跳頻通信系統(tǒng)原理圖
如果用更專業(yè)的術(shù)語來解釋，可以這樣來描述：
在發(fā)信機(jī)中，使用一定頻率的載波對輸入的信碼進(jìn)行調(diào)制，得到帶寬一定的調(diào)制信號；獨立產(chǎn)生的跳頻序列控制頻率合成器，在不同的時隙內(nèi)輸出頻率跳變的本振信號；再用本振信號對調(diào)制信號進(jìn)行變頻，使變頻后的射頻信號頻率在跳頻序列的控制下偽隨機(jī)地跳變，以達(dá)到抗干擾的目的。
類似地，在收信機(jī)中，跳頻序列控制頻率合成器，使輸出的本振信號頻率隨發(fā)方頻率相應(yīng)的跳變；跳變的本振信號，對接收到的跳頻信號進(jìn)行變頻，將頻率搬回到原有頻率實現(xiàn)解跳；解跳后的調(diào)制信號在本地載波作用下，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)出信碼，從而實現(xiàn)信息的可靠傳輸。
在實際復(fù)雜信道環(huán)境下，跳頻通信如何有效抗干擾？李贊舉例說，因為信號傳輸頻率是跳變的，固定式頻率干擾自然起不了作用；即便對方干擾了一個或幾個頻段，只要跳變的頻隙數(shù)目足夠多、跳變范圍足夠?qū)?、跳變速率足夠高，也能夠有效的抵御干擾。與此同時，跳頻通信信號載波頻率在跳頻序列控制下隨機(jī)跳變，難以截獲、預(yù)測和干擾傳輸信息，因而還具有好的安全性。由此也可以看出，作為跳頻通信的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，跳頻序列是決定跳頻通信系統(tǒng)安全可靠的關(guān)鍵。
從1998年跟隨導(dǎo)師金力軍教授攻讀碩士開始，李贊就在導(dǎo)師的點撥引領(lǐng)和悉心指導(dǎo)下，邁入了跳頻通信的研究領(lǐng)域。她以研究跳頻序列為起點，逐步開展了對于該領(lǐng)域的深入研究。
實現(xiàn)跳頻抗干擾新突破
在掌握跳頻通信基礎(chǔ)理論和工作原理的基礎(chǔ)上，李贊發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外系統(tǒng)所普遍采用的跳頻序列設(shè)計大都基于有限域理論。針對日益復(fù)雜的無線電磁環(huán)境導(dǎo)致跳頻通信性能逐步下降的現(xiàn)狀，是否存在更優(yōu)秀的跳頻序列使得系統(tǒng)傳輸性能有效提升呢？
帶著對這個問題的深入思考，李贊帶領(lǐng)團(tuán)隊開展了一系列創(chuàng)新性研究，在跳頻通信領(lǐng)域成果初現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)和成果走在了同行前列，實現(xiàn)了三個方面的理論和技術(shù)突破。
李贊及其團(tuán)隊的第一個重要突破，就是首次將密碼學(xué)的加密機(jī)制，引入到了跳頻序列族的設(shè)計之中，提出了密碼學(xué)加密和跳頻序列設(shè)計的等價性原理，創(chuàng)建了基于加密思想的智能跳頻序列族?！拔覀兲岢龅幕诩用茉淼男蛄凶瀹a(chǎn)生方法，生成的序列具有優(yōu)異的綜合性能指標(biāo)?！?/p>
李贊介紹說，目前國內(nèi)外所能查閱到的跳頻序列一般最多可以滿足均勻性、隨機(jī)性、周期性、線性復(fù)雜性等少數(shù)幾項性能，而且還經(jīng)常“顧此失彼”，即一旦某一項性能指標(biāo)受到破壞，其他的幾項性能也會被影響。同時，按照已有理論生成的跳頻序列部分性能存在一定局限，比如周期性，也就是說在高速跳頻通信時其周期性規(guī)律難以抵御跟蹤式干擾；或者在多用戶接入和組網(wǎng)時，由于序列碰撞會影響網(wǎng)絡(luò)傳輸能力等。
李贊團(tuán)隊提出的算法，成功地將序列性能指標(biāo)拓展到13項，包括多址接入特性、游程特性、敏感性、相關(guān)性、組網(wǎng)特性等新性能?！白顬橹匾氖?，還順利破解了各指標(biāo)之間無法兼顧的難題，實現(xiàn)了13項性能指標(biāo)全部同時優(yōu)異?！崩钯澨貏e強(qiáng)調(diào)，“我們所提出的序列完全沒有周期，且對于該體制的破解，理論上只能采用窮盡攻擊法?！?/p>
基于高性能序列族理論的提出，針對新一代可靠通信系統(tǒng)需要適應(yīng)無線信道高動態(tài)變化的迫切需求，李贊及其團(tuán)隊在跳頻通信技術(shù)上的第二個重要突破，就是設(shè)計出系統(tǒng)參數(shù)隨信道特性實時變化的跳頻體制。
在研究中他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，跳頻通信系統(tǒng)除了需要保證抗干擾性、抗截獲等綜合性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)之外，同時還要求系統(tǒng)參數(shù)，比如跳頻頻隙數(shù)、跳頻間隔、跳頻用戶數(shù)、跳頻頻率集等，能夠隨著實際環(huán)境中的干擾、用戶等動態(tài)變化，實現(xiàn)高的通信可靠性和頻譜利用率。而現(xiàn)有的序列難以按照實際需求動態(tài)變化，因此系統(tǒng)參數(shù)的不可變也是亟需解決的重要問題。
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