力主要是通过频率转移函数引入的相关性来实现的。

CHESS(Correlated Hopping Enhanced Spread Spectrum，相关跳频增强型扩频系统)是一种工作在VHF频段的宽带差分跳频系统。CHESS的跳频速率可达到5000hop/s，传输过程中有200跳用于信道探测，4800跳用于数据传输。数据传输速率最低为2400b/s。这种系统为高速率短波数据传输提供了一种新的方法。差分跳频技术的引入以及数字信号处理技术的应用，使得差分跳频系统可以克服短波通信中带宽受限、干扰严重、多径衰落等缺点。

但是，差分跳频系统由于其特殊原理，其抗干扰效能不同于常规跳频通信。常规跳频通信系统主要受同频干扰影响，影响到同步序列码的相关性和跟踪环路的判决。差分跳频通信除了受同频干扰影响外，还受到异频干扰的威胁，其原因在于强度较大的干扰信号可能会影响到G函数转移路径对于基准频点的判决，从而对差分跳频接收机造成干扰。当前的差分跳频系统受困于异频干扰问题，导致差分异频体制用于跳频组网时，性能不佳。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出跳频发射机、跳频接收机及差分跳频系统，欲解决现有的差分跳频系统存在的异频干扰的技术问题。

为了解决上述技术问题，现提出的方案如下：

一种跳频发射机，包括：比特缓冲器，分别与所述比特缓冲器连接的延迟单元、DA变换器、跳频码发生器，以及分别与所述DA变换器、所述跳频码发生器连接的第一频率合成器，以及与所述第一频率合成器连接的第一射频前端；

所述比特缓冲器，用于接收基带信息并进行缓存；

所述延迟单元，用于定时控制所述比特缓冲器缓存的所述基带信息输出至所述DA变换器和所述跳频码发生器；

所述DA变换器，用于对接收的所述基带信息进行数字信号到模拟信号的变换，得到模拟中频信号；

所述跳频码发生器，用于根据上一跳信号的基带信息生成频率捷变信号，所述频率捷变信号包含当前跳信号的目标频点；

所述第一频率合成器，用于根据所述频率捷变信号，对所述模拟中频信号进行上变频处理，得到频点为所述目标频点的无线射频信号；

所述第一射频前端，用于对所述无线射频信号进行滤波和放大处理，并输出处理后的无线射频信号。

优选的，所述延迟单元采用数字信号处理模块实现。

优选的，所述数字信号处理模块包括现场可编程门列阵。

一种跳频接收机，与所述跳频发射机配合使用，所述跳频接收机包括：依次相连的第二射频前端、跳频信号检测单元、第二频率合成器、AD变换器和信息解调单元，以及分别与所述第二射频前端和所述跳频信号检测单元连接的跳频同步单元，以及分别与所述跳频同步单元和所述信息解调单元连接的同步参考单元；

