CN103986496B - 一种ds/fh信号的调制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种DS/FH信号调制系统及方法，包括：对PN序列进行伪随机移相后与信源数据进行相乘，得出的乘积信号再与跳频信号相乘，从而得出对信源数据采用具有伪随机相移的PN序列进行直接扩频以后，再进行跳频调制的DS/FH信号。与现有技术相比，本发明的技术方案具备更高的抗侦测性破解难度更大，因此具有更高的安全性和保密性。

Description

一种DS/FH信号的调制系统及方法

【技术领域】

本发明涉及一种无线通信中的直接扩频/跳频信号调制技术，尤其是一种安全性更高的直接扩频/跳频信号的调制技术。

【背景技术】

在现代通信中，尤其是在现代军事通信中，抗侦测，抗干扰，抗截获，高效率成为现代军事通信的必备技术特点，比如，现代美国、北约使用的LINK16军用通信数据链，就采用了跳频、扩频、跳时三维度调制技术，以达到提高通信保密性、抗侦测性、抗干扰性的目的，成为陆、海、空三军重要的信息共享共用平台，大大提高了三军协同作战能力和局部战役的整体战斗力。

但现有的技术中，通常是采用同一个伪随机序列(PN序列)对信息进行直接扩频，因此在受到攻击时，敌方如果已经知悉系统所采用的跳频图案，则可以利用获知的PN序列对各跳频点的信息进行成功解扩。因此，现有技术中仍然存在系统被攻击和破解的隐患。

【发明内容】

为了解决上述的问题，因此本发明提出一种DS/FH信号调制系统及方法。本发明提出的一种DS/FH信号调制系统，包括：PN序列生成器，PN序列移相器，信源数据产生器，信源数据处理器，第一乘法器，跳频信号生成器，第二乘法器，其中

PN序列生成器生成PN序列输出给PN序列移相器，

PN序列移相器对PN序列进行移相后作为第一乘法器的第一输入，

信源数据产生器产生需要传输的信源数据输出给信源数据处理器，

信源数据处理器输出处理后的信源数据作为第一乘法器的第二输入，

第一乘法器将其两个输入信号相乘，输出经过直接扩频的信号作为第二乘法器的第一输入，

跳频信号生成器输出跳频信号作为第二乘法器的第二输入，

第二乘法器将其两个输入信号相乘，输出DS/FH信号。

如上所述的系统，其中PN序列移相器包括PN序列移位存储器和PN序列移位控制器，PN序列移位存储器对移位后的PN序列进行存储，PN序列移位控制器用于控制输出PN序列移位存储器中存储的移位后的PN序列，作为移相后的PN序列输出。

如上所述的系统，其中PN序列移位控制器根据输入的伪随机信号的指示，选择PN序列移位存储器中存储的进行了相应位数移位的PN序列，作为移相后的PN序列输出。

如上所述的系统，其中PN序列移位控制器包括伪随机移位译码模块和多选一模块，伪随机移位译码模块对输入的伪随机信号中的多个数据位进行译码以确定PN序列需要移位的位数，多选一模块根据需要移位的位数选择PN序列移位存储器中存储的进行了相应位数移位的PN序列，作为移相后的PN序列输出。

如上所述的系统，其中信源数据处理器包括信息加密处理器和MSK调制器，信息加密处理器将信源数据产生器输出的信源数据进行加密输出给MSK调制器，MSK调制器将加密后的信源数据进行MSK调制作为处理后的信源数据输出。

