淺談偽隨機序列在跳頻通信中的應用

樊雯等

摘 要：跳頻通信是擴頻通信的一個分支，其突出優(yōu)點是抗干擾性強，在軍事和民用通信領域均受到廣泛關注。本文通過分析偽隨機序列的特性，總結出偽隨機序列在提高跳頻通信質量和改善跳頻通信系統(tǒng)性能上發(fā)揮的重要作用。

關鍵詞：偽隨機序列；隨機性；相關性；跳頻通信

1 偽隨機序列的含義

序列的各元素為相互獨立且具有相同分布的隨機變量時，稱為隨機序列。實際中應用的主要是偽隨機序列。偽隨機序列[1]是有某種隨機特性的確定的序列，具有良好的隨機性和接近于白噪聲的相關函數(shù)，并且具有預先的可確定性和可重復性。這些特性使得偽隨機序列得到了廣泛的應用，尤其是在擴頻通信[2]中。

擴頻通信[3]與常規(guī)的窄帶通信相比，關鍵是多了一項擴頻調制技術。擴頻調制主要是利用擴頻序列對用戶數(shù)據(jù)信息進行頻譜擴展的一種技術。因此，擴頻序列的特性直接決定了擴頻通信的特性。跳頻通信[4] [5]作為擴頻通信的一種實現(xiàn)方式，在抗干擾和保密性方面有著其獨特的優(yōu)勢。本文重點研究偽隨機序列在跳頻通信中的具體應用。

2偽隨機序列在跳頻通信中的應用

跳頻是指收發(fā)雙方傳輸信息的載波頻率按照預定的規(guī)律進行離散變化的一種通信方式。跳頻通信系統(tǒng)的工作原理如下。

（a）發(fā)送部分

（b）接收部分

圖1 跳頻通信系統(tǒng)工作原理框圖

如圖1所示，跳頻通信系統(tǒng)是在窄帶通信系統(tǒng)的基礎上增加了一個“跳頻器”，跳頻器由頻率合成器和跳頻指令發(fā)生器構成。頻率合成器輸出什么頻率的載波信號受跳頻指令的控制。在時鐘的作用下，跳頻指令發(fā)生器不斷地發(fā)出控制指令，從而頻率合成器輸出的載波頻率隨著跳頻指令的變化而變化。通常采用偽隨機序列發(fā)生器來產(chǎn)生跳頻指令。而偽隨機序列良好的隨機性與相關性，對跳頻通信起著舉足輕重的作用。

采用跳頻通信時，通信雙方使用相同的擴頻序列控制本地頻率合成器產(chǎn)生的頻率，從而實現(xiàn)載波頻率不斷地、隨機地跳變。因此，跳頻信號在每一個跳頻駐留時間所占的信道帶寬是窄帶頻譜，由于載波頻率隨高速偽隨機序列而變化，使得這些瞬時窄帶頻譜在一個很寬的頻帶內跳變，實現(xiàn)了宏觀上的頻譜擴展，如圖2所示。

2.1 具有擴展頻譜的抗干擾能力

圖2 跳頻擴頻示意圖

這樣，雙方進行通信時，若某個頻率受到干擾，整個系統(tǒng)仍可選擇其余未被干擾的頻率進行正常通信。正是由于跳頻通信系統(tǒng)采用了這種主動躲避干擾的方法來對抗干擾，因此，只有當干擾信號的頻率與跳頻信號的頻率相同時，才能形成干擾，從而提高了跳頻通信系統(tǒng)的抗干擾能力。并且，跳頻頻率數(shù)越大，跳頻速率越快，系統(tǒng)的抗干擾能力就越強。

2.2 良好的保密性

偽隨機序列具有近似隨機序列的性質，而又能按照一定的規(guī)律產(chǎn)生和復制，所以稱之為“偽”的隨機序列。

一方面，偽隨機序列的可確定性和可復制性首先為雙方之間建立跳頻通信提供了可能。如果單純?yōu)榱瞬槐粩撤剿R破而使載波頻率隨機地跳變，以至完全無規(guī)律可循，那么，通信的雙方也就因無法建立通信而失去聯(lián)系了。

另一方面，偽隨機序列良好的隨機特性，使得跳頻通信中載波頻率的變化規(guī)律只有通信雙方知道，對于敵方而言是絕對機密的，而且不易被識破，也就難以截獲和干擾通信的內容。因此，偽隨機序列賦予了信號在跳變過程中無規(guī)律的特性，即在他人跟蹤時不易被發(fā)現(xiàn)，又在截獲時不易暴露，從而提高了通信的可靠性與保密性。

2.3 提高頻譜利用率

跳頻通信中載波頻率改變的規(guī)律叫做跳頻圖案。跳頻圖案的偽隨機性質是由偽隨機序列所決定的。所以選擇合適的偽隨機序列是獲得好的跳頻圖案的關鍵所在。由圖3可以看出，實現(xiàn)跳頻通信的核心是跳頻同步，即收發(fā)雙方在同一時間跳變到同一頻率上。由于頻率合成器輸出載波信號的頻率由偽隨機序列來控制，所以跳頻同步實際是收發(fā)雙方偽隨機序列之間的同步[6]。

圖3 跳頻通信示意圖

由于偽隨機序列互相關性弱，跳頻通信可以利用不同的跳頻圖案或時鐘，在一定帶寬內容納多個跳頻通信系統(tǒng)同時工作，從而達到頻譜資源共享的目的，大大提高頻譜利用率。

3 總結

跳頻通信中，用偽隨機序列進行多頻率頻移鍵控調制，使載波頻率不斷地跳變，擴展了信號頻譜，提高了通信系統(tǒng)的抗干擾能力。偽隨機序列良好的隨機性，保證了通信可靠、保密。而其互相關性弱的特征，使得跳頻通信系統(tǒng)具有頻帶資源共享的組網(wǎng)通信能力，提高了頻譜利用率。

參考文獻

[1]楊睿.論偽隨機序列及其應用[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2009（2）

[2]眭楊清.擴頻通信中的跳頻序列研究[D].昆明：昆明理工大學碩士學位論文，2012.

[3]白木，周潔.擴頻通信的原理、工作方式、特點和應用[J].電力系統(tǒng)通信，2002（4）

[4]朱永松，張海勇，汲萬峰.跳頻通信抗干擾性能分析[J].現(xiàn)代防御技術，2005（5）

[5]Naser Hossein Motlagh. Performance Improvement of Wireless Communications Using Frequency Hopping Spread Spectrum [J]. Intl J. of Communications， Network and System Sciences， 2010， Vol. 03（10）， pp.805-810.

[6]張鵬.跳頻通信中跳頻圖案與跳頻同步的研究[D].西安：西安電子科技大學碩士學位論文，2007.