跳頻通信自適應技術研究

申超群

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

通常意義上跳頻規避干擾的方式是不斷更改跳頻頻率進而規避干擾，但由于變換的跳頻頻率是提前設計好的，難以根據環境的改變而做出及時調整，因此該方式已經難以滿足現代化的要求。許多專家認為，應該將通信模式中的自適應技術與跳頻通信相融合進行改進，即實現跳頻自適應技術[1]。自適應跳頻通信信號收發的雙方均可以依據信道所受干擾的實際情況選擇是否更換信道，這在一定程度上大大提升了信息通信的安全性。結合信道質量評估與發展狀況，在確保通信質量的前提下盡可能地降低功率，可有效提升通信的安全性。

1 跳頻系統原理

跳頻通信技術是通過使用擴頻函數與原始調制信號進行時域相乘，將系統所需要的信息頻譜拓寬到寬頻帶上進行發送，進而完成頻譜擴展。接收端將信號恢復成原始信號，實現信號的還原[2]。跳頻系統原理如圖1所示。

圖1 跳頻系統原理

在跳頻系統中，除了偽隨機碼發生器和頻率合成器等基本設備外，還需要跳頻同步等技術支持。其中，偽隨機碼發生器能夠產生頻率控制字，然后能夠控制頻率合成器產生合適的隨機跳變頻率。頻率合成器產生隨機跳變頻率之后，將跳變頻率和已調信號進行混頻，從而實現頻譜的擴展或搬遷[3]。在跳頻同步技術的支持下，雙方的跳頻圖案能夠保持一致，這也是調頻信號的有效傳輸和解擴的基礎，從而實現原始已調信號的恢復。

2 自適應跳頻通信及其特點

2.1 自適應跳頻通信

在軍事通信發展和完善的過程中，采用跳頻技術和自適應技術相結合來保證高跳頻通信的靈活性。跳頻技術和自適應技術的有效結合能夠對信道進行實時評估，通過評估選擇出惡劣的信道，并將其剔除出去，有效減少干擾，提高通信的效率和質量。

和傳統的跳頻通信技術相比較，自適應跳頻通信技術在系統的接收端加裝了實時信道質量分析器。自適應跳頻通信系統的接收方首先會借助偽隨機序列發生器產生偽隨機序列，然后通過序列來控制跳頻選擇器選擇出需要的跳頻圖樣[4]。將選出的跳頻圖樣通過工作信道發送到接收端，接收端需要對數據進行通信質量檢測，該過程主要通過LQA完成。如果在監測過程中監測到載頻收到干擾或運行不正常時，就需要通過LQA對載頻進行置換。此時，LQA將會產生一個全新的跳頻圖樣，然后經過反饋信道傳輸給發送終端。

2.2 自適應跳頻通信及其特點

自適應跳頻通信技術的科學應用有效提升了跳頻通信的性能，自適應的作用主要體現在以下幾個方面。

（1）抗衰落能力強。由于在信道內傳輸，信號傳輸過程難以避免自然電磁干擾產生的影響，會使信號出現衰落現象，導致通信質量變差。合理應用自適應跳頻通信技術能夠選擇出質量較好的信道，保證信號可以在質量較好的信道內傳輸，確保信號傳輸的穩定性。

（2）抗干擾能力強。自適應跳頻技術能夠自適應地選擇合適的頻點，有效降低地方電磁對系統造成的干擾，提高通信的可靠性和安全性[5]。

（3）抗截獲能力強。在自適應跳頻系統中，跳頻圖案是不確定的，能夠自適應地靈活選擇和變換信道，防止地方干擾信號的干擾，防止地方信號的偵察和跟蹤截獲。

2.3 頻率自適應策略

在跳頻通信系統中，需要設定跳頻頻帶和頻點數目。結合當前選取的信道分析電磁環境和干擾特性，選擇跳頻可用的頻點集合形成跳頻頻率集。一旦配置完成跳頻的頻點集合，后續的整個通信過程都將不再改變。使用LQA，先進行信道的質量檢測，將檢測到的傳輸質量差的頻點刪除或替換掉，確保跳頻通信中使用的頻點的質量。合理應用跳頻自適應技術，通過頻率計分配、信道選擇、信息交換以及頻率集更新等步驟，實現跳頻集合的自適應分配。通常，在系統正式工作完成之前，需要進行跳頻頻率集合的自適應分配，并確保分配完成后不再改變。

