基于压缩映射的自适应随机跳频序列生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，更进一步设及到跳频通信系统中跳频序列设计方法， 可用于跳频系统中高效的传输数据。
【背景技术】
[0002] 扩展频谱通信，简称扩频通信，是信息传输的方式之一，其信号所占的频带宽度远 大于所传输信息所需的最小带宽;频带的扩展是通过一个独立的序列来完成，用编码及调 制的方法来实现，与所传输的数据无关，在接收端则用同样的码进行相关同步接收，解扩及 恢复所传信息。
[0003] 跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按 照预定规律进行离散变化，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机码控制而随机跳变。 从通信技术的实现方式来说，跳频是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一 种码控载频跳变的通信系统。
[0004] 与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽，难W被截获。只要对方不清楚载频跳变的规 律，就很难截获我方的通信内容。同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有部分频 点被干扰，仍然能够在其他未被干扰的频点的进行通信。
[0005] 从扩频通信的定义中可W看出伪随机码在其中扮演着主要的作用，运里的伪随机 码也即跳频序列。跳频序列是用来控制载波频率跳变的多值序列，它可W实现频谱的扩展。 跳频序列设计的好坏对跳频系统性能有很大影响，尤其是在信道环境比较恶劣的短波通信 之中。
[0006] -个良好的跳频序列应具有如下特点：
[0007] 1、跳频序列具有伪随机性。
[000引2、跳频序列的跳频间隔至少为S个频率间隔。
[0009] 3、可W设计大量的正交序列
[0010] 跳频序列的设计需要满足W下要求：
[0011] 1、每一个跳频序列都可W使用频隙集合中的所有频隙，W实现最大的处理增益。
[0012] 2、跳频序列集合中的任意跳频序列与其平移序列的频隙重合次数尽可能少。
[0013] 3、为了有更多的跳频序列W供用户使用，要求跳频序列集合中的序列数目尽可能 多。
[0014] 4、跳频序列族的数量尽可能多，在实际中可W更换使用，运样可W提高跳频系统 的保密性能。
[0015] 5、为了使跳频系统具有良好的抗干扰性能，应使各频隙在一个序列周期中出现的 次数基本相同。
[0016] 6、跳频序列应具有较好的随机性和较大的线性复杂度，W使敌人不能利用W前传 输的频率信息来预测当前和W后的频率。
[0017] 7、跳频序列的产生算法应比较简单。
[001引目前已经有许多种跳频序列生成方法，例如，基于线性同余式构造跳频序列、基于m序列构造跳频序列、基于GMW序列构造跳频序列、基于RS码构造跳频序列、基于Bent函数构 造跳频序列、基于混浊理论构造跳频序列W及基于分组加密算法构造跳频序列。每一种跳 频序列的构造方法具有各自的特点，应用于不同的场合。例如，基于m序列构造的调频序列 多应用于战术跳频电台；基于RS码构造的跳频序列多应用于陆地移动多址通信和卫星通 信。
[0019] 短波自动选频是短波通信中不可或缺的一步，但是选频的过程会降低数据传输的 效率。区别于传统的自动选频技术，基于自适应跳频的短波通信系统能够在数传的过程中 完成对信道质量的评估，其传输效率优于传统的短波自动选频技术。短波自适应跳频通信 过程可W分为扫描跳频阶段和随机跳频阶段。在扫描跳频阶段，发送端需要快速遍历所有 的可用频点，形成对每个频点的传输特性初始化，从而基于初始的传输特性确定每个频点 的初始概率。由于扫描跳频阶段的时间较短，无法实现对信道传输特性的完善测量，因此在 随机跳频阶段需要获得更多的信息来评估信道质量，并根据环境的变化完成实时评估。而 上述各种跳频序列在随机跳频阶段并不能解决此问题，运会导致信道质量评估的不准确 性，从而引起数据传输的不可靠性。
【发明内容】
[0020] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于压缩映射的自适应随 机跳频序列生成方法，使条件好的信道W更高的概率被选中，并且动态实时的完成概率的 更新，实现跳频通信中数据的可靠传输。
[0021 ]为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0022] (1)记原始序列为化={3日〇'）}，其中0含3日〇'）<巧^为压缩因子，口为系统的频隙 数目；
[0023] (2)将s〇(j)的所有取值定义为集合Fo,Fo中每一个符号称为映射源，当对集合Fo进 行压缩映射时，用多个映射源对应一个跳频频率号，并将每一个跳频频率号对应映射源的 数目用权值Wf表示，且用该权值代替每个跳频频率号的出现概率，f表示跳频频率号，且有0 <f<p；
[0024] (3)设定各个跳频频率号在跳频起始时刻是等概率选取的，并假设原始序列中各 个符号等概率出现，则各个跳频频率号的初始权值为Wf,〇二。
