專利名稱：一種利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信技術領域，特別是涉及一種利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法。
背景技術：
跳頻通信是擴頻通信的一個分支，它的突出優(yōu)點是抗干擾性強，很適合于軍事通 信環(huán)境。跳頻通信的基本工作原理是，通信信號的載波頻率按照預定規(guī)律進行變化，具體而 言，通信中的載波頻率受特定碼的控制而按照預定規(guī)律變化。第三方在不知道控制碼(跳 頻圖案在跳頻序列控制下，載波頻率隨時間跳變的規(guī)律稱為跳頻圖案)的情況下，不能偵 聽通信信息。分析和實踐表明，即使有多達30%的通信頻率被干擾，系統(tǒng)仍然能夠在其他未 被干擾的頻率上進行正常通信。跳頻通信工作頻率集覆蓋了比定頻通信寬得多的頻帶，等 效于擴展了頻譜，既可以避開自然環(huán)境中的無意干擾，又使得敵對勢力難于捕捉通信信號 實施針對性干擾。跳頻的關鍵問題是跳頻同步，即收、發(fā)兩端的載波頻率必須具有相同的變化規(guī)律。 具體而言，要求做到以下兩點1、接收端的跳頻圖案與發(fā)送端的跳頻圖案一致；2、接收端和發(fā)送端的載波頻率變化時刻一致。跳頻同步依據(jù)同步信息傳遞及獲取方式的不同，可以分為三種基本方法，分別為 獨立信道法、同步字頭法和參考時鐘法。三種方法的特點如下獨立信道法利用一個專門的信道來傳送同步信息；接收端從該信道中接收發(fā)送 端送來的同步信息并依照同步信息的指令，設置接收端的跳頻圖案、頻率序列和起止時刻 以及校準收端的時鐘，然后在規(guī)定的起跳時刻開始跳頻通信。這種方式，需要專門的信道來 傳送同步信息，有的通信系統(tǒng)難以提供專門的信道，因此獨立信道法的應用受到了限制。同步字頭法在跳頻通信之前，選定一個或幾個頻率，先傳送一組特殊的攜帶同步 信息的碼字，接收端收到此同步信息碼字后，按同步信息的指令進行時間校準和跳頻。因為 是在通信之前先傳送同步碼字，故稱同步字頭法。使用該種方式，發(fā)送端需發(fā)送含有同步信 息的碼字，接收端解碼后，依據(jù)同步信息使接收端與發(fā)送端時間同步。同步信息包括跳頻圖 案的實時狀態(tài)信息和實時時間信息，即TOD (Time of Day，實時時間信息)信息。實時時間 信息包括年、月、日、時、分、秒、毫秒等，數(shù)據(jù)較長。數(shù)據(jù)太長，占用頻率就多，容易暴露同步 字頭的頻率，所以實際應用中往往只傳輸TOD信息的低位，即秒和毫秒。參考時鐘法在一個通信網(wǎng)內，設一個中心站，它播發(fā)高精度的時間信息，所有網(wǎng) 內的用戶依照此標準時鐘來控制同步定時，達到收、發(fā)雙方同步。采用這種方法進行跳頻同 步，需要事先約定所采用的跳頻圖案和頻率表；或需通過其它方式將跳頻圖案情息通知網(wǎng) 內用戶。另外，該方法需要一個精度極高的標準時鐘，否則不能實現(xiàn)跳頻通信。上述幾種基本的同步信息傳遞方法各有利弊，獨立信道法需要專門的信道來傳送 同步信息，占用額外的頻率資源和信號功率。另外，其同步信息傳送方式不隱蔽，易于被敵方發(fā)現(xiàn)和干擾。其優(yōu)點是傳送的同步信息量大，同步建立的時間短，并能不斷地傳送同步信 息，可保持系統(tǒng)的長時間同步。同步字頭法雖然不需專門的同步信息信道而是利用通信信道來傳送同步信息，但 同步信息傳送使用同步頻率，為了使同步信息隱蔽，應采用盡量短的同步字頭，但是同步字 頭太短又影響傳送的同步信息量的多少，需折衷考慮。采用同步字頭法的跳頻系統(tǒng)為了能 保持系統(tǒng)的長時間同步，還需在通信過程中，插入一定的同步信息碼字。參考時鐘法通過中心站，可以保證收發(fā)雙方時間的同步。但對中心站過于依賴，實 際使用受限，一旦中心站點損壞，時間不能對準，跳頻通信就會出現(xiàn)癱瘓。在跳頻同步的三種方法中，獨立信道法和參考時鐘法因為需要額外的信道或時 鐘，使用受到了限制。而同步字頭法不依賴外部條件，可以利用同步字頭實現(xiàn)時間一致和跳 頻同步，因此得到了廣泛應用。在利用同步字頭法實現(xiàn)跳頻同步時，同步信息必須包含TOD信息。為了實現(xiàn)時間 的完全同步，需傳送完整的TOD信息。