所述第二射频前端，用于接收所述跳频发射机输出的无线射频信号，并对所述无线射频信号进行滤波和低噪放大处理；

所述跳频信号检测单元，用于对所述第二射频前端处理后的无线射频信号进行检测，得到当前跳信号；

所述第二频率合成器，用于对所述当前跳信号进行下变频处理，得到模拟中频信号；

所述AD变换器，用于对所述第二频率合成器得到的模拟中频信号进行模拟信号到数字信号的变换，得到数字域信号；

所述信息解调单元，用于对所述数字域信号进行解调，得到当前跳的基带信息；

所述同步参考单元，用于根据所述当前跳的基带信息得到下一跳信号的目标频点并传输至所述跳频同步单元；

所述跳频同步单元，用于将所述目标频点作为跳频同步跟踪的参考频点基准，进行下一跳信号的频点的跟踪。

优选的，所述跳频信号检测单元、所述信息解调单元、所述同步参考单元和所述跳频同步单元均采用数字信号处理模块实现。

优选的，所述数字信号处理模块包括现场可编程门列阵。

一种差分跳频系统，包括：上述的跳频发射机和上述的跳频接收机

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供一种跳频发射机、跳频接收机及差分跳频系统。差分跳频系统包括跳频发射机和跳频接收机。跳频发射机包括：比特缓冲器、延迟单元、DA变换器、跳频码发生器、第一频率合成器和第一射频前端。跳频接收机包括：第二射频前端、跳频信号检测单元、第二频率合成器、AD变换器、信息解调单元、跳频同步单元和同步参考单元。跳频码发生器根据上一跳信号的基带信息得到频率捷变信号，对第一频率合成器输出的无线射频信号的频点进行调制，无需考虑上一跳的频点，跳频频点的切换呈现随机性，不存在有规律的转移路径，因此消除了路径依赖带来的异频干扰问题。以及，跳频同步单元根据当前跳的基带信息引导下一跳的频点的跟踪，而无需考虑上一跳的频点，跳频频点的切换呈现随机性，不存在规律的转移路径，消除了路径依赖带来的异频干扰问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种跳频发射机的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的为跳频码发生原理示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种跳频接收机的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型针对现有的差分跳频系统的异频干扰问题，提出了前后跳信号的频点去相关的解决方案，即仅使用上一跳信号的基带信息调制当前跳信号的频点，跳频接收机的跳频同步不取决于上一跳的频点，跳频发射机输出的无线射频信号的频点，取决与基带信息内容本身，与上一跳的频点无关，使得差分跳频系统避免了异频干扰的问题。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供一种跳频发射机，参见图1所示，该发射机包括：比特缓冲器11，分别与比特缓冲器11连接的延迟单元12、DA变换器13、跳频码发生器14，以及分别与DA变换器13、跳频码发生器14连接的第一频率合成器15，以及与第一频率合成器15连接的第一射频前端16。

比特缓冲器11，用于接收基带信息并进行缓存，并在延迟单元12的触发信号下做基带信息输出，一方面输出给DA变换器13形成信息流，另一方面输出给跳频码发生器14，作为跳频码发生器14的控制信号。

延迟单元12，用于定时控制比特缓冲器11缓存的基带信息输出至DA变换器13和跳频码发生器14。定时的时间可以选取为可以选取跳周期的整数倍。跳周期表示一跳的时间间隔；跳周期具体指的是跳频通信系统持续在一个频率发送或接受信息的时间间隔，超过此时间间隔将发生频率切换。延迟单元12采用数字信号处理模块实现。具体的数字信号处理模块为现场可编程门列阵。

DA变换器13，用于对比特缓冲器11发送的基带信息进行数字信号到模拟信号的变换，得到模拟中频信号。

跳频码发生器14，用于根据上一跳信号的基带信息生成频率捷变信号。具体的，跳频码发生器14根据上一跳信号的基带信息结合频点映射关系，生成频率捷变信号，以控制第一频率合成器15的输出的无线射频信号的频点为目标频点。频率捷变信号包含当前跳信号的目标频点。传统的方法，下一跳信号的频点和上一跳信号的频点存在某种程度的关联，频点转移路径上的强干扰会造成G转移函数的误判，从而导致异频干扰问题。本实用新型提供的跳频码发生器14能直接采用上一跳信号的基带信息调制第一频率合成器15生成的无线射频信号的频点，无需考虑上一跳的频点，跳频频点的切换呈现随机性，不存在有规律的转移路径，因此消除了路径依赖带来的异频干扰问题。

第一频率合成器15，用于根据跳频码发生器14生成的频率捷变信号，对DA变换器13生成的模拟中频信号进行上变频处理，得到频点为目标频点的无线射频信号。第一频率合成器15生成的无线射频信号的频点受到跳频码发生器14生成的频率捷变信号控制。

第一射频前端16，用于对第一频率合成器15生成的无线射频信号进行滤波和放大处理，并输出处理后的无线射频信号。具体的第一射频前端16对无线射频信号进行滤波和放大处理，得到可以发射到空中的无线射频信号，并通过天线发射到空中。

跳频码发生器14根据上一跳信号的基带信息结合频点映射关系，生成频率捷变信号的原理如图2所示。

1、截取基带信息的前n位，如b＝b₁b₂……b_n，作为基准参考信号，其中n＝log2N，N为频点集合的总数；在跳频通信系统中，频点集的总数N是有限的，N通常取为2的指数倍。

2、频点映射规则：若基带信息的前n位为二进制数b，则频点选择的索引号取为k＝(2^b Mod 10)-1，k表示二进制数b对应的十进制数减去1。从频点集合(f0，f1，……，fN)中选取频点fk，作为频率捷变信号中的目标频点。即第一频率合成器15控制无线射频信号的频率为fk。

本实施例提供一种跳频接收机，参见图3所示，该接收机包括：依次相连的第二射频前端21、跳频信号检测单元22、第二频率合成器23、AD变换器24和信息解调单元25，以及分别与第二射频前端21和跳频信号检测单元22连接的跳频同步单元26，以及分别与跳频同步单元26和信息解调单元25连接的同步参考单元27。

第二射频前端21，用于接收跳频发射机输出的无线射频信号，并对无线射频信号进行滤波和低噪放大处理，并将处理后的无线射频信号传输至跳频信号检测单元22。

跳频信号检测单元22，用于对第二射频前端21处理后的无线射频信号进行检测，得到当前跳信号。跳频信号检测单元22采用基于后端信号处理的软件检测方法进行当前跳信号的发现和捕获，具体的算法可以采用最大相关处理法、短时傅里叶变换或小波变换等方法捕获当前跳信号的初级特征，当前跳信号的初级特征包括当前跳的频点。

