短波跳频通信同步技术研究

刘 刚

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510000）

0 引 言

随着通信技术的不断发展，短波跳频通信设备的应用和处理也受到了人们的广泛关注。通过整合技术内容来提高通信质量，提升接收端和发送端的调频同步处理效果，从而为通信节点同步稳定性的优化提供保障。

1 短波跳频通信系统概述

近年来，短波通信的使用范围在不断扩大，其借助大气层完成传播的过程中不会受到中继站、传输媒介等的影响，在建立远距离通信的基础上还能实现便捷化维护管理。相较于其他技术模式，短波跳频通信技术体系在经济成本和安全性方面更具优势。

1.1 基本原理

短波跳频通信系统处理过程中，结合短波信道时变色散特性搭建对应的信道模型，利用系统传输函数H(f,t)替换时不变系统H(f)，并配合冲击响应H(t,τ)替换时不变系统h(t)[1]。搭建的短波信道模型如图1所示。

图1 短波信道模型

跳频技术最大的优势就在于其抗干扰性较好，有效弥补了短波通信的短板。建立符合系统应用要求的控制模型，在发送端将传输信息或数据结合调频图案规律进行跳变处理后，接收端就能结合规律完成射频信号的及时性接收管理，并配合解调频处理完成数据的整合分析。

在短波跳频通信系统中，各个模块相互配合完成相应工作，具体如表1所示。

表1 短波跳频通信系统各模块作用

综上所述，利用同步频率捕获和跳频同步实现收发数据的实时性传输和处理，配合其高灵敏度特性就能构建更加稳定且灵活的同步体系。

1.2 主要指标

1.2.1 部分频带干扰

短波跳频通信本身以数据传输作为基础，为了维持收发端安全稳定运行和数据可控性，需要对干扰情况进行集中处理。其中，部分频带干扰是较为重要的数据指标。在二进制数字频率调制（2 Frequency Shift Keying，2FSK）方式中，设定基础调频系统信道的带宽为B，若无干扰条件且环境仅为高斯白噪声，单边的功率谱密度为N0，此时误码为

式中：Eb表示信号平均功率；erfc表示互补误差函数。在无法完全改善干扰源的状态下，一般采取增加跳频带宽的方式来避免干扰因子增多对信号传递产生的影响，优化其抗干扰性能[2]。

1.2.2 抗转发式干扰

在信号传递过程中，干扰机会对发送端产生的跳频信号产生影响并直接截获，借助放大和加噪处理环节有效实现干扰的转发控制。假设发送端和接收端之间的距离为d1，干扰机到发送端的距离为d2，干扰机到接收端的距离为d3，电磁波传播速率为c，则要满足：

式中：tp表示跳频信号在干扰环境中经历的具体时间；th表示跳频信号每次跳频的具体持续时间；L表示发送端频率捕获确认需要的跳频数量[3]。

结合相应的数据关系可知，借助提高跳频速率的方式，可以有效减少转发式干扰产生的问题。基于抗转发式干扰操作，在跳频信号跳变规律无规则的情况下明确跳频系统的情况，提高应用效果。除此之外，抗跟踪式干扰等也需要结合跳频实际需求进行指标管理和约束控制，从根本上维持应用效果，保证同步通信技术运行质量和信号整合水平最优化。

1.3 数学模型

基于噪声、干扰项对短波跳频通信系统进行分析，设计的数学模型如图2所示。

图2 数学模型

在实际应用过程中，利用跳频调制处理数据信息并提取信息点，获取对应的跳频信号，即P1(t)=m(t)cos[(w0±nw)t+φn]。在完成分量中频信号的调制操作后，解调就能恢复发送端数据信息，噪声和干扰信号都不能和发送端形成载波混频，从而有效实现接收端对数据的处理[4]。