TOD信息很長，包括年、月、日、時、分、秒、毫秒等信息， 同時，考慮到TOD信息的重要性，往往采取糾錯編碼、相關編碼或大數(shù)判決方法，這也就更 加增大了 TOD信息的長度。目前常用的傳輸TOD信息的方法有兩種，一種是傳輸完整的TOD信息，另一種是只 傳輸部分TOD信息，忽略掉TOD高位信息。第一種方法傳輸完整的TOD信息，數(shù)據(jù)很多，占 用的同步頻率多，同步頻率暴露的可能性增大，降低了通信的隱蔽性。而為了保證同步頻率 的安全和隱蔽性，可采用第二種方法，只傳輸部分TOD信息，但這樣接收端就不能得到完整 的TOD信息，只能使用有限的TOD信息，不能實現(xiàn)接發(fā)兩端時間的完全同步，容易出現(xiàn)時鐘 偏移和TOD高位錯開。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法，用以解決現(xiàn)有技術中存在 要么TOD信息數(shù)據(jù)很多，占用的同步頻率多，通信的隱蔽性不高，要么不能實現(xiàn)接發(fā)兩端時 間的完全同步，容易出現(xiàn)時鐘偏移和TOD高位錯開問題。為達上述目的，本發(fā)明提供了一種利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法，所述方 法包括以下步驟設置頻率更新時間，根據(jù)頻率更新時間，將實時時間信息分為高位信息和低位信 息；發(fā)送端發(fā)送包含所述發(fā)送端高位信息的同步碼跳和包含所述發(fā)送端低位信息的 TOD 跳；接收端根據(jù)所述同步碼跳，調整所述接收端的高位信息，根據(jù)所述TOD跳，調整所 述接收端的低位信息，實現(xiàn)與所述發(fā)送端時間同步。進一步，所述實時時間信息包括年、月、日、時、分、秒和毫秒，其中，所述低位信息 包括毫秒和秒的低四位，所述高位信息包括年、月、日、時、分和秒的高兩位。進一步，所述頻率更新時間為15秒。進一步，所述同步碼跳共20跳，以4個頻率循環(huán)5次發(fā)送；其中，4個頻率根據(jù)所 述發(fā)送端的高位信息生成，分別對應4個序號。
4
進一步，每經(jīng)過一個頻率更新時間，更新4個頻率中的一個，并且，更新后的4個頻
率重新與4個序號一一對應。進一步，所述接收端以設定時間更新掃描頻率，與所述發(fā)送端進行同步；所述掃描 頻率由所述接收端的高位信息生成，分別對應4個序號。進一步，當所述接收端的掃描頻率與所述同步碼跳的頻率相同時，獲取所述接收 端的掃描頻率對應的序號與所述同步碼跳的頻率對應的序號之差，則所述接收端的高位信 息與所述發(fā)送端的高位信息相差的時間為該差值與所述頻率更新時間的乘積，調整所述接 收端的時間超前或滯后該乘積時間，即實現(xiàn)所述接收端與所述發(fā)送端高位信息的同步。進一步，根據(jù)所述TOD跳，調整所述接收端的低位信息，具體為用所述TOD跳包含的所述發(fā)送端的低位信息替換所述接收端的低位信息。進一步，所述TOD跳共有5跳，5跳分別采用五種不同的頻率發(fā)送，5跳TOD跳傳輸 相同的內容。進一步，所述5跳TOD跳的頻率更新時間和同步碼跳相同。本發(fā)明有益效果如下本發(fā)明傳輸?shù)腡OD信息短，占用同步頻少，同步頻率暴露的可能性小，提高了安全 性。并且實現(xiàn)了接發(fā)兩端時間的完全同步，避免出現(xiàn)時鐘偏移和TOD高位錯開。


圖1為本發(fā)明實施圖2為本發(fā)明實施圖3為本發(fā)明實施圖4為本發(fā)明實施圖5為本發(fā)明實施圖6為本發(fā)明實施圖7為本發(fā)明實施
種利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法的流程種TOD信息格式的示意種跳頻格式的示意種同步碼跳格式的示意種跳頻同步過程的示意種時間與同步頻率關系種TOD跳信息格式的示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖以及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述 的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明使用同步字頭法實現(xiàn)跳頻同步，核心思想是通過將實時時間 信息分為高位信息和低位信息，分成兩部分進行時間同步，即高位信息的同步和低位信息 的同步。