跳頻及其自適應(yīng)技術(shù).ppt

,西安電子科技大學 綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)理論及關(guān)鍵技術(shù)國家重點實驗室,劉乃安,跳頻及其自適應(yīng)技術(shù),摘 要 1、跳頻概述 2、跳頻系統(tǒng)原理 3、跳頻系統(tǒng)的偽隨機碼 4、跳頻系統(tǒng)的頻率合成器 5、跳頻系統(tǒng)的同步 6、跳頻組網(wǎng) 7、跳頻系統(tǒng)的應(yīng)用 8、跳頻自適應(yīng)技術(shù),擴展頻譜,歷史 1、開始于19世紀20年代雷達的發(fā)明，為了提高分辨率，注重擴頻思想。二次世界大戰(zhàn)（WWII）中，軍隊對抗干擾也有此思想。但真正有關(guān)擴頻通信技術(shù)的觀點是在1941年由好萊塢女演員Hedy Lamarr 和鋼琴家George Antheil提出的?；趯︳~雷控制的安全無線通信的思路，他們申請了美國專利#2.292.387。不幸的是，當時該技術(shù)并沒有引起美國軍方的重視。 2、世界上第一個直接序列擴頻系統(tǒng)是在美國的聯(lián)邦通信實驗室(FTL)于1949年由Derosa和Rogoff完成的，成功的工作在New Jersey和California之間的通信線路上。,擴頻通信，即擴展頻譜通信(Spread Spectrum Communication)，它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽為進入信息時代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。,歷史 3、理論研究緊跟其上，1950年Basore首先提出把這種擴頻系統(tǒng)稱作NOMACS（Noise Modulation And Correlation Detection System）這個名稱被使用相當長的時間。 4、1951年后，美國的ASC(Army Signal Corps-陸軍通信兵)要求進一步研究NOMACS，想把它應(yīng)用于高頻無線電傳通信線路，以對抗敵人的干擾。1952年由Lincoln Laboratory研制出P9D型NOMACS 系統(tǒng)，并進行了試驗。以后在1953-1955年Lincoln Lab研制出了F9C型無線電傳機系統(tǒng)。 5、很快，美國海軍和空軍也開始研究他們自己的擴頻系統(tǒng)，空軍使用名稱為“Phatom”（鬼怪，幻影）和 “Hush-Up”（遮掩），海軍使用名稱為“Blades”（漿葉）。那時設(shè)備龐大，是用電子管裝的，設(shè)備要裝幾間屋子，使應(yīng)用受到限制。在晶體管出現(xiàn)后，特別是集成電路出現(xiàn)后，才使擴頻系統(tǒng)得到廣泛使用。,歷史 6、第一本有關(guān)擴頻系統(tǒng)的專著是R.C.Dixon于1976年出版，是一本IEEE專利，1977年出版。1978年在日本京都召開國際無線通信咨詢委員會公布研究成果。1982年在美國召開第一次軍事通信會議，兩次報告在軍事中的應(yīng)用。1985年美國提出CDMA(碼分多址)的概念同年美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)制定擴頻通信的標準和規(guī)范，逐步轉(zhuǎn)入民用的商業(yè)化研究。20世紀90年代，美國國家航空和航天管理局提出CDMA方式的頻譜利用率高于FDMA方式，對擴頻通信的研究產(chǎn)生深遠影響，其后各公司逐步生產(chǎn)商業(yè)產(chǎn)品。 7、最近的二十幾年擴頻技術(shù)得到越來越廣泛的使用。比如美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)設(shè)備簡單，定位精度高，全球使用。