2 基于TOD短波跳频通信同步技术实现

针对跳频同步技术的研究是构建跳频通信控制体系的关键环节，要想维持系统运行的合理性，就要在明确正常通信效果的基础上提高跳频同步结构中初始同步、捕获确认、跟踪等环节的可控性。在接收端捕获到相应跳频频率和发送端跳频频率一致后，配合系统完成同步捕获频率的检测和最终确认，从而评价真实的捕获过程是否受到干扰[5]。以时间信息（Time Of Day，TOD）同步字头为主分析跳频系统收发双方通信过程，将TOD信息直接映射在跳频频率位置，接收端则能有效接收跳频信号，最终提取可利用信息。依据约定算法就能实现TOD信息转换为跳频频率，从而为双方同步工作提供保障。

2.1 TOD信息和同步信息

在实际技术应用过程中，读取本地时钟获取的系统信息为TOD，精度水平和本地时钟相匹配。由于收发系统端本身就是独立形态，因此双方的TOD信息会存在误差，要想保证误差得以有效消解和控制，就要合理调整本地TOD信息和同步TOD信息，确保接收端和发送端TOD字头的一致性[6]。

依据非线性时间表格式进行评估，将系统时间信息分为高位TOD和低位TOD。将高位TOD表示为TODH，能对同步跳频频率进行控制；将低位TOD表示为TODL，能对数据跳频频率进行控制。设定32 bits为基准，则TODH表示的最大时间为232min，TODL表示的时间为8 171年。若是跳频速度按照1 000跳/s，则每一跳的时间约为1 ms，1 min跳频次数为60 000次。按照前导序列、帧同步序列、TODL信息的顺序，就能完成同步字头信息的处理。

2.2 信息同步过程

结合TOD跳频同步系统的应用要求，在接收端和发送端TOD信息一致的状态下，跳频图案维持规范性和一致性是同步的基础，要想提高信息发送中的保密性和抗干扰性，就要对信息同步过程进行有效控制和加密处理，维持良好的应用状态。跳频同步系统原理如图3所示。

图3 系统原理

首先，在系统时间信息获取后，进行TOD处理和原始密钥的数据输入，保证跳频序列发生器中同步频率控制字的规范性，并且依据合成器的应用要求保证跳频信号生成的规范性[7]。其次，同步处理工序开始后，发送端本地时钟就会完成信息的处理和转换，对其进行计算分析后获取同步频率，同时配合接收端计算最终的参数，保证跳频的同步性。最后，接收端要结合信息完成同步频率数值的分析，并且配合捕获确认阶段的处理有效了解后续跳频连续监测的相关内容，完成捕获最终确认，实现同步跟踪。需要注意的是，为了提高应用的规范性，重新开始捕获同步频率的过程中也要对捕获效果进行调研分析，确保TODL接收信息的完整性和规范性，提高收发端系统时间TOD同步处理性能[8]。

2.3 同步频率捕获确认

在TOD同步字头支持下，捕获对应的同步频率参数。在获取捕获数据后，要开展对应的确认处理，有效评估捕捉的真实性。一般是对初始同步后接收端和发送端处于同步频率的内容予以评估，若是超出设定的数值阈值，则满足同步频率的基本需求，能够直接完成同步跟踪阶段，并开展数据传输和传递控制；若是数值无法满足基本需求，则接收端就要延长扫描时间，完成同步频率捕获管控。从理论层面分析，捕获确认阶段检测出的同步频率数量越多，则判定为双方同步跳频的可信度越高。然而在实际应用环境中，延长跳频同步必然会增加工作时长，而除了要综合考量其可靠性，系统的时效性也是需要重要考量的因素之一。要想保证综合性能满足预期，就要权衡可靠性和时效性，对每一跳频处理过程进行检测结果分析，分析其可信度，适当减少总跳频数量的检测时长，提高短波跳频通信同步处理的整体效果。

3 结 论

总而言之，在短波跳频通信同步技术体系中，要结合TOD同步字头算法开展相应工作。通过完善频率捕获和捕获确认的基本环节，减少时延造成的问题，提高数据传递的可信度和时效性水平，在优化综合检测方案的同时，推动跳频技术在各个领域内的不断发展，实现经济效益和社会效益的和谐统一。