[0025] (4)在扫描跳频阶段，由归一化信噪比Qf对跳频频率号的权值Wf,0进行更新，得到 扫描跳频阶段最终的跳频频率号权值Wf, 1;
[0026] (5)进入随机跳频阶段，对各个跳频频率号的权值进行实时更新，得到最终的全部 跳频频率号对应的权值Wf,Z;
[0027] (6)将上述最终的全部跳频频率号对应的权值Wf,Z等价为每一个跳频频率号对应 的概率，计算累积概率分布Cf:
[0028] Cf=C-1+W0,Z+W1,Z+. . . .+Wm,Z+. . .+Wf,z,
[0029] 其中，C-I=O为累积分布的初始值，Wm,Z为第m个跳频频率号对应的概率0如
[0030] (7)由Cf确定压缩映射关系为：
[0031] 1(30〇))=巧日果：30〇.)￡[〔!-1，〔!），
[0032] 即对原始序列中位于概率区间[Cf-i，Cf)中的所有符号都映射为跳频频率号f，不 同的频率号对应了不同的概率区间；
[0033] (8)对原始序列化中的每个符号进行压缩映射，得到对应的跳频频率号s(j):
[0034] s(j)=M(so(j))，
[0035] 压缩映射后得到的序列记为H={s(j)}，H即是与原始序列对应的跳频序列。
[0036] 本发明具有W下优点：
[0037] 1.本发明在跳频传输过程中针对不同频点产生了它们各自对应的传输概率，W此 为参照能使条件好的频点更容易被选中，提高了数据传输的准确性，而现有跳频序列生成 方法都不具备运一性能。
[0038] 2.本发明把值为整数的权值等效为概率，在实际应用中更方便于实现。
[0039] 3.本发明由于不断的更新权值，因此具有很好的实时性和自适应性，能依据信道 环境的改变实时更新概率W便选择。
【附图说明】
[0040] 图1是本发明的实现总流程图；
[0041 ]图2是本发明中在扫描跳频阶段对跳频频率号的权值更新子流程图；
[0042] 图3是本发明中在随机跳频阶段对各个跳频频率号的权值进行实时更新的子流程 图；
[0043] 图4是用本发明在64个频点中期望找到6个好频点且只有4个频率号对应概率大于 概率口限的情况下生成的跳频序列仿真结果图；
[0044] 图5是用本发明在64个频点中期望找到4个好频点且存在4个频率号对应概率大于 概率口限的情况下生成的跳频序列仿真结果图；
[0045] 图6是用本发明在64个频点中期望找到4个好频点且只有0个频率号对应概率大于 概率口限的情况下生成的跳频序列仿真结果图。
【具体实施方式】
[0046] 步骤1，定义原始序列化。
[0047] 要生成最终的跳频序列需要给定原始序列，记原始序列为化={30〇'）}，30〇)表示 原始序列中的每一个原始符号，设定0含3。〇'）<巧^为压缩因子，9为系统的频隙数目。
[004引步骤2,定义权值Wf。
[0049] 将原始序列中每一个每原始符号s〇(j)的所有取值定义为集合Fo,Fo中每一个符号 称为映射源，当对集合Fo进行压缩映射时，则为用多个映射源对应一个跳频频率号，并将每 一个跳频号对应映射源的数目用权值Wf表示，f表示跳频频率号0 ^f<q。每一个跳频号对 应映射源数目的多少反应了该跳频号出现的频率大小，因此可用权值Wf代替每个跳频号的 出现概率。
[0050] 步骤3，确定各个跳频号对应的初始权值Wf, 0。
[0051] 在扫描跳频阶段之前的跳频传输初始阶段，由于系统没有任何关于各个频点传输 特性的信息，故可设定各个跳频频率号在跳频起始时刻是等概率的，由式0含sn(j)含rq可 知原始序列的压缩因子为r，根据压缩因子r设定各个跳频号对应的初始权值Wf,〇 =r。
[0052]步骤4,在扫描跳频阶段对初始权值Wf,o进行更新，得到更新权值Wf,i。
[0053] 参照图2,本步骤的具体实现如下：
[0054] (4a)进入扫描跳频阶段，在传输数据的同时需要对信道质量进行评估W及时更新 各个频点信息，信道质量评估的结果W归一化信噪比表征，采用一个3比特的信息表示该归 一化信噪比，记为Qf;由归一化信噪比Qf对步骤3中的跳频率号的初始权值Wf,0进行更新，计 算对应于归一化信噪比Qf的扫描阶段的原始跳频频率号权值Wf,t:
[0056]其中，a为比例调整因子，a越大，则不同信噪比的频率号的权值差别越大，反之越 小；
[0057] (4b)计算权值调整因子ew:
[005引由于全部跳频频率号对应的概率之和是一个常数，而在本发明中权值等价于概 率，因此扫描阶段的各个原始跳频频率号权值Wf,t之和是一个常数，由上式计算得到的扫描 阶段的原始跳频频率号权值因为是向上取整，求和后会大于运个常数，因此需要对扫描阶 段原始跳频频率号权值Wf,t进行调整，计算权值调整因子ew:
[0060] 其中，q为系统频隙数，r为压缩因子，f为跳频频率号；
[0061](4c)对描阶段的原始跳频频率号权值Wf,t进行调整：
[0062] 得到权值调整因子后就可W利用ew对扫描阶段的原始跳频频率号权值Wf,t进行调 整，即将所有跳频频率号的原始权值Wf,t进行排序，并将最大的ew个扫描阶段原始跳频频率 号权值Wf,t分别都减去1，得到扫描跳频阶段跳频频率号的更新权值Wf, 1。
[0063] 步骤5,在随机跳频阶段对Wf,1进行更新得到最终的