通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星系統(tǒng)(TDESS),碼分多址(CDMA)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，特別是NASA和軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)幾乎都使用擴頻技術(shù)，碼分多址移動通信系統(tǒng)，這些都是DS系統(tǒng)。FH系統(tǒng)如多種跳頻電臺，如SINCGARS（30-80Mhz）。跳時-跳頻混合型如JTIDS系統(tǒng)（Joint Tactical Information Distribution System)。我國正式把擴頻技術(shù)作為國家主要項目進行研究是在70年代。 8、以后在衛(wèi)星通信，數(shù)據(jù)傳輸，定位，授時系統(tǒng)中都有使用。今后，在衛(wèi)星通信，移動通信系統(tǒng)，定位系統(tǒng)等領(lǐng)域?qū)玫竭M一步廣泛使用。 SC-CDMA、MC-CDMA，單天線系統(tǒng)，多天線系統(tǒng)。,歷史總結(jié),產(chǎn)生與發(fā)展基于兩方面： 信息戰(zhàn)信息對抗電子對抗通信對抗 提高頻帶利用率,信息戰(zhàn)的內(nèi)容 電子對抗。如：電磁波的偵測與隱蔽、通信干擾與抗干擾、雷達干擾與抗干擾等。 網(wǎng)絡(luò)對抗。如：計算機病毒、軟件攻擊等。 消息對抗。如：加密與解密、消息的收集與欺騙等。,特點 高度的對抗性 極端的機密性 應(yīng)用的綜合性 對實戰(zhàn)環(huán)境的依賴性 采用新技術(shù)的超前性,信息戰(zhàn)的內(nèi)容及特點,通信偵察：使用通信偵察設(shè)備來探測、搜索、截獲敵方的無線通信信號，對信號進行測量、分析、識別、監(jiān)視以及測向和定位，以獲取信號頻率、電平、調(diào)制方式等技術(shù)參數(shù)以及電臺位置、通信方式、通信特點、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和屬性等情報。 通信干擾：使用通信干擾設(shè)備發(fā)射專門的干擾信號，破壞或擾亂敵方的無線通信，是通信對抗的進攻手段。 通信抗干擾：在軍事通信設(shè)備及系統(tǒng)中采用的通信反偵察、反干擾措施，是通信對抗的防御手段。本次講座重點討論有關(guān)通信抗干擾問題。,通信對抗的分類,通信中遇到的干擾 人為干擾和非人為干擾 軍事通信中非敵意的人為干擾: 多徑干擾、多用戶干擾、環(huán)境噪聲干擾、其它電臺的干擾等。 軍事通信中敵意的人為干擾: 1單頻干擾(固頻干擾)、窄帶干擾 2脈沖干擾、梳狀干擾 3跟蹤式干擾、瞄準式干擾 4轉(zhuǎn)發(fā)式干擾 5寬帶阻塞式干擾、壓制干擾 6升空干擾、智能化干擾,提高全民的國防意識； 了解通信高技術(shù)的一個主要領(lǐng)域； 民用與軍用的互相轉(zhuǎn)換、互相借鑒、互相支撐； 為進入軍事通信領(lǐng)域提供一些入門知識。,為什么要研究通信抗干擾？,信號隱蔽性 無線信號的隱蔽性 單位面積天線，在單位帶寬中所能截獲的信號功率 信號方式的隱蔽性 雙工方式、調(diào)制方式、多路方式、編碼方式、同步方式 信號參數(shù)的隱蔽性 特別是與抗干擾有關(guān)的參數(shù)，如：擴頻序列、跳頻序列、同步參數(shù)、信令參數(shù)等。,信號魯棒性 用干擾容限 三個層次的條件，即： a、設(shè)備性能。如：比特差錯率、語音質(zhì)量、同步及信令性能、網(wǎng)絡(luò)性能等，可以定一個門限，在此門限以下用戶不能接受。 b、工作環(huán)境。如：單臺設(shè)備還是多臺設(shè)備、有無天線抗干擾措施、干擾源是否升空等。 c、干擾性質(zhì)。如：干擾性質(zhì)、干擾強度、干擾時間等。