高位信息的同步是通過獲取發(fā)送端的高位信息和接收端的高位信息的時間差來進 行同步；而低位信息同步則通過用發(fā)送端的低位信息替換接收端的低位信息來進行同步； 發(fā)送端的高位信息和接收端的高位信息的時間差為發(fā)送端的高位信息與接收端的高位信 息相差的頻率更新時間的倍數(shù)與頻率更新時間的乘積。具體同步過程為發(fā)送端發(fā)送包含發(fā)送端高位信息的同步碼跳和包含發(fā)送端低位 信息的TOD跳；接收端接收所述同步碼跳和TOD跳，分別調整接收端的高位信息和低位信 息，即根據(jù)同步碼跳，調整所述接收端的高位信息，根據(jù)所述TOD跳，調整所述接收端的低 位信息，實現(xiàn)與所述發(fā)送端時間同步。
實時時間信息包含年、月、日、時、分、秒和毫秒；高位信息和低位信息的劃分，是根 據(jù)頻率更新時間。如果頻率更新時間為1分鐘，則分鐘以下的時間信息為低位信息，分鐘 (含分鐘)以上的時間信息為高位信息，以此類推。由于發(fā)送端的高位信息和接收端的高位信息的時間差為發(fā)送端的高位信息與接 收端的高位信息相差的頻率更新時間的倍數(shù)與頻率更新時間的乘積，因此，高位信息和低 位信息是根據(jù)頻率更新時間進行劃分。也就是說，時間的同步首先是計算高位信息相差幾 倍的頻率更新時間，進行高位信息同步，然后通過低位信息同步，將具體的時間差進行同 步。例如當頻率更新時間為20秒時，則獲取發(fā)送端的高位信息和接收端的高位信息相差 幾倍的頻率更新時間(20秒)，然后，調整接收端的時鐘，進行高位信息的時間同步。由于該 倍數(shù)通常是整數(shù)，而接收端和發(fā)送端的時間差通常都不是20的整倍數(shù)，因此，具體涉及20 秒以內的時間差時(在一個頻率更新時間范圍內)，需要低位信息進行同步，用發(fā)送端的低 位信息直接替換接收端的低位信息，即實現(xiàn)時間的同步。由上述分析可知，高位信息是通過計算發(fā)送端和接收端相差的頻率更新時間倍數(shù) 來進行時間的同步，因此，高位信息的同步受頻率更新時間限制，其只能在頻率更新時間4 倍范圍內進行時間的同步。例如，頻率更新時間為20秒，發(fā)送端和接收端的時間差小于80 秒才能進行同步，如果大于80秒，則無法進行同步，或者，即使同步，也存在錯誤。因此，選 擇較長的頻率更新時間，例如，選擇1小時，則接收端和發(fā)送端時間相差4小時以內，都可以 完成同步。但是頻率更新慢，容易被敵方發(fā)現(xiàn)和干擾，不容易隱蔽。選擇較短的頻率更新時 間，例如，選擇1秒，接收端和發(fā)送端時間相差必須在4秒鐘以內，才能完成同步。此時時間 同步的范圍小，但是頻率更新快，不容易被敵方發(fā)現(xiàn)和干擾，容易隱蔽。下面以具體實例進行詳細說明跳頻速度設定為1000跳/秒，數(shù)據(jù)速率設定為32kbps。TOD信息精確到毫秒，共 48位，包含年、月、日、時、分、秒和毫秒，格式如圖2所示。低位信息共14位，包括毫秒和秒 的低四位，剩余的為高位信息，共34位。發(fā)送端每一跳的時間為1毫秒，每一跳包含數(shù)據(jù)32位。根據(jù)傳輸內容的不同，可 分為同步字頭跳和數(shù)據(jù)跳，同步字頭跳又包含同步碼跳和TOD跳，如圖3所示。同步碼跳共 有20跳，循環(huán)使用四個頻率，這四個頻率由TOD高位參與生成(本發(fā)明不具體涉及頻率生 成的方法，因此不再詳述，需要指出的是，任何根據(jù)本地時鐘時間生成頻率的方法都可以)， 設定頻率更新時間為每15秒鐘變換一個頻率。TOD跳共有5跳，分別使用頻率fl、fll、 fill、flV、fV，15秒更換一個頻率。同步碼跳共20跳，在4個頻率循環(huán)5次發(fā)送。每一個循環(huán)的格式如圖4所示，包 含7位引導位、兩個12位相關碼和一個保留位。兩個12位相關碼設計為不同的序號，分別 為00、01、10、11，不同的序號代表了每一跳在循環(huán)中的位置，例如00就代表是循環(huán)中的第一跳。同步碼跳的頻率每15秒更新一個，當同步碼跳使用的頻率更新時，同步碼跳序號 和頻率的對應關系也相應更新，即在不同的時刻，每個序號對應不同的頻率。如表1所示， 在通信的開始時刻，序號00對應頻率Π，15秒后序號00對應頻率f2，30秒后則對應頻率