如上所述的系统，其中跳频信号生成器包括：

跳频图案输出选择控制器，跳频图案生成器，跳频频率样本产生器，跳频频率选择输出控制器，

跳频图案输出选择控制器从跳频图案产生函数集选择相应的跳频图案产生函数，进而产生不同的跳频控制数据，

跳频图案生成器，根据跳频控制数据输出跳频图案，

跳频频率样本产生器，产生不同的离散频率的载波，以便根据跳频需要输出不同的载波，

跳频频率选择输出控制器，根据跳频图案选择不同频率的载波信号输出作为跳频信号。

本发明还提出了一种DS/FH信号调制方法，包括以下步骤：

步骤A1：PN序列生成器生成PN序列输出给PN序列移相器；

步骤A2：PN序列移相器对PN序列进行移相后作为第一乘法器的第一输入；

步骤B1：信源数据产生器产生需要传输的信源数据输出给信源数据处理器；

步骤B2：信源数据处理器输出处理后的信源数据作为第一乘法器的第二输入；

步骤C1：第一乘法器将其两个输入信号相乘，输出经过直接扩频的信号作为第二乘法器的第一输入；

步骤D1：跳频信号生成器输出跳频信号作为第二乘法器的第二输入；

步骤E1：第二乘法器将其两个输入信号相乘，输出DS/FH信号。

如上所述的方法，其中所述PN序列移相器包括PN序列移位存储器和PN序列移位控制器，

所述步骤A2包括：

步骤A21：PN序列移位存储器对移位后的PN序列进行存储；

步骤A22：PN序列移位控制器用于控制输出PN序列移位存储器中存储的移位后的PN序列，作为移相后的PN序列输出。

如上所述的方法，其中步骤A22包括：

PN序列移位控制器根据输入的伪随机信号的指示，选择PN序列移位存储器中存储的进行了相应位数移位的PN序列，作为移相后的PN序列输出。

如上所述的方法，其中所述PN序列移位控制器包括伪随机移位译码模块和多选一模块，其中所述步骤A22包括：

步骤A221：伪随机移位译码模块对输入的伪随机信号中的多个数据位进行译码以确定PN序列需要移位的位数，

步骤A222：多选一模块根据需要移位的位数选择PN序列移位存储器中存储的进行了相应位数移位的PN序列，作为移相后的PN序列输出。

如上所述的方法，其中所述信源数据处理器包括信息加密处理器和MSK调制器，所述步骤B2包括：

步骤B21：信息加密处理器将信源数据产生器输出的信源数据进行加密输出给MSK调制器，

步骤B22：MSK调制器将加密后的信源数据进行MSK调制作为处理后的信源数据输出。

如上所述的方法，其中所述跳频信号生成器包括：

跳频图案输出选择控制器，跳频图案生成器，跳频频率样本产生器，跳频频率选择输出控制器，

所述步骤D1包括：

步骤D11：跳频图案输出选择控制器从跳频图案产生函数集选择相应的跳频图案产生函数，进而产生不同的跳频控制数据，

步骤D12：跳频图案生成器根据跳频控制数据输出跳频图案，

步骤D12：跳频频率样本产生器产生不同的离散频率的载波，以便根据跳频需要输出不同的载波，

步骤D14：跳频频率选择输出控制器根据跳频图案选择不同频率的载波信号输出作为跳频信号。

依据本发明的技术方案，每个跳频调制的信号在不同的频点上，对之实行扩频的PN序列在码元顺序上(或者说PN序列在时间相位上)，相差若干个码片。这样做的结果是：按照现行的解扩方法，由于每次跳频信号的解扩，都是用同一个PN序列，但是，同一个序列是不能完成对与自己相差一个以上码片的PN序列的解扩的，这样就达到以下的效果，即假使敌对方已经确知本发明的跳频图案，也确知了本发明技术中，扩频序列产生函数，但是，由于PN序列的特点，敌对方对每个跳频点的DS/FH信号，没有办法连续解扩。也就是说，即使敌对方偶然的完全正确解扩了一个跳频点上的信号，下一个跳频点的信号，只要该跳频点的PN序列和上一个频点的扩频码元相位差大于一个扩频码片，第二个频点上的扩频信号你就无法正确解扩。这就更加增强了该DS/FH的抗侦测性，进一步提高了信号的保密强度。

本发明的令一个优越性是：每次选定PN序列与前次选定的序列相差是多少，不是人为按顺序选择的，它也是受到伪随机信号序列的控制，因此更难以破译其规律性。

【附图说明】

图1为本发明的系统结构示意图

图2为本发明的调制系统的一种实施方式示意图

图3为本发明的PN序列移相器的一种实施方式示意图

图4为本发明的方法步骤示意图

【具体实施方式】

本发明的系统结构示意图如图1所示。本发明提出的一种DS/FH信号调制系统包括：PN序列生成器，PN序列移相器，信源数据产生器，信源数据处理器，第一乘法器，跳频信号生成器，第二乘法器。

PN序列生成器生成PN序列输出给PN序列移相器。PN序列生成器中储存着系统需要的若干个正交函数，可以根据需要更换不同的扩频序列。

PN序列移相器对PN序列进行移相后作为第一乘法器的第一输入。该模块用于产生具有相差的伪随机序列。该模块的实现可以参见图2。这里所说的“相差”，指同一时刻同一生成函数生成的两个伪随机序列，其中一个序列是另一个序列的移位序列，这里所述的移位，是指这两个序列其中一个序列A可以通过序列B在移位寄存器中向左或向右时移若干个码片而成。假若序列A可以由序列B向左移位若干码片而成，我们称为序列A在相位上滞后于序列B，或者说序列B在相位上超前于序列A；反之，如果序列A是由序列B向右位移若干码片，我们说序列A在相位上超前于序列B若干个码片，其实这里是借用了正弦波里相位的概念，以便于人们对于序列之间在时序上进行生成先后的区分。这里的一个码片指PN序列中的一个位元，具有周期长度为L的PN序列，其波形由L个码片构成。