,通信抗干擾性能,通信中的抗干擾技術(shù) 1擴展頻譜技術(shù)（DS、FH） 2開發(fā)強方向性的毫米波頻段 3加密技術(shù) 4猝發(fā)通信技術(shù) 如流星余跡通信 5天線零相技術(shù) 6分集技術(shù),通信中的抗干擾技術(shù)（另一種分類法） （1）頻率域 采用頻率域處理，如：直擴、跳頻、跳擴。 （2）時間域 采用時間域處理，如：瞬時、跳時等。 （3）空間域 采用空間域處理，如：自適應(yīng)天線等。 （4）其它數(shù)字處理 如：干擾抵銷、糾錯編碼等,無線頻譜,提高無線電頻譜資源的利用率,有線資源的帶寬是無限的 無線資源的帶寬是有限的,窄帶系統(tǒng) （1）拓展高頻段 （2）壓縮信息帶寬 （3）高性能的編碼與調(diào)制技術(shù),寬帶系統(tǒng) 擴頻技術(shù)或CDMA技術(shù) 復(fù)用與多址 單載波與多載波 單天線與多天線,基本概念（擴頻、擴譜、展頻、展譜） 擴展頻譜技術(shù)是用比信號帶寬寬得多的頻帶寬度來傳輸信息的技術(shù)。擴頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)用偽隨機編碼(擴頻序列：Spread Sequence)調(diào)制，實現(xiàn)頻譜擴展后再傳輸；接收端則采用相同的編碼進行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。是一種寬帶的編碼傳輸系統(tǒng)。 擴頻通信方式與常規(guī)的窄帶通信方式的區(qū)別： （1）信息的頻譜擴展后形成寬帶傳輸； （2）用擴頻碼序列來展寬信號頻譜； （3）相關(guān)處理后恢復(fù)成窄帶信息數(shù)據(jù)。,基本過程,主要特點,1、抗干擾能力強，特別是抗窄帶干擾能力強。寬帶干擾可為阻塞干擾。,干擾由于不知道擴頻偽隨機碼,主要特點,2、可檢性低(LPI-Low Probability of Intercept)，不容易被偵破，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小 。,3、抗多徑衰落,多徑分離與RAKE接收,主要特點,4、具有多址（SSMA）能力，易于實現(xiàn)碼分多址（CDMA） 技術(shù) 5、可抗頻率選擇性衰落。 6、頻譜利用率高，容量大（可有效利用糾錯技術(shù)、正交波形編碼技術(shù)、話音激活技術(shù)等）。 7、能精確地定時、測距與定位。 8、數(shù)模兼容，可開展多種通信業(yè)務(wù) 。,主要應(yīng)用,1、軍事通信（DS電臺,FH電臺，JTIDS），現(xiàn)在也開始民用和商用。 2、衛(wèi)星通信（多址，抗干擾，便于保密，降低平均功率譜密度） 3、移動通信（多址，抗干擾，便于保密，抗多徑，提高頻譜利用率） 4、雷達、導航 5、無線本地環(huán)路，WLAN 6、GPS（選址，抗干擾，保密，測距） 7、測試儀，干擾儀測時延，無碼測試儀 8、其他,基本方式,根據(jù)偽隨機碼插入通信信道的位置不同,PA,基本方式,直序擴頻（DSSS）,Modul-2 Adder,EXOR充當Modul-2加法器,基本方式,直序擴頻（DSSS）,基本方式,跳頻擴頻（FHSS）,基本方式,跳時擴頻（THSS）,TDMA,能用時間的合理分配避開強干擾 多個跳時信號可能重疊 需用糾錯編碼或協(xié)調(diào)方式的TDMA 抗干擾方法主要是減小占空比，干擾的方法是連續(xù)發(fā)射強干擾 很少單獨使用抗干擾，多混合方式,開關(guān),基本方式,跳時擴頻（THSS）,特點比較,跳頻,跳頻通信技術(shù)的歷史與發(fā)展,跳頻通信的發(fā)展歷程可概括為：40年代末理論先導，60年代研制攻關(guān)，70年代末產(chǎn)品問世，80年代逐步推廣，90年代廣泛應(yīng)用，21世紀飛速發(fā)展。