超短波跳频通信系统的信道均衡技术研究
摘 要：针对超短波跳频通信而言，要想提高通信系统的安全性，将跳频方式进行通信这种方式的利用是一种有效的方法。本文主要对超短波跳频通信系统以及超短波跳频通信系统的信道均衡技术进行了分析。
关键词：超短波跳频；通信系统；信道均衡技术
1.超短波跳频通信系统
跳频通信是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波震荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码得变化而跳变。跳频通信系统的原理图如图1所示。
跳频通信系统主要分为两个部分，一个是产生器，它是由伪随机码产生，另一个是合成器，它是由频率合成。在跳频通信系统中，频率合成器是非常关键的。在一个预定的频率集内，跳频通信系统发射机通过伪随机码序列对频率合成器的控制，使其发射频率能够随机地由一个跳到另一个。按照同样的顺序，收信机中的频率合成器进行跳变，产生一个本振频率，而这个本振频率也只与发射频率相差一个中频，本振频率经过混频后将会产生一个中频信号，这个中频信号的频率是固定的，其最后送到解调器解调，将传输的信息进行恢复。
与常规通信系统相比，跳频通信系统具有以下优点：（1）抗干扰能力强。跳频通信系统的抗干扰能力较强，但是这些抗干扰能力不是在什么情况下都具有，其是有一定条件限制的。（2）保密性强。超短波跳频通信系统一个显著特征就是其载波能够快速跳变，正是由于这一特征的存在，敌方要想截获信息就变得没有那么容易了。如果有一部分载波频率被截获，但是由于跳频图案的自身特性（伪随机性），敌方要想预测跳频系统要跳到哪里是非常困难的，因此，跳频通信系统具有很强的保密性，也就是说具有很强的安全性。（3）抗衰落能力。如果衰落信道的相关带宽较小，其小于跳变的频率间隔，并且跳频的驻留时间较短，那么抗衰落能力就会在跳频通信系统中充分体现出来。跳频抗衰落的原理如下：如果具有足够大的相邻跳变频差，而产生频率选择性衰落也比较特殊，是一种窄带现象，那么在同一时间内，频差大的频率产生较小的衰落概率，频率如果跳变到其他频率时，那么通信仍然可以继续进行。（4）抗多径的能力。假设到达接收机的信号有两条路径，一条是直射波，另一条是反射波，两者有共同的特性，即时延差，当折射波到达接收机时，如果接收机的频率已经跳到别的频率上，那么后到的折射波就不会被干扰了，因此实现了抗多径功能。
2. 超短波跳频通信系统的信道均衡技术
2.1无线信道
针对超短波通信而言，它并不是有线通信方式，相反是一种无线通信方式，但是正是由于其是一种无线通信方式使其在一定程度上对信道均衡方式的选择受到了影响。在移动通信中，超短波通信的发射机和接收机之间具有非常复杂的信号传播关系，从简单的视距传播向着复杂的障碍物传播，传播环境就是所有因素总和。一般而言，有三个因素会对信号强度的变化产生影响，这三个因素分别为：（1）路径传播衰落。这一因素就是指在空间传播中电磁波随着传播距离的变化造成的强度变化，与图2中的直线相对应；（2）大尺度衰落。一般情况下，多径数量和强度变化时常发生，并且造成这一变化的原因主要是由于地理环境的变化而造成的，与此同时，信号强度较长周期也产生了变化。由于大尺度衰落的影响，随着传播距离的增加，信号功率会不断减小，并且大尺度衰落会限制符号速率和传播范围；（3）小尺度衰落。决定这一因素的事物有很多，如多径复杂程度、移动台速度、接收机周围物体的运动速度以及信号带宽。
在无线信道中，在经过短时间传播后，小尺度衰落的快速衰落会在很大程度上影响移动系统。当存在小尺度衰落时，大尺度衰落可以不用考虑。在无线信道中，影响小尺度衰落的物理因素有很多，如多径传播、信号的传输带宽、环境物体的运动速度以及收发设备的运动速度。
2.2信道均衡技术
在超短波无线移动通信中，小尺度衰落不断对信道传播产生影响，并且此影响是非常重要的。其中造成衰落的主要原因就是多径传播和移动台的相对运动。正是由于多径传播的存在，基带信道到达接收机的时间受到了较大的影响，使其不断延长，这也就是所谓的时延扩展，进而，由于时延扩展的发生，导致使码间干扰产生；而多普勒频移的产生则主要是由于移动台之间的相对运动而形成的。信道均衡是对抗上述衰落的关键技术。目前比较成熟的技术主要有判决反馈均衡(DFE)、极大似然序列估计(MSLE)、最大后验概率算法(MAP)。其中被认为具有几乎最佳的性能的就是MLSE和MAP，但是其在突发通信中的应用由于复杂度和收敛速度而受到了限制。超短波跳频通信模式下，每一次载频改变后，需在很短的时间内重新估计信道特性；同时由于多普勒频移的存在，信道响应具有时变特性，均衡也必须具有跟踪信道变化的能力。
接收信号以离散时间复信号序列的形式，可表示为：
式子（1）中，采样定时用t0表示，初始相位用表示，载波频偏用△f来表示，信道记忆长度用L表示，信息序列用{In}表示，n时刻时变信道冲击响应增益系数用{fi,n}表示， AWGN序列用{Zn}来表示。
通过无线信道，信号进行传播，发送信号特性和信道特性是非常重要的，它在一定程度上决定了衰落类型。发送信号经历的衰落受很多因素影响，其中信号参数与信道参与是最为重要的，起着决定性的作用。
从时间和频率的角度列出了衰落类型如图3所示。其中发送信号的符号周期用Ts来表示，发送信号的信号带宽Bs来表示，相干时间用Tc来表示，相干带宽则用Bc来表示，多普勒扩展用Bd来表示，时延扩展用这个来表示。本文介绍的高速跳频系统信号带宽为Bs为255HkZ，符号周期Ts约为3.9us。
多径特性引起的时间色散，导致发送信号产生平坦衰落或频率选择性衰落。根据M(Multi-path)信道实测情况，时延扩展从1.83us一17.45us不等，由简化的换算公式Bc≈1/5
多普勒扩展产生了很大影响，其中一个重要的变化就是引起的频率色散，从而使时间选择性衰落在发送信号中产生。移动台的运动速度以60kmh/为例，系统跳频带宽从225MHz到512MHz，那么最大的多普勒扩展为
对应相干时间
...... （3）
通过上式可以看出，Tc>>Ts，Bs>>Bc，因此
，在符号周期内，信道冲击响应会有变化，但是变化较慢，属于慢衰落。
通过上述分析可知，在小尺度衰落中，本文中信号所经历的衰落类型主要为频率选择慢衰落。
3.结语
通过本文分析可以看出，在对无线信道分析的基础上，造成信号产生频率选择性衰落和选择性衰落的主要原因就是多径时延和多普勒扩展。本文首先主要是对选择性衰落的原因进行了分析，其次，本文还对一种基于训练序列的信道均衡进行了简单的介绍，通过对其介绍可以看出信道均衡非常适合用于超短波跳频通信模式，这主要是因为信道均衡可以快速准确地估计出时变频率选择性衰落信道特性。
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