其中PN序列移相器的优选实施方式包括PN序列移位存储器和PN序列移位控制器，其中一种优选的实施方式参见图3。PN序列移位存储器对移位后的PN序列进行存储，其存储容量应该足够大，以便于存储各种可能的位数移位后的PN序列。一种优选的PN序列移位存储器可以采用如下方式实现。例如PN序列生成器有m个移位寄存器单元构成长度为L的PN序列生成多项式结构，用于产生级数为m的PN序列。在PN序列生成器的输出端连接PN序列移位存储器，PN序列移位存储器包括有L-m个移位寄存器单元用以对PN序列位元的移位寄存，还包括分别引自L个移位寄存器单元输出端的L个输出抽头。则通过不同的抽头可以同时直接输出具有不同位移的PN序列，因此多选一模块可以直接选择这些抽头之一以便捷获得具有不同位移的PN序列的输出，减少了对缓存空间的需求，降低了时间延迟。

PN序列移位控制器用于控制输出PN序列移位存储器中存储的移位后的PN序列，作为移相后的PN序列输出。PN序列移位控制器优选以下的实施方式，即根据输入的伪随机信号的指示，这种伪随机信号可以为但不必然为一种伪随机序列，选择PN序列移位存储器中存储的进行了相应位数移位的PN序列，作为移相后的PN序列输出。其中PN序列移位控制器的实施方式优选包括伪随机移位译码模块和多选一模块，伪随机移位译码模块对输入的伪随机信号(例如一种伪随机序列PNX)中的多个数据位进行译码以确定PN序列需要移位的位数。通常所需要的译码位数与PN序列长度相关，比如PN序列长度为L时，如果PN序列为M序列，则所取的译码位数可以为不大于log₂(L+1)的正整数，如果PN序列为GOLD序列时，则所取的译码位数可以为log₂L。例如，PN序列长度为16时,可取PNX的4位序列；PN序列长度为32时，可取PNX的5位序列；余类推。多选一模块根据需要移位的位数选择PN序列移位存储器中存储的进行了相应位数移位的PN序列，作为移相后的PN序列输出。例如，PN序列长度为16，伪随机信号的4位数据位是0101，译码结果值为5，则选择PN序列移位存储器中存储的移位了5位的PN序列进行输出。由于伪随机移位译码模块的输入位是取自另一个伪随机序列产生的序列PNX中的4位序列，那么这4位出现的状态同样具有伪随机性，这种伪随机性经过译码其数值仍具有伪随机性，因此多选一模块输出的结果即移位后的PN序列中被移位的位数也具有伪随机性。这种具有伪随机相移的PN序列被用于对处理后的信源数据直接扩频，使得敌方在攻击时更加难以确定相移规律，提高了安全性。

信源数据产生器产生需要传输的信源数据输出给信源数据处理器。信源数据指各种需要传输的信息，包括控制文本信息，图像信息，控制指令，各类传感器采集的相关信息。

信源数据处理器对信源数据产生器输出的信源数据进行处理。该模块优选包括信息加密处理器和MSK调制器，信息加密处理器将信源数据产生器输出的信源数据进行加密，以便于数据保密；然后将其输出给MSK调制器，进行最小移频键控调制。MSK调制器对于输入经过加密处理的信源数据进行最小移频键控调制，然后输出给第一乘法器；供第一乘法器下一步扩频用。

第一乘法器的第一输入为经过移位的PN序列，第二输入为经过处理的信源数据，将其两个输入相乘得到输出。不妨假设PN序列生成函数生成的序列如下：

$f_x\left(t\right)\⇒(N_0{N}_1...N_K...N_{\mathrm{\Γ}-1})---(1-1)$

Γ为PN序列的周期长度，即每个序列由Γ个码片构成。

x＝0代表给序列相位从码片N0开始。

移位后的PN序列可以表示为：

$f_{x=J}\left(t\right)\⇒(N_J{N}_{J+1}......N_{J+\mathrm{\Γ}-1})---(1-2)$

x＝J代表在J时刻PN序列相位从码片NJ开始，与1-1序列相比，生成函数相同，但是相位相差J个码片。

设信源数据的信息码元的阈值范围为{-1，+1}二元值。

则第一乘法器的输出可以表示为：

信息码元

{-1，+1}×{N_J，N_J+1……N_J+Γ-1}(1-3)