,70年代末第一部跳頻電臺問世 80年代，世界各國軍隊普遍裝備跳頻電臺。這十年是跳頻電臺發(fā)展速度最快的十年。廣泛使用跳頻電臺曾被譽為80年代VHF頻段無線電通信發(fā)展的主要特征。 90年代，跳頻通信如虎添翼，在軍用跳頻通信領(lǐng)域已相當成熟的同時，跳頻通信的應(yīng)用又拓寬到民用領(lǐng)域。 業(yè)內(nèi)人士指出，跳頻通信是對抗無線電干擾的有效手段，稱其為無線電通信的“殺手锏“。,跳頻系統(tǒng),跳頻系統(tǒng)組成,跳頻器由頻率合成器和跳頻指令發(fā)生器構(gòu)成 跳頻器輸出的跳變的頻率序列，就是跳頻圖案 利用偽隨機發(fā)生器來產(chǎn)生跳頻指令的，或者由軟件編程來產(chǎn)生跳頻指令 跳頻單元稱為載波保護單元CPA(Carrier Protect Assemble),跳頻系統(tǒng)中的調(diào)制,跳頻對調(diào)制方式并沒有太多限制，所以模擬和數(shù)字移動通信均可采用跳頻擴頻技術(shù)。 一般采用非相干解調(diào)的FSK調(diào)制,雖然恒包絡(luò)的PSK調(diào)制比FSK的性能好，但是PSK在碼元交替處的載波相位是不連續(xù)的，這在功率譜上會產(chǎn)生很強的旁瓣分量；PSK 調(diào)制通常采用相干解調(diào)，而跳頻通信中,一般來說頻率合成器在連續(xù)的跳變中不能維持相位的相干，或者說要保持用于跳頻模式的頻合中的相位相干很困難；當信號在一個寬的帶寬上從一個頻率跳到另一個頻率時，在信道上信號的傳播過程中保持相位相干也很困難。 一些為了壓縮受調(diào)信號的頻譜寬度和獲得比較理想的誤碼率特性，采用部分響應(yīng)技術(shù)的窄帶調(diào)制方式，在跳頻方式中也不宜采用。因為在頻率跳變時要保持載波相位連續(xù)且平滑是很難的。（相干跳頻通信中解決了相位不連續(xù)性問題） FSK 是它的一種常用工作方式，其相位是不連續(xù)的，可以看做是 M個振幅不同，載波不同，時間上互不相容的二進制ASK信號的疊加。但是正因為其相鄰碼元相位不連續(xù)，頻率跳變將引起較大的功率譜旁瓣，頻譜效率低，而只能應(yīng)用于低速率傳輸系統(tǒng)中。,跳頻系統(tǒng)中的調(diào)制,MFSK調(diào)制,對頻差和相移不敏感 恒包絡(luò)調(diào)制，AGC的限幅作用對誤碼率影響不大 峰平比低，對HPA的線性要求不高 頻譜效率低，頻點少，為避免碰撞，適宜慢跳頻系統(tǒng) 抗白噪聲能力優(yōu)于MASK，較MPSK差 解調(diào)在一個周期內(nèi)積分，抗脈沖干擾的能力強 可用前向糾錯的辦法克服部分頻帶干擾 抗多經(jīng)方法：編碼與交織結(jié)合、宏分集、增大調(diào)制階數(shù)（通常不大于8）、提高跳速并用微分集。,MPSK調(diào)制,對頻差和相移較敏感 AGC的限幅作用對誤碼率影響較大 對HPA的線性要求不高 頻譜效率較高，可用于快跳頻系統(tǒng) 抗白噪聲和部分頻帶干擾的能力較強 常用DQPSK或/4DQPSK方式,跳頻系統(tǒng)中的調(diào)制,在系統(tǒng)帶寬一定的情況下，采用高效的調(diào)制制度，可以增加頻點數(shù)。 MQAM 是一種頻譜利用率較高的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，可以看作是振幅調(diào)制和相位調(diào)制的結(jié)合。在單通道跳頻系統(tǒng)中，可采用最小頻移鍵控（MSK）或其它連續(xù)相位頻移鍵控（CP-FSK）。MSK 和 CP-FSK 調(diào)制都是相位連續(xù)的調(diào)制方式，但因為它們的信號具有全響應(yīng)性質(zhì)，故實現(xiàn)起來相對容易。而且它們可以使用非相干檢測對信號進行解調(diào)。MSK 是一種恒包絡(luò)的連續(xù)相位調(diào)制。