差分跳頻通信系統關鍵技術實現方法對系統性能的影響

摘要：差分跳頻通信系統的關鍵技術就是差分跳頻，其克服了傳統短波傳輸的固有缺陷，利用多點的跳頻傳輸來實現對信息的傳遞，而其中的檢測算法更是影響系統性能的核心技術，試驗表明利用頻率序列檢測為算法的系統性能較好。

關鍵詞：短波通信 差分跳頻 基本原理 檢測算法

一、 短波通信以及差分跳頻簡介

在無線電通信中短波通信系統的優勢較為明顯，靈活經濟的系統特征是其在應用中占有一定的地位，同時其具有電離層作為中間系統，其抵御摧毀的性能特別突出。然而短波通信也有其不可避免的缺陷，就是短波在應用中處在一個可變的參數區域，及通信的參數是可以隨著環境改變而出現異常，所以其在可靠性方面的性能稍遜。工作的過程中頻率必須進行改變才能適應環境改變，所以在傳播中會導致多路徑的衰弱，這就抑制了短波通信的應用范圍。這些固有的技術缺陷影響了短波系統的性能，尤其是在短波數傳系統中，往往不能獲得較高的通信速率。隨著技術發展，一種被稱之為新型短波跳頻通信系統的技術被研究出來并獲得了較好的效果。其成功的克服了短波通信中原有的技術缺陷，成為一個短波通信技術發展的重要指向標。該技術主要的核心就是利用一種跳頻技術實現頻率自動切換，及差分跳頻，并且配合DSP作為輔助功能，具有很高的傳輸速率和較高的跳速功能，同時也可有效的抵抗干擾和跟蹤，并具有較大的抗衰弱能力。

差分跳頻技術是新一代短波通信技術的核心，其支持通信體系在短時間內進行多頻段跳躍傳輸，在系統中每秒鐘可以繼續5000次跳頻，每次跳頻的傳輸信號都是來自與跳頻頻率集合中的一個單頻信號。在實際的應用中利用當前的時刻頻率值作為一個基點，而此時上一個頻率和當前的頻率決定了傳遞信息符合的基本意義。此時就引入了一個G函數，這個函數是特定的，可以看做是一個有方向的圖形。圖形中的不同節點代表的是頻率集合中的某個頻率點，每個頻率點都可進行一分為二甚至更多的操作，同時其具有特定的比特數來表示傳輸性能，其總體的關系系數為扇出系數。每個差分點上都會有出傳輸的信息符號。如果以64個頻點為例進行分析，其中當跳頻傳輸2比特的數據時，其各個節點會出現4個差分，以此類推。傳輸的比特流按照每個比特構成一個符號組，并在這個系統的頻點上形成一個連續的傳輸數據流。這樣就保證數據在“變頻”的過程中進行連續傳輸，而此過程為自動化選擇。

二、 差分跳頻的計算方式

差分跳頻的通信系統在實際的計算與應用中是將調制、調解和頻譜分析結合起來，在接收端利用FFT的算法來對信號進行分析與評價，這些頻率檢測的計算方式是差分跳頻通信的另一個重要核心技術，其效果直接影響了系統的性能。在研究中利用的是一些最為基本的檢測方式，但是其結論不是十分理想。隨著技術的發展，計算機的應用使得分析與計算的過程相對簡化，可利用較為復雜的計算與評價方式來保證系統性能。同樣的，差分跳頻通信在接收端利用FFT的算法來進行信號檢測，其性能與M進制的正交信號非相干擾的性能相似，如果采用糾錯碼和誤跳糾錯后其系統的性能會得到不同程度的提高，而在頻率序列檢測算法則可以對頻率序列的距離進行特性分析，實現了最大似然順序的檢測，保證了系統的性能。

三、 差分跳頻在瑞利衰落中的性能分析

在目前的研究中，因為實際的通信環境要相對復雜，所以短波通信的信道是一個典型的衰落式信道，信道特性對差分跳頻通信的影響也是最大的，會直接導致其性能的改變。所以在研究中應在衰落環境線測試其性能。分析差分技術對通信性能的影響。一種研究方式就是在差分跳頻通信系統的特性基礎上對一些特殊情況進行假設，以簡化研究過程。根據跳頻通信的特征，將每個跳頻的點考慮為一個小的信道。在這個假設的基礎上，頻率集合中的各個頻點的距離要遠遠大于短波頻率選擇性衰落的相關帶寬，此時就可認為子信道是相互獨立的。同時按照短波通信的電離層傳播特征，每個子信道的衰落為瑞利模式。這樣差分跳頻通信就可被簡化為一個一個的獨立瑞利衰落信道，每個跳頻的時間間隔就會成為一個信道選擇的模式。

簡化后，采用頻率序列的檢測方式對衰落信道進行分析獲得了較好的效果。瑞利衰落的情況下，可以有效的估計差分跳頻通信的性能指標。為了保證性能評價的準確，借助首錯事件的概念來得到系統的誤碼頻率，以此獲得誤碼率性能。在合法的頻率轉移中，大部分的頻率轉移都是在相鄰的頻率間隙之間進行，所以僅僅會經過幾個頻點，即經過衰落狀況相互獨立的不同子信道，還會遵循首錯概率的標準。由此可以進一步對衰落幅度進行積分計算，并得出其在衰落信道中的性能。在分析中，前面的三種算法中其性能最差的是進行逐個符合分析的測試算法，采用誤跳誤碼的技術稍好，而性能最好的則是采用頻率序列檢測的算法的差分跳頻通信系統。在測試仿真中，系統跳頻的點數設定為64，扇出系數為4的差分跳頻信道系統多普勒頻率擴展為2Hz。在此環境下，頻率序列檢測算法突出了其抗白噪聲的性能，在衰落信道上也體現了充分的分集效果。

四、 結束語

差分跳頻技術在跳頻技術中引入了相關性的措施，在內部的抗干擾和抗衰落的能力得到了增強，這就是讓差分跳頻技術在通信中可以充分的克服傳統短波通信的缺陷，也提高了短波通信的性能，在受到帶寬限制和干擾嚴重、多路徑衰落等情況的影響時仍可保證通信質量。其中在實現跳頻系統的時候，檢測性的算法是影響其系統性的關鍵技術，在實際的應用中利用新型的頻率序列檢測可以幫助有效的評價系統信息傳遞效果。仿真后發現，頻率序列檢測算法所具有的分集抗衰落能力，說明頻率序列檢測的算法具有優良的性能，是適用于實際短波衰落信道的。

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