f3, ......ο表1 跳頻序號和頻率對應表
6 由于同步碼跳的頻率與TOD信息高位有關，因此，表1的對應關系實際由TOD信息 高位確定。當收發(fā)雙方的TOD高位不同時，這種對應關系就不同，根據(jù)對應關系的不同就可 以判斷出接收端和發(fā)送端在TOD信息高位的差異。在接收端，跳頻初始同步時采用慢掃描方式，5毫秒更換一個頻率，掃描頻率使用 接收端同步碼跳頻率。考慮到發(fā)送端和接收端時差的影響，同步碼跳頻率可能會有不同，但 只要保證一個頻率重合，就可以完成收發(fā)雙方的同步。如圖5所示，發(fā)送端的同步碼跳頻率 為f3、f4、f5和f6，接收端的同步碼跳頻率為fl、f2、f3、f4，當掃描到頻率f3時，接收端收 到同步信息，完成初始同步。如圖6所示，在初始同步時刻，發(fā)送端同步碼跳序號00對應的頻率為f4，而接收 端同步碼跳序號00對應的頻率為f2，序號10對應的頻率為f4，從對應關系可以看出，發(fā)送 端超前，接收端滯后，時間差為兩個時間段，即30秒。接收方檢測到這個差別后，可在自己 的時鐘進行調整，在TOD信息高位加上30秒的時間。調整時間時，需要考慮高位進位，由于 TOD信息包含年、月、日等信息，需要逐級進位，在日進位時，還要考慮潤月的影響。所有的進 位完成后，時間調整即刻完成，此時收發(fā)雙方TOD信息高34位已經(jīng)同步。TOD信息的低14位信息的同步，依靠TOD跳的接收來完成，TOD的格式如圖7所 示共有5跳，分別使用頻率fl、ill、fill、flV、fV，15秒更換一個頻率。5跳TOD跳傳輸 相同的內容，每一跳包含7位引導位，8位跳頭，14位TOD低位信息，3位保留位。在接收端 收到5跳TOD跳后，使用大數(shù)判定方法確定TOD低位值，然后用發(fā)送端的TOD低14位替換接收端的TOD低14位，保持接收端和發(fā)送端TOD低位信息一致。大數(shù)判定方法是指對接 收的五個低位信息時間進行比較，相同時間最多的時間認定為發(fā)送端發(fā)送的低位信息。這 樣設置的目的是，由于信號傳輸中存在干擾，因此，接收的時間可能存在差異，因此，采用五 組頻率進行發(fā)送，然后在接收的五組時間里選擇相同時間最多的時間，則可以保證接收時 間的準確性。例如五組時間里，有三組相同，兩組不同，則認定三組相同的時間為發(fā)送端發(fā) 送的低位信息。如果五組時間都不相同，則舍棄該五組時間，重新進行時間同步。TOD高位信息和低位信息分別調整后，接收端和發(fā)送端就達到了時間完全同步，在 以后的每一次同步跳期間，時間還可以進一步的對準。在以上時間同步方法中，要求接收端和發(fā)送端時間偏差小于60秒，即小于4倍的 頻率更新時間，才能實現(xiàn)時間可靠同步。接收端和發(fā)送端能夠實現(xiàn)時間同步的最大時間偏 差稱為最大可糾正時間偏差，此值可根據(jù)用戶需要確定。如果需要更大的時間偏差，則需要 降低同步頻率更新速度；如果需要小一些的時間偏差，則需要加快頻率更新速度。最大可糾 正時間偏差和頻率更新時間的關系為最大可糾正時間偏差<頻率更新時間*4。由上述實施例可以看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、同步頻率隱蔽性好。通信中傳輸?shù)腡OD信息短，占用同步頻少，同步頻率暴露的 可能性小。2、TOD信息可靠。TOD高位信息和同步碼跳中的序號關聯(lián)，同步碼跳序號使用12 位相關碼，容錯能力強。TOD低位信息連續(xù)接收5次，使用大數(shù)判斷，保證時間信息準確。3、利用傳輸?shù)牟糠諸OD信息，在接收端可以還原出完整的TOD信息，實現(xiàn)收發(fā)兩端 的時間的完全同步。4、最大可糾正時間偏差可以調整，根據(jù)不同的應用環(huán)境，調整同步頻率的更新速 度，即可實現(xiàn)最大可糾正時間偏差的調整。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍 之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