恒包絡(luò)調(diào)制提供了下述優(yōu)點:具有極低的旁瓣能量，可以使用功率效率高的 C 類放大器，電池利用率較高，容易恢復(fù)用于相干解調(diào)的載波，具有高的抗信號波動的特性。盡管它可以使用 I/Q 調(diào)制，對這種類型的調(diào)制，更簡單的設(shè)備是使用電壓控制的振蕩器，但是 MSK 系統(tǒng)帶寬占用比線性調(diào)制大，因而頻帶利用率低，多用于調(diào)制速率不高的傳輸系統(tǒng)中，以使頻帶不至于過寬。特別地，在混沌通信系統(tǒng)中，還有 CSK（混沌移頻鍵控），DCSK（差分混沌移頻鍵控），F(xiàn)M-CSK 等調(diào)制方式。,跳頻與多址方式的結(jié)合,跳頻 CDMA 跳頻 OFDM,FH-CDMA 系統(tǒng)的發(fā)送端，利用 PN 碼去控制頻率合成器，使之在一個寬范圍內(nèi)的規(guī)定頻率上偽隨機地跳動，然后在與信碼調(diào)制過程中混頻，從而達到擴展頻譜的目的。在接收端，通過一個與發(fā)送端相同的本地 PN 碼，驅(qū)動本地頻率合成器產(chǎn)生同樣規(guī)律的頻率跳變，和接收信號混頻后獲得固定中頻的已調(diào)信號，通過解調(diào)還原出原始信號。和通常的跳頻系統(tǒng)一樣，F(xiàn)H-CDMA 具有良好的遠近效應(yīng)特性。其同步比 DS-CDMA 簡單得多,可以很容易地使同步裝置跳過某些特定頻率,這就可以允許更大的擴頻帶寬。,在每個時隙中，可以根據(jù)跳頻圖樣來選擇每個用戶所使用的子載波頻率，從而可以利用跳頻的優(yōu)點為OFDM系統(tǒng)帶來好處。跳頻 OFDM 系統(tǒng)能夠為小區(qū)內(nèi)的多個用戶設(shè)計正交跳頻圖樣，從而相對容易地消除小區(qū)內(nèi)的干擾。而通常的窄帶系統(tǒng)只有當信道時延擴展大大小于數(shù)據(jù)符號周期時，即信號帶寬遠遠小于信道的相干帶寬才能保證傳輸質(zhì)量。,跳頻器,對跳頻器的要求： 要求輸出頻譜要純，輸出頻率要準、穩(wěn)，否則接收和發(fā)射兩端不易同步，不能可靠地進行通信； 跳頻圖案要多，跳頻規(guī)律隨機性要強，從而可加強通信的保密性能； 要求頻率轉(zhuǎn)換速度要快，輸出的可用頻率數(shù)要多。跳頻速率越快，通信頻率的跳變越不易被干擾或破譯，但頻率跳變太快也會使頻譜展寬，且使得跳頻器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高； 跳頻器輸出頻率要高。頻率越高，可利用的頻率范圍越寬，跳頻通信產(chǎn)生的頻率數(shù)越多，保密性就越強； 跳頻器必須要有很高的可靠性和穩(wěn)定性、抗震性，適合于戰(zhàn)術(shù)通信和移動通信使用的要求； 跳頻器要求體積小、輕便，使跳頻電臺適用于攜帶式移動通信。,跳頻器主要技術(shù)指標： 跳頻速率或頻率轉(zhuǎn)換時間（跳頻速率105h/s或頻率轉(zhuǎn)換時間1s） 跳頻信號帶寬（若頻點間隔200kHz，則跳頻帶寬60MHz） 跳頻頻率數(shù)（256點，達4095即2121） 電臺輸出的寄生信號頻率低于選定頻率80dB,跳頻頻率合成器,直接式頻合 轉(zhuǎn)換速度快（100s級）； 頻率分辨率高（10-2Hz） 相位噪聲較低，頻譜純度較高（90-100dB），但雜散較難抑制； 可產(chǎn)生的頻率數(shù)多，通過增加混頻級數(shù)還可進一步增加頻率數(shù) ； 跳頻信號頻率高，帶寬寬（如60MHz）； 工作穩(wěn)定可靠； 隨著混頻級數(shù)的增加，傳輸時延也會增加，這樣就限制了跳頻速率； 隨著跳頻點數(shù)的增加，硬件的復(fù)雜度呈指數(shù)增加，體積和重量也相應(yīng)增加。 