1-3式只代表整个序列是由二元序列构成，没有进行任何运算。

上述输出为直接扩频后的信号作为第二乘法器的第一输入。

跳频信号生成器输出的跳频信号作为第二乘法器的第二输入。

跳频信号生成器的一种优选实施例参见图2，包括：

跳频图案输出选择控制器，跳频图案生成器，跳频频率样本产生器，跳频频率选择输出控制器，

跳频图案输出选择控制器从跳频图案产生函数集选择相应的跳频图案产生函数，进而产生不同的跳频控制数据，

跳频图案生成器，根据跳频控制数据输出跳频图案，

跳频频率样本产生器，产生不同的离散频率的载波，通常为正弦波，以便根据跳频需要输出不同的载波，该角色通常为频率合成器担当。

跳频频率选择输出控制器，根据跳频图案选择不同频率的载波信号输出作为跳频信号。

第二乘法器的第一输入为直接扩频后信号，第二输入为跳频信号，将其两个输入相乘，得到其输出为DS/FH信号，用公式可以表达为：

信息码元

{-1，+1}}×{N_J，N_J+1…N_J+Γ-1}×cos(ω_Jt)(1-4)

其中cos(ω_Jt)为J时刻的跳频信号函数。

本发明还提出了一种DS/FH信号调制方法参见图4，包括以下步骤：

步骤A1：PN序列生成器生成PN序列输出给PN序列移相器；

步骤A2：PN序列移相器对PN序列进行移相后作为第一乘法器的第一输入；

步骤B1：信源数据产生器产生需要传输的信源数据输出给信源数据处理器；

步骤B2：信源数据处理器输出处理后的信源数据作为第一乘法器的第二输入；

步骤C1：第一乘法器将其两个输入信号相乘，输出经过直接扩频的信号作为第二乘法器的第一输入；

步骤D1：跳频信号生成器输出跳频信号作为第二乘法器的第二输入；

步骤E1：第二乘法器将其两个输入信号相乘，输出DS/FH信号。

根据本发明系统的优选实施方式之一，其中所述PN序列移相器包括PN序列移位存储器和PN序列移位控制器，

因此所述步骤A2可以优选包括：

步骤A21：PN序列移位存储器对移位后的PN序列进行存储；

步骤A22：PN序列移位控制器用于控制输出PN序列移位存储器中存储的移位后的PN序列，作为移相后的PN序列输出。

考虑到伪随机的位移能够带来更大的有益效果，因此步骤A22的具体实施方式中可以优选为：

PN序列移位控制器根据输入的伪随机信号的指示，选择PN序列移位存储器中存储的进行了相应位数移位的PN序列，作为移相后的PN序列输出。

根据本发明系统的优选实施方式之一，其中所述PN序列移位控制器包括伪随机移位译码模块和多选一模块，因此在具体实施步骤A22时可以优选包括：

步骤A221：伪随机移位译码模块对输入的伪随机信号中的多个数据位进行译码以确定PN序列需要移位的位数，

步骤A222：多选一模块根据需要移位的位数选择PN序列移位存储器中存储的进行了相应位数移位的PN序列，作为移相后的PN序列输出。

根据本发明系统的优选实施方式之一，其中所述信源数据处理器包括信息加密处理器和MSK调制器，因此在具体实施步骤B2时可以优选包括：

步骤B21：信息加密处理器将信源数据产生器输出的信源数据进行加密输出给MSK调制器，

步骤B22：MSK调制器将加密后的信源数据进行MSK调制作为处理后的信源数据输出。

根据本发明系统的优选实施方式之一，其中所述跳频信号生成器包括：

跳频图案输出选择控制器，跳频图案生成器，跳频频率样本产生器，跳频频率选择输出控制器，

因此，具体实施步骤D1时可以优选包括：

步骤D11：跳频图案输出选择控制器从跳频图案产生函数集选择相应的跳频图案产生函数，进而产生不同的跳频控制数据，

步骤D12：跳频图案生成器根据跳频控制数据输出跳频图案，

步骤D12：跳频频率样本产生器产生不同的离散频率的载波，以便根据跳频需要输出不同的载波，

步骤D14：跳频频率选择输出控制器根据跳频图案选择不同频率的载波信号输出作为跳频信号。

通过本发明技术方案实现的DS/FH信号，具备更强的抗侦测性和保密性，能够广泛应用于通信领域中，获得更好地技术效果。

以上所述仅为本发明较佳的实施方式的示例，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求中。

Claims (6)