目前，常用的自適應跳頻頻率分配方式主要有兩種。

（1）對完整頻率集進行分組。一組是符合當前跳頻圖像相對應的頻率集，另一組是備用頻率集。如果檢測到工作頻率集中出現被干擾的頻點時，能夠通過一定的備用頻率集來替換掉受干擾頻點。合理使用該分配方式，能夠保證跳頻頻點的總數，確保跳頻頻譜的分布均勻，適用于頻點較多的場合。

（2）不適用分組。將可用的頻點集合確定為工作頻率集，如果檢測到其中存在受干擾頻點，直接將其剔除。該方式能夠提高頻點的利用率，適用于頻點較少的場合。

3 跳頻通信自適應常見技術分析

目前，較為常用的自適應跳頻技術主要有頻率自適應跳頻技術和功率自適應技術跳頻技術。

3.1 頻率自適應跳頻

通信過程中，通信發送方和接收方需要建立同步，然后接收方的終端設備會針對頻點的質量進行判斷。一旦被判定為被干擾頻點，就會被傳輸給發送方，此時的收發雙方都能夠通過頻點來更新算法，然后更新頻點集[6]。更新后的頻點集既能夠實現各個頻點頻率的均勻分布，保證跳頻圖案的偽隨機性，又能夠保證信號在無電磁干擾或干擾較小的頻道內進行傳輸，其原理如圖2所示。頻率的自適應跳頻主要包括5步，分別是建立頻點集、頻點質量評估、頻點信息反饋、頻點集調整以及建立新的跳頻圖案。

圖2 頻率自適應技術原理

在自適應頻率跳頻通信中，存在的被干擾頻點數量與處理時間的長短成正比，被干擾點越多則需要的處理時間越長，這對提高系統的抗阻塞干擾能力具有重要作用。在短波跳頻通信中，將載波頻點信噪比概率分布情況返回至發送方，發送方會根據通信需要進行頻點跳頻策略的調整。增多受干擾小的頻點，滿足自適應跳頻通信需要，提高短波跳頻通信的誤碼性能。但是，由于系統的安全性能低，因此這種方法并不適用于所有的信道[7]。基于此，可以使用一維混沌圖的自適應跳頻算法。單一的混沌跳頻能夠均勻使用所有的頻點，極大地提高系統的安全性，但是在使用中系統的誤碼率卻較高。一維混沌圖的自適應跳頻算法將混沌序列作為自適應跳頻的偽隨機序列，能夠有效結合混沌調頻和自適應跳頻兩種算法，在提高系統安全性的基礎上有效降低了系統的誤碼率。此外，基于干擾統計的跳頻算法通過綜合分析各個信道中干擾出現的概率來選擇出受干擾較少的信道，可以科學調整可用頻點的概率分布，提高其抗干擾能力。

3.2 功率自適應跳頻技術

在跳頻通信系統中，每條信道內都有信號存在，而且每個信道內的信號都會發生衰落，不同信道內信號的衰落程度也各不相同。當信道內的平均衰落程度不大時，只需較小的發射功率就能夠保證系統的誤碼率處于較低的水平。但是，當信道內的平均衰落程度較大時，系統的誤碼率會大大提高，甚至影響到信號的正常傳輸。因此，給每個信道分配同樣的發射功率是不合理的，將會產生較大的浪費。基于此，要針對性地進行選擇，降低發射功率，提升通信的隱蔽性[8]。功率自適應跳頻系統信道質量的評估是依賴評估單元實現的，其依據信噪比來設計合理的信噪比閾值。通過實際信噪比和閾值進行對比，科學控制執行，將相關信息反饋給發送方，發送方根據反饋信息進行發射功率調整，從而形成一個閉環反饋系統，其原理如圖3所示[9,10]。

圖3 功率自適應

4 結 論

綜合運用自適應技術和跳頻技術，能夠有效提升通信系統的抗干擾性。在現代信息技術飛速發展的背景下，人們對無人化、智能化的軍事通信技術提出了更高的要求。因此，對于自適應跳頻通信在軍事通信中的應用和探索仍要持續進行。隨著進一步優化與改進，自適應跳頻技術在軍用通信領域將會體現出更好的應用價值。