差分跳频通信系统关键技术实现方法对系统性能的影响

摘要：差分跳频通信系统的关键技术就是差分跳频，其克服了传统短波传输的固有缺陷，利用多点的跳频传输来实现对信息的传递，而其中的检测算法更是影响系统性能的核心技术，试验表明利用频率序列检测为算法的系统性能较好。

关键词：短波通信 差分跳频 基本原理 检测算法

一、 短波通信以及差分跳频简介

在无线电通信中短波通信系统的优势较为明显，灵活经济的系统特征是其在应用中占有一定的地位，同时其具有电离层作为中间系统，其抵御摧毁的性能特别突出。然而短波通信也有其不可避免的缺陷，就是短波在应用中处在一个可变的参数区域，及通信的参数是可以随着环境改变而出现异常，所以其在可靠性方面的性能稍逊。工作的过程中频率必须进行改变才能适应环境改变，所以在传播中会导致多路径的衰弱，这就抑制了短波通信的应用范围。这些固有的技术缺陷影响了短波系统的性能，尤其是在短波数传系统中，往往不能获得较高的通信速率。随着技术发展，一种被称之为新型短波跳频通信系统的技术被研究出来并获得了较好的效果。其成功的克服了短波通信中原有的技术缺陷，成为一个短波通信技术发展的重要指向标。该技术主要的核心就是利用一种跳频技术实现频率自动切换，及差分跳频，并且配合DSP作为辅助功能，具有很高的传输速率和较高的跳速功能，同时也可有效的抵抗干扰和跟踪，并具有较大的抗衰弱能力。

差分跳频技术是新一代短波通信技术的核心，其支持通信体系在短时间内进行多频段跳跃传输，在系统中每秒钟可以继续5000次跳频，每次跳频的传输信号都是来自与跳频频率集合中的一个单频信号。在实际的应用中利用当前的时刻频率值作为一个基点，而此时上一个频率和当前的频率决定了传递信息符合的基本意义。此时就引入了一个G函数，这个函数是特定的，可以看做是一个有方向的图形。图形中的不同节点代表的是频率集合中的某个频率点，每个频率点都可进行一分为二甚至更多的操作，同时其具有特定的比特数来表示传输性能，其总体的关系系数为扇出系数。每个差分点上都会有出传输的信息符号。如果以64个频点为例进行分析，其中当跳频传输2比特的数据时，其各个节点会出现4个差分，以此类推。传输的比特流按照每个比特构成一个符号组，并在这个系统的频点上形成一个连续的传输数据流。这样就保证数据在“变频”的过程中进行连续传输，而此过程为自动化选择。

二、 差分跳频的计算方式

差分跳频的通信系统在实际的计算与应用中是将调制、调解和频谱分析结合起来，在接收端利用FFT的算法来对信号进行分析与评价，这些频率检测的计算方式是差分跳频通信的另一个重要核心技术，其效果直接影响了系统的性能。在研究中利用的是一些最为基本的检测方式，但是其结论不是十分理想。随着技术的发展，计算机的应用使得分析与计算的过程相对简化，可利用较为复杂的计算与评价方式来保证系统性能。同样的，差分跳频通信在接收端利用FFT的算法来进行信号检测，其性能与M进制的正交信号非相干扰的性能相似，如果采用纠错码和误跳纠错后其系统的性能会得到不同程度的提高，而在频率序列检测算法则可以对频率序列的距离进行特性分析，实现了最大似然顺序的检测，保证了系统的性能。

三、 差分跳频在瑞利衰落中的性能分析

在目前的研究中，因为实际的通信环境要相对复杂，所以短波通信的信道是一个典型的衰落式信道，信道特性对差分跳频通信的影响也是最大的，会直接导致其性能的改变。所以在研究中应在衰落环境线测试其性能。分析差分技术对通信性能的影响。一种研究方式就是在差分跳频通信系统的特性基础上对一些特殊情况进行假设，以简化研究过程。根据跳频通信的特征，将每个跳频的点考虑为一个小的信道。在这个假设的基础上，频率集合中的各个频点的距离要远远大于短波频率选择性衰落的相关带宽，此时就可认为子信道是相互独立的。同时按照短波通信的电离层传播特征，每个子信道的衰落为瑞利模式。这样差分跳频通信就可被简化为一个一个的独立瑞利衰落信道，每个跳频的时间间隔就会成为一个信道选择的模式。

简化后，采用频率序列的检测方式对衰落信道进行分析获得了较好的效果。瑞利衰落的情况下，可以有效的估计差分跳频通信的性能指标。为了保证性能评价的准确，借助首错事件的概念来得到系统的误码频率，以此获得误码率性能。在合法的频率转移中，大部分的频率转移都是在相邻的频率间隙之间进行，所以仅仅会经过几个频点，即经过衰落状况相互独立的不同子信道，还会遵循首错概率的标准。由此可以进一步对衰落幅度进行积分计算，并得出其在衰落信道中的性能。在分析中，前面的三种算法中其性能最差的是进行逐个符合分析的测试算法，采用误跳误码的技术稍好，而性能最好的则是采用频率序列检测的算法的差分跳频通信系统。在测试仿真中，系统跳频的点数设定为64，扇出系数为4的差分跳频信道系统多普勒频率扩展为2Hz。在此环境下，频率序列检测算法突出了其抗白噪声的性能，在衰落信道上也体现了充分的分集效果。

四、 结束语

差分跳频技术在跳频技术中引入了相关性的措施，在内部的抗干扰和抗衰落的能力得到了增强，这就是让差分跳频技术在通信中可以充分的克服传统短波通信的缺陷，也提高了短波通信的性能，在受到带宽限制和干扰严重、多路径衰落等情况的影响时仍可保证通信质量。其中在实现跳频系统的时候，检测性的算法是影响其系统性的关键技术，在实际的应用中利用新型的频率序列检测可以帮助有效的评价系统信息传递效果。仿真后发现，频率序列检测算法所具有的分集抗衰落能力，说明频率序列检测的算法具有优良的性能，是适用于实际短波衰落信道的。

参考文献：

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