1.一种DS/FH信号调制系统，包括：PN序列生成器，PN序列移相器，信源数据产生器，信源数据处理器，第一乘法器，跳频信号生成器，第二乘法器，

其中PN序列生成器生成PN序列输出给PN序列移相器，PN序列移相器对PN序列进行移相后作为第一乘法器的第一输入，信源数据产生器产生需要传输的信源数据输出给信源数据处理器，信源数据处理器输出处理后的信源数据作为第一乘法器的第二输入，第一乘法器将其两个输入信号相乘，输出经过直接扩频的信号作为第二乘法器的第一输入，跳频信号生成器输出跳频信号作为第二乘法器的第二输入，第二乘法器将其两个输入信号相乘，输出DS/FH信号；

其中PN序列移相器包括PN序列移位存储器和PN序列移位控制器；

PN序列移位存储器对移位后的PN序列进行存储；

PN序列移位控制器包括伪随机移位译码模块和多选一模块，伪随机移位译码模块对输入的伪随机信号中的多个数据位进行译码以确定PN序列需要移位的位数，多选一模块根据需要移位的位数选择PN序列移位存储器中存储的进行了相应位数移位的PN序列，作为移相后的PN序列输出。

2.如权利要求1所述的系统，其中信源数据处理器包括信息加密处理器和MSK调制器，信息加密处理器将信源数据产生器输出的信源数据进行加密输出给MSK调制器，MSK调制器将加密后的信源数据进行MSK调制作为处理后的信源数据输出。

3.如权利要求1或2所述的系统，其中跳频信号生成器包括：跳频图案输出选择控制器，跳频图案生成器，跳频频率样本产生器，跳频频率选择输出控制器，跳频图案输出选择控制器从跳频图案产生函数集选择相应的跳频图案产生函数，进而产生不同的跳频控制数据，跳频图案生成器，根据跳频控制数据输出跳频图案，跳频频率样本产生器，产生不同的离散频率的载波，以便根据跳频需要输出不同的载波，跳频频率选择输出控制器，根据跳频图案选择不同频率的载波信号输出作为跳频信号。

4.一种DS/FH信号调制方法，包括以下步骤：

步骤A1：PN序列生成器生成PN序列输出给PN序列移相器；

步骤A2：PN序列移相器对PN序列进行移相后作为第一乘法器的第一输入；

步骤B1：信源数据产生器产生需要传输的信源数据输出给信源数据处理器；

步骤B2：信源数据处理器输出处理后的信源数据作为第一乘法器的第二输入；

步骤C1：第一乘法器将其两个输入信号相乘，输出经过直接扩频的信号作为第二乘法器的第一输入；

步骤D1：跳频信号生成器输出跳频信号作为第二乘法器的第二输入；

步骤E1：第二乘法器将其两个输入信号相乘，输出DS/FH信号；

其中所述PN序列移相器包括PN序列移位存储器和PN序列移位控制器，

所述步骤A2包括：

步骤A21：PN序列移位存储器对移位后的PN序列进行存储；

步骤A22：PN序列移位控制器用于控制输出PN序列移位存储器中存储的移位后的PN序列，作为移相后的PN序列输出；

其中所述PN序列移位控制器包括伪随机移位译码模块和多选一模块，

其中所述步骤A22包括：

步骤A221：伪随机移位译码模块对输入的伪随机信号中的多个数据位进行译码以确定PN序列需要移位的位数；

步骤A222：多选一模块根据需要移位的位数选择PN序列移位存储器中存储的进行了相应位数移位的PN序列，作为移相后的PN序列输出。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述信源数据处理器包括信息加密处理器和MSK调制器，所述步骤B2包括：

步骤B21：信息加密处理器将信源数据产生器输出的信源数据进行加密输出给MSK调制器；

步骤B22：MSK调制器将加密后的信源数据进行MSK调制作为处理后的信源数据输出。

6.如权利要求4或5所述的方法，其中所述跳频信号生成器包括：

跳频图案输出选择控制器，跳频图案生成器，跳频频率样本产生器，跳频频率选择输出控制器，所述步骤D1包括：

步骤D11：跳频图案输出选择控制器从跳频图案产生函数集选择相应的跳频图案产生函数，进而产生不同的跳频控制数据；

步骤D12：跳频图案生成器根据跳频控制数据输出跳频图案；

步骤D12：跳频频率样本产生器产生不同的离散频率的载波，以便根据跳频需要输出不同的载波；

步骤D14：跳频频率选择输出控制器根据跳频图案选择不同频率的载波信号输出作为跳频信号。