一種利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟設置頻率更新時間，根據(jù)頻率更新時間，將實時時間信息分為高位信息和低位信息；發(fā)送端發(fā)送包含所述發(fā)送端高位信息的同步碼跳和包含所述發(fā)送端低位信息的TOD跳；接收端根據(jù)所述同步碼跳，調整所述接收端的高位信息，根據(jù)所述TOD跳，調整所述接收端的低位信息，實現(xiàn)與所述發(fā)送端時間同步。
2.如權利要求1所述的利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法，其特征在于，所述實時 時間信息包括年、月、日、時、分、秒和毫秒，其中，所述低位信息包括毫秒和秒的低四位，所 述高位信息包括年、月、日、時、分和秒的高兩位。
3.如權利要求2所述的利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法，其特征在于，所述頻率 更新時間為15秒。
4.如權利要求3所述的利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法，其特征在于，所述同步 碼跳共20跳，以4個頻率循環(huán)5次發(fā)送；其中，4個頻率根據(jù)所述發(fā)送端的高位信息生成， 分別對應4個序號。
5.如權利要求4所述的利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法，其特征在于，每經(jīng)過一 個頻率更新時間，更新4個頻率中的一個，并且，更新后的4個頻率重新與4個序號一一對 應。
6.如權利要求5所述的利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法，其特征在于，所述接收 端以設定時間更新掃描頻率，與所述發(fā)送端進行同步；所述掃描頻率由所述接收端的高位 信息生成，分別對應4個序號。
7.如權利要求6所述的利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法，其特征在于，當所述接 收端的掃描頻率與所述同步碼跳的頻率相同時，獲取所述接收端的掃描頻率對應的序號與 所述同步碼跳的頻率對應的序號之差，則所述接收端的高位信息與所述發(fā)送端的高位信息 相差的時間為該差值與所述頻率更新時間的乘積，調整所述接收端的時間超前或滯后該乘 積時間，即實現(xiàn)所述接收端與所述發(fā)送端高位信息的同步。
8.如權利要求2所述的利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法，其特征在于，根據(jù)所述 TOD跳，調整所述接收端的低位信息，具體為用所述TOD跳包含的所述發(fā)送端的低位信息替換所述接收端的低位信息。
9.如權利要求8所述的利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法，其特征在于，所述TOD跳 共有5跳，5跳分別采用五種不同的頻率發(fā)送，5跳TOD跳傳輸相同的內容。
10.如權利要求9所述的利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法，其特征在于，所述5跳TOD跳的頻率更新時間和同步碼跳相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用跳頻同步碼實現(xiàn)時間同步的方法，所述方法包括以下步驟設置頻率更新時間，根據(jù)頻率更新時間，將實時時間信息分為高位信息和低位信息；發(fā)送端發(fā)送包含所述發(fā)送端高位信息的同步碼跳和包含所述發(fā)送端低位信息的TOD跳；接收端根據(jù)所述同步碼跳，調整所述接收端的高位信息，根據(jù)所述TOD跳，調整所述接收端的低位信息，實現(xiàn)與所述發(fā)送端時間同步。本發(fā)明傳輸?shù)腡OD信息短，占用同步頻少，同步頻率暴露的可能性小，提高了安全性。并且實現(xiàn)了接發(fā)兩端時間的完全同步，避免出現(xiàn)時鐘偏移和TOD高位錯開。
文檔編號H04B7/26GK101895314SQ20101010887
公開日2010年11月24日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權日2010年2月8日
發(fā)明者王紅旭, 郝建華 申請人:北京韋加航通科技有限責任公司