第二频率合成器23，用于对跳频信号检测单元22检测得到的当前跳信号进行下变频处理，得到模拟中频信号；

AD变换器24，用于对第二频率合成器23得到的模拟中频信号进行模拟信号到数字信号的变换，得到数字域信号。

信息解调单元25，用于对AD变换器24得到的数字域信号进行解调，得到当前跳的基带信息。同时，每跳信号解调后的基带信息会经由反馈回来传递给同步参考单元27，用于同步参考信息的提取。

同步参考单元27，用于根据当前跳的基带信息得到下一跳信号的频点并传输至跳频同步单元26。具体的，同步参考单元27根据当前跳的基带信息的前n位所携带的信息，通过前述频点映射关系，得出下一跳信号的目标频点，输出至跳频同步单元26，用于跳频同步跟踪的参考频点基准。采用已经解调的基带信息引导下一跳的频点确定，无需考虑上一跳的频点，跳频频点的切换呈现完全的随机性，不存在有规律的转移路径，因此消除了路径依赖带来的异频干扰问题。

跳频同步单元26，用于将下一跳信号的目标频点作为跳频同步跟踪的参考频点基准，进行下一跳信号的频点的跟踪。通过滞后一拍的基带信息引导跳频的跟踪，使得跳频同步和信息解调可以同步完成，保密性更强。

跳频信号检测单元22、信息解调单元25、同步参考单元27和跳频同步单元26均采用数字信号处理模块实现。具体的数字信号处理模块为现场可编程门列阵。

本实施例提供一种差分跳频系统，包括：一种如图1所示的跳频发射机和一种如图3所示的跳频接收机。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的设备中还存在另外的相同要素。

对实用新型所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种跳频发射机，其特征在于，包括：比特缓冲器，分别与所述比特缓冲器连接的延迟单元、DA变换器、跳频码发生器，以及分别与所述DA变换器、所述跳频码发生器连接的第一频率合成器，以及与所述第一频率合成器连接的第一射频前端；

所述比特缓冲器，用于接收基带信息并进行缓存；

所述延迟单元，用于定时控制所述比特缓冲器缓存的所述基带信息输出至所述DA变换器和所述跳频码发生器；

所述DA变换器，用于对接收的所述基带信息进行数字信号到模拟信号的变换，得到模拟中频信号；

所述跳频码发生器，用于根据上一跳信号的基带信息生成频率捷变信号，所述频率捷变信号包含当前跳信号的目标频点；

所述第一频率合成器，用于根据所述频率捷变信号，对所述模拟中频信号进行上变频处理，得到频点为所述目标频点的无线射频信号；

所述第一射频前端，用于对所述无线射频信号进行滤波和放大处理，并输出处理后的无线射频信号。

2.根据权利要求1所述的跳频发射机，其特征在于，所述延迟单元采用数字信号处理模块实现。

3.根据权利要求2所述的跳频发射机，其特征在于，所述数字信号处理模块包括现场可编程门列阵。

4.一种跳频接收机，其特征在于，与所述权利要求1所述的跳频发射机配合使用，所述跳频接收机包括：依次相连的第二射频前端、跳频信号检测单元、第二频率合成器、AD变换器和信息解调单元，以及分别与所述第二射频前端和所述跳频信号检测单元连接的跳频同步单元，以及分别与所述跳频同步单元和所述信息解调单元连接的同步参考单元；

所述第二射频前端，用于接收所述跳频发射机输出的无线射频信号，并对所述无线射频信号进行滤波和低噪放大处理；

所述跳频信号检测单元，用于对所述第二射频前端处理后的无线射频信号进行检测，得到当前跳信号；

所述第二频率合成器，用于对所述当前跳信号进行下变频处理，得到模拟中频信号；

所述AD变换器，用于对所述第二频率合成器得到的模拟中频信号进行模拟信号到数字信号的变换，得到数字域信号；

所述信息解调单元，用于对所述数字域信号进行解调，得到当前跳的基带信息；

所述同步参考单元，用于根据所述当前跳的基带信息得到下一跳信号的目标频点并传输至所述跳频同步单元；

所述跳频同步单元，用于将所述目标频点作为跳频同步跟踪的参考频点基准，进行下一跳信号的频点的跟踪。

5.根据权利要求4所述的跳频接收机，其特征在于，所述跳频信号检测单元、所述信息解调单元、所述同步参考单元和所述跳频同步单元均采用数字信号处理模块实现。

6.根据权利要求5所述的跳频接收机，其特征在于，所述数字信号处理模块包括现场可编程门列阵。

7.一种差分跳频系统，其特征在于，包括：一种如权利要求1～3任意一项所述的跳频发射机和如权利要求4～6任意一项所述的跳频接收机。