SAW是發(fā)展趨勢,簡單直接式頻率合成器,“和頻分頻”基本單元框圖,跳頻頻率合成器,單環(huán)間接式頻合（PLL） 輸出頻率高，頻點多； 雜散少； 相位噪聲較低； 轉(zhuǎn)換速度較慢（幾十s 到幾百ms級）； 頻率穩(wěn)定度較高； 硬件結(jié)構(gòu)簡單、體積??； 易集成 頻率間隔不能太小。 小數(shù)分頻可獲得低相噪、小步進（Hz級）、快速鎖定（100 s級）等性能,雙環(huán)（乒乓式）頻合 轉(zhuǎn)換時間短（ns級），跳速較高 開關(guān)調(diào)幅影響頻譜純度 開關(guān)隔離度隨頻率升高而減小 減小步進和提高跳速都很難 電磁兼容問題 線路復(fù)雜,單環(huán)間接式頻率合成器,雙環(huán)路間接式頻率合成器,直接式數(shù)字頻率合成器（DDSDirect Digital Synthesis）,分辨率高（mHz） 頻率轉(zhuǎn)換時間快（ns） 相位噪聲低（120dBc/Hz） 頻率轉(zhuǎn)換時相位連續(xù) 輸出頻帶寬（1/2fc），頻率低 具有調(diào)制功能和其它功能 雜散較大 頻點多 輸出頻率越高，功耗越大,NCO輸出,DDS組成,用DDS實現(xiàn)調(diào)制功能,DDS小數(shù)分頻頻合,集成整數(shù)PLL頻合、小數(shù)分頻頻合和DDS的優(yōu)點 高頻、寬帶、高跳速、低相噪、低雜散、高分辨率、較低功耗,小數(shù)分頻,跳頻頻率合成器比較（1）,跳頻頻率合成器比較（2）,基于DDS的組合式跳頻頻率合成器,DDS+PLL頻合,DDS驅(qū)動PLL頻率合成器,加BPF可抑制DDS的寬帶雜散,DDS的帶內(nèi)雜散經(jīng)倍頻后頻譜純度惡化,PLL 內(nèi)插DDS系統(tǒng)方法,頻譜純度較高 頻率轉(zhuǎn)換時間較長（達幾十s ）,基于DDS的組合式跳頻頻率合成器,DDS+DS頻合,模擬倍頻器代替PLL 頻譜純度較高（但帶內(nèi)雜散惡化） 頻率轉(zhuǎn)換時間快，適合高速跳頻 輸出頻點多 輸出頻率較高，拓展了DDS的輸出帶寬,DDS,BPF,N倍頻鏈,BPF,頻率控制字K,fc,跳頻圖案（圖樣）,跳頻通信中載波頻率改變的規(guī)律，可用時-頻矩陣（講原理時）或序列表示（研究時）,常采用偽隨機改變的跳頻圖案,(a)中所示為一快跳頻圖案，它是在一個時間段內(nèi)傳送一個碼位(比特)的信息。通常稱此時間段叫跳頻的駐留時間，稱頻率段為信道帶寬。,(b)所示是一慢跳頻圖案，它是在一個跳頻駐留時間內(nèi)傳送多個(此處3個)碼位(比特)的信息。,圖案本身的隨機性要好，要求參加跳頻的每個頻率出現(xiàn)的概率相同。隨機性好，抗干擾能力也強。周期要長。,保密性要強，密鑰量要大，要求跳頻圖案的數(shù)目要足夠多。這樣抗破譯的能力強。 各圖案之間出現(xiàn)頻率重疊的機會要盡量的小，要求圖案的正交性要好。這樣將有利于組網(wǎng)通信和多用戶的碼分多址。,跳頻序列,用來控制載波頻率跳變的地址碼序列稱為跳頻序列，其作用在于：,控制頻率跳變以實現(xiàn)頻譜擴展 跳頻組網(wǎng)時，采用不同的跳頻序列作為地址碼，發(fā)端根據(jù)收端的地址碼選擇通信對象。當多個用戶在同一頻段同時跳頻工作時，跳頻序列是區(qū)分每個用戶的唯一標志。 跳頻序列的性能對跳頻系統(tǒng)的性能有著決定性的影響,跳速,跳速,一般跳頻系統(tǒng)可根據(jù)跳頻速率為快跳頻（FFH）、中速頻跳（MFH）和慢速跳頻（SFH），有兩種劃分方式。第一種是將跳速（Rh）與信息速率（Ra）相比較來劃分，若跳頻速率Rh大于信息速率Ra，即RhRa，為快速跳頻；反之，RhRa為慢速跳頻。另外一種劃分方式是以跳速來劃分： SFH：Rh: 10 100hs，如以色列的VHF88、美國的Scimitar-H; MFH: Rh: 100 500hs，如美國的SINCGARSV； FFH：Rh:500hs，如美國的Scimitar-V。 跳頻速率不同，抗干擾性能不同，復(fù)雜程度和成本也不同。,跳速,跳頻頻譜,箭頭所示是載波頻率跳變的過程。