跳频通信系统(跳频同步)PPT推荐.ppt

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11/10/20228滑动相关法的特点n优点：

n同步序列可以较长，在恶劣环境下具有较好的检测能力和抗干扰能力；

n同步序列可以方便的改变，具有将强的抗侦查能力和抗假冒能力；

n实现比较简单。

n缺点:

n捕获时间较长，并且捕获时间与同步序列的长度成正比；

n发射的同步序列需重复多次，给迟入网带来困难。

11/10/20229同步捕获算法匹配滤波法带通滤波延时（N-1）Tb输入f1f2fN平方率检波器带通滤波延时（N-1）Tb平方率检波器带通滤波延时（N-1）Tb平方率检波器求和判决门限序列匹配滤波器输出.11/10/202210匹配滤波法的原理n用于PN码同步捕获的匹配滤波器一般采用延时线匹配滤波器，其目的是识别码序列，它能在特殊结构中识别特殊序列，而且只识别该序列。

在匹配滤波器捕获过程中，与主动相关法不同之处在于其相关过程。

该相关过程相当于本地序列是静止的，在每个码元时刻接收信号滑过本地序列，产生一个相关结果，并与门限值比较，判断当前相位是否同步，因此提高了捕获的速度。

由于PN码的自相关特性，在一个码周期内总会出现一个相关峰，此时即实现了PN码的捕捉。

11/10/202211匹配滤波法的特点n优点：

n具有将强的实时检测能力，同步速度快；

n简单的序列匹配滤波器就可以提供所需的性能。

n缺点：

n技术实现比较复杂；

n在同样的干扰环境下，检测能力劣于滑动相关法的检测性能。

11/10/202212跳频同步的类型

（1）n初始同步：

在正常通信前，发射机预先发送一组携带初始同步信息的同步头，接收机利用该同步头实现的同步。

n迟入网同步：

迟于初始同步信息的发送而处于接受状态的电台，通过在跳频数据流中插入的勤务同步信息实现的同步。

n勤务同步：

在初始同步建立之后，为了保持收发双发的同步，通过勤务同步信息对同步状态的调整。

11/10/202213跳频同步的类型

（2）同步头数据信息开始搜索初始同步勤务同步开始搜索迟入网同步勤务同步发射机接收机1接收机211/10/202214跳频同步的要求可靠性n同步建立时间：

从开始进行同步搜索到建立正确的同步所需要的时间，该时间与具体的同步算法和跳频系统的参数相关。

n初始同步建立时间n迟入网同步建立时间n同步保持时间：

收发双发的同步以跳对跳的方式保持的时间，该时间与系统时钟的稳定度与跳频速率有关。

11/10/202215由定时误差累积导致的失步第1跳发射机第2跳第3跳第4跳第1跳第2跳第3跳第4跳接收机11/10/202216跳频同步的要求抗干扰性n对同步信息本身进行差错控制；

n采取同步认定的算法控制策略；

n采取同步状态下失步认定算法控制策略。

11/10/202217同步/失步认定的算法控制策略同步/失步检测同步/失步检测同步/失步认定同步/失步否定NNYYY11/10/202218跳频同步的要求抗侦察性n同步信号在空中存在的时间尽量短；

n在多个同步频率上传送同步信息；

n采用大量非同步频率的无用传输来混杂掩盖同步频率的传输；

n将同步信息加密置乱。

11/10/202219跳频同步的要求抗假冒性n结合捕获方案设计搜索策略；

n尽量使同步信息的信号特征与通信信号的信号特征一致；

n人为的发送伪同步信息。

11/10/202220跳频同步的方法n独立信道法：

利用一个专门的信道传输同步信息；

n参考时钟法：

向网络分配一个工公共时基，利用该时基实现同步。

n自同步法：

提取发送信息中隐含的同步信息实现同步。

n同步字头法：

利用有效数据之前发送的同步头实现同步。

11/10/202221独立信道法n优点：

n同步信息量大，同步建立时间短；

n能够连续的发送同步信息，保持系统长时间同步。

n频谱效率和功率效率都有所损失；

n同步信息易于被捕获和干扰。

n应用：

很少使用。

11/10/202222参考时钟法n优点：

n简化了同步方案。

n高精度的时钟设计制作困难，成本高；

n高度依赖于基准时钟，灵活性差。

应用于通信网络中，需要设定一个中心站，由其播发高精度的时钟信息。

11/10/202223自同步法n优点：

n具有较高的频谱效率和功率效率。

n信息序列中隐含的同步信息较少；

n同步建立的时间较长。

一般应用于简单的跳频系统中，或与其他同步方法结合使用。

11/10/202224同步字头法n优点：

n同步头长度可根据需要调整，在效率和可靠性方面进行折衷。

n需要在数据信息中插入同步信息以进行同步保持。

大多数跳频通信系统采用此方案。

11/10/202225等待搜索式自同步法n初始捕获：

接收机与发射机具有相同的跳频图案，只是所使用的频率相差一个固定的中频，接收机在一个固定的频率上与接收到的信号做相关，直到相关器的输出大于预定的门限，此时控制本地跳频序列开始跟跳；

n同步识别：

初始捕获后，在连续的多个跳频周期上得到大于门限的相关输出才认为捕获成功；

同步识别后，收发双方的跳变沿还没有完全对其，因此不断地调整跳频序列发生器的时钟，已达到完全同步。

11/10/202226快速扫描式自同步法的同步过程检测判决初始捕获th同步识别计数计数足够同步跟踪是否否是11/10/202227自同步法实例

（1）n跳频频率数N=16，跳频频率表为：

f3,f9,f10,f13,f5,f15,f11,f16,f14,f8,f7,f4,f12,f2,f6,f1n扫描频组数K=4，频组中的频率数M=4，4个频组为：

nb1=f3,f5,f14,f12nb2=f9,f15,f8,f2nb3=f10,f11,f7,f6nb4=f13,f16,f4,f111/10/202228自同步法实例