載波頻率之間的頻率間隔就是信道帶寬，跳頻的載波數(shù)目乘上信道帶寬就是跳頻帶寬。,跳頻頻譜,跳頻頻譜,跳頻通信條件,跳頻通信條件 與定頻通信相比，跳頻通信的載波頻率一直在跳變。工作中，發(fā)方以相當快的速率（跳速）改變頻率，收方必須與發(fā)方同步地改變頻率，雙方才能保持通信。也就是說，跳頻通信時，收發(fā)雙方必須采用同一種跳頻圖案。跳頻電臺之間要成功地進行跳頻通信，收發(fā)雙方必須同時滿足三個條件：跳頻頻率相同；跳頻序列相同；跳頻的時鐘相同（允許存在一定的誤差）。三個條件缺一不可，否則無法實現(xiàn)跳頻通信。,跳頻圖案,只是跳頻圖案相同；,圖(b)是跳頻圖案及跳頻頻率一致的情況；,圖(c)為跳頻圖案、跳頻頻率以及跳頻起止時刻完全一致,跳頻波形,跳頻信號波形,頻率合成器從接受指令開始建立振蕩到達穩(wěn)定狀態(tài)的時間叫作建立時間；穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)的時間叫駐留時間；從穩(wěn)定狀態(tài)到達振蕩消失的時間叫消退時間。從 建立到消退的整個時間叫作一個跳周期，記作Th。建立時間加上消退時間叫作換頻時間。只有在駐留時間(記作TD)內(nèi)才能有效地傳送信息。,跳頻波形,跳頻通信系統(tǒng)為了能更有效地傳送信息，要求頻率切換占用的時間越短越好。通常，換頻時間約為跳周期Th的1/8 1/10。比如跳頻速率每秒500跳的系統(tǒng)，跳周期Th2ms，其換頻時間為0.2ms左右。跳頻速率每秒20跳的系統(tǒng)，跳周期是50ms，其換頻時間約為5ms。,跳頻信號分析,設(shè)信源產(chǎn)生的信號a(t)為雙極性數(shù)字信號,an為信息碼，取值1或1 ，Ta為信息碼元寬度，ga(t)為門函數(shù),跳頻信號分析,調(diào)制采用PSK調(diào)制。由頻率合成器產(chǎn)生的頻率為fi，,fi在（i1）ThtiTh內(nèi)的取值為頻率集f1、f2，fN中的一個頻率，由偽隨機碼確定，Th為每一頻率（每一跳）的持續(xù)時間或駐留時間。這樣，用a(t)去調(diào)制頻率合成器產(chǎn)生的頻率fi，可得射頻信號的為,跳頻接收機原理框圖,跳頻信號分析,接收端收到的信號為,信號分量,噪聲分量(高斯白噪聲),干擾信號分量,不同網(wǎng)的跳頻信號,跳頻信號分析,接收端頻率合成器產(chǎn)生的頻率受與發(fā)端相同的偽隨機碼產(chǎn)生器的控制，產(chǎn)生的頻率fj為接收頻率合成器產(chǎn)生的頻率集中的一個,在混頻器中，接收到的信號與本振相乘，得,收發(fā)兩端的頻率合成器產(chǎn)生的頻率受相同的偽隨機碼的控制，控制方式相同，兩偽隨機碼的初始相位相同（同步），則有ij。這樣，收端頻率合成器產(chǎn)生的頻率正好比發(fā)端的頻率高出一個中頻fI（也可低一個中頻），經(jīng)混頻，取下邊帶，就可得信號分量,信號分量s，(t),濾波,固定中頻信號，與非跳頻系統(tǒng)送入解調(diào)器的信號是相同的，經(jīng)解調(diào)后，可恢復(fù)出傳送的信息a(t)，從而完成信息的傳輸。,由上式還可看出，中頻載波有一附加相移i，這是由發(fā)端頻率合成器引入的，但實際上它還應(yīng)包括收端頻率合成器引入的相移以及傳輸過程引入的相移，這些相移在每一跳Th的時間內(nèi)是不相同的。這就是為什么跳頻系統(tǒng)多采用非相干檢測的原因。,跳頻系統(tǒng)的非相干解調(diào),由于n(t)為高斯白噪聲，經(jīng)混頻后，噪聲分量與一般的非跳頻系統(tǒng)一樣，沒有變化，也就是說，跳頻系統(tǒng)對白噪聲無處理增益。,n(t)分量,n(t)與cosj，t不相關(guān)，可得到其自相關(guān)函數(shù)和功率譜分別為,與窄帶系統(tǒng)的解調(diào)器的輸入噪聲功率相同。