（2）f14f6f7f11f10f8f7.f6f7f11f10f6f7f11f10f6f7f11f10f11f10f6f7f11f10f4f12f14f6f7f11f10f6f7f11f10f1f4f16f13f12f14f5f3f15f9f8f7f4f12同步跟踪初始捕获同步识别ThThTbTh.扫描状态跳频状态相关器输出的脉冲信号与本地跳频序列的比较11/10/202229同步字头法n同步序列：

又称同步头，用来实现初始同步；

n勤务序列：

可以用来进行同步保持，也可以用作迟入网同步；

n信息序列：

传输有效信息同步序列信息序列勤务序列勤务序列信息序列11/10/202230同步序列n前导序列：

用同步频率发送相关码，收端利用前导序列实现粗同步；

n帧同步：

用于识别前导序列以及结束，同步信息传送将要开始；

n网号：

传输组网信息，确定使用的跳频序列；

nTOD：

传输TOD的低位信息。

N1N2N4N3前导序列帧同步网号TOD11/10/202231前导序列的设计n对前导序列的要求：

n从传输信息的角度，期望其具有良好的互相关特性采用Walsh序列；

n从捕获和确定跳沿以及位定时角度考虑，期望其具有较好的自相关特性采用m序列；

n实际中可以采用Walsh序列与m序列进行以后之后的序列作为前导序列。

11/10/202232勤务序列n勤务前导序列：

与前导序列的作用类似，用来实现粗同步；

与初始同步时的网号相同；

传输TOD的低位信息，两次勤务序列之间的TOD值应相差的值等于跳频电台的跳速。

勤务前导序列网号TODN1N2N311/10/202233同步方案实例n系统参数n初始同步方案n勤务同步方案n同步频率设计11/10/202234系统参数n工作频率范围：

30MHz87.975MHz；

n频道间隔：

25kHz；

n频率集频率个数：

256；

n采样速率：

fs=96kSPSn跳频速率：

fh=300hop/s；

n跳频周期：

Th=3.333ms；

n初始同步时延要求：

小于等于0.6s；

11/10/202235一跳内的数据格式n每跳内的采样数为：

Ks=fs/fh=320；

n每个数据符号用5个采样点来表示；

n每跳内的符号数为：

Ksym=Ks/5=64；

n每跳内的有效数据符号数为：

KLsym=280/5=56；

频率切换时间保护时间有效数据保护时间248828011/10/202236TOD格式nTODh：

TOD的高位信息，采用32比特表示，计数单位为2分钟，则最大计数周期为2（232-1）分钟，即16343年，TODh用来生成发送同步信息的同步频率；

nTODl：

TOD的低位信息，采用16比特表示，计数单位为3.333ms，计数器计满2分钟时清零，即计数最大值为106240（0x8CA0），每次清零的同时向TODh进位1。

TODhbit31TODhbit30TODhbit29TODhbit2TODhbit1TODhbit0TODlbit15TODlbit14TODhbit13TODhbit2TODhbit1TODhbit0TODhTODl同步频率的概念稍后介绍11/10/202237同步信息的表示PN编码nPN编码：

将需要传输的同步信息利用伪随机（Pseudo-Noise，PN）序列进行编码，发端通过对PN序列的相关检测得到发送的同步信息。

n设采用的PN序列族由2m个PN序列构成，则每个PN序列可以表示m个比特的信息。

n若需要发送的同步信息包含n比特信息，则需要发送n/m个PN序列。

11/10/202238Walsh序列族

（1）nWalsh序列族是一类具有理想自相关特性的正交序列族，由Hadamard矩阵定义：

n=1，2，。

递推的初始矩阵为：

nWalsh序列族中的各个序列对应于Hadmard矩阵的每一列。

11/10/202239Walsh序列族

（2）n例如：

长度为4的Walsh序列对应于，而不难验证，在彼此对齐的情况下，它们相互正交。

n这里采用32个长度为56的Walsh序列对同步信息进行编码，将其表示为Walsh0Walsh31。

11/10/202240同步序列设计n军标要求初始同步时间0.6s，因此同步序列的长度必须0.6300=180跳。

n设定采用164跳传输同步序列，并设定同步序列的格式为N1=126、N2=6、N3=12、N4=18。

n每跳发送一个相关码，即一个Walsh序列，具体分配方案为：

n前导序列跳发送Walsh0Walsh5；

n帧同步跳发送Walsh7；

n网号跳发送Walsh8Walsh23；

nTOD跳发送Walsh24Walsh31；

11/10/202241TODh与同步频率对应关系

（1）n在初始同步过程中，为使接收方能够同步扫描捕