,干擾分量J(t),由于不知道跳頻頻率的變化規(guī)律，即不能得到跳頻系統(tǒng)的信息，經(jīng)混頻后，被搬移到中頻頻帶以外，不能進入解調(diào)器，也就不能形成干擾，從而達到了抗干擾的目的。J(t)要有效地干擾跳頻信號s(t)，必須與s(t)的頻率始終相同，否則是無能為力的。,由于J(t)與cosj,t不相關(guān)，可得其自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度分別為,干擾分量的功率譜密度實際上是把干擾信號的功率譜密度搬移。若搬移后的正好在中頻通帶內(nèi)有值，即I將對有用信號形成干擾，否則不會對有用信號構(gòu)成威脅,sJ(t)分量,不同網(wǎng)有不同的跳頻圖案，在組網(wǎng)時，已考慮到了不同網(wǎng)之間的相互干擾問題，即應(yīng)使其頻率跳變是正交的，互不重疊。不同網(wǎng)的信號由于頻率跳變的規(guī)律不同，故不能形成干擾。,網(wǎng)號不同，跳頻圖案不同,由于不同步，kj，經(jīng)混頻后不能進入中頻通帶內(nèi)，因而不能對有用信號形成干擾。若不同網(wǎng)的信號正好與有用信號的頻率在某一段時間內(nèi)相同，則會有一中頻輸出，將會對有用信號形成干擾。,發(fā)送端的載頻受偽隨機碼的控制，不斷地、隨機地改變，躲避干擾。在接收端，用與發(fā)端相同的偽隨機碼控制本地頻率合成器產(chǎn)生的頻率，使之與發(fā)端的載頻同步跳變，混頻后使之進入中頻頻帶內(nèi)；對于干擾信號，由于不知道跳頻系統(tǒng)的載頻變化規(guī)律，經(jīng)接收機接收，不能進入中頻頻帶內(nèi)，也就不能形成干擾。這樣，跳頻系統(tǒng)就達到了抗干擾的目的。由此可見，跳頻系統(tǒng)的抗干擾機理與直擴系統(tǒng)是不同的，跳頻系統(tǒng)以躲避干擾的方式抗干擾，可以認為是一種主動式抗干擾方式；而直擴系統(tǒng)用把干擾功率分散的方法來降低干擾功率，提高解調(diào)器的輸入信干比，以此來達到抗干擾的目的，故可以認為是一種被動式的抗干擾方式。,跳頻系統(tǒng)的抗干擾機理,設(shè)在一頻帶BW內(nèi)，等間隔分為N個頻道，即可用頻率數(shù)為N，頻率間隔為F，信息帶寬為BaF。定義跳頻系統(tǒng)的處理增益為射頻帶寬與信息帶寬之比，即,跳頻系統(tǒng)的處理增益,跳頻系統(tǒng)的抗干擾性能即處理增益是與跳頻系統(tǒng)的可用頻道數(shù)N成正比的，N越大，射頻帶寬BW越寬，抗干擾能力越強。 但是，不能用處理增益GP來表征抗跟蹤式干擾的能力。,修正后的跳頻處理增益的統(tǒng)一定義和算法為,跳頻處理增益與抗干擾能力的關(guān)系,跳頻處理增益是針對抗阻塞干擾而言的,而抗阻塞干擾能力又是針對定頻通信而言的（常用部分頻帶干擾的原因） 跳頻處理增益不能完全描述系統(tǒng)的抗阻塞干擾能力（盲跳頻和自適應(yīng)跳頻） 提高跳頻處理增益有利于提高系統(tǒng)抗跟蹤干擾能力（間接關(guān)系） 跳頻處理增益的增加受到多種因素的限制,式中，Na 為實際頻率數(shù), k 為修正因子, k=Fmin/ Ba,k 0。,跳頻干擾,干擾方式1：在某一個頻率上施放長時間的大功率的干擾，即單頻干擾。 干擾方式2：在某幾個頻率上施放長時間大功率的干擾，即多頻干擾。 干擾方式3：在連續(xù)的幾個頻帶上施放長時間大功率的干擾，稱作部分頻帶干擾。 干擾方式4：在不同時間內(nèi)在不同的頻率上施放大功率的干擾。 干擾方式5：依照跳頻圖案的規(guī)律跟蹤施放大功率的干擾。,跳頻干擾,跳頻系統(tǒng)技術(shù)指標與抗干擾能力,跳頻帶寬 跳頻頻率的數(shù)目 跳頻的速率 跳頻碼的長度(周期) 跳頻系統(tǒng)的同步時間,跳頻帶寬越寬，抗寬帶（部分頻帶）干擾的能力越強。 跳變的頻率數(shù)目越多，抗單頻、多頻以及梳狀干擾的能力越強。 跳速越快，抗跟蹤式干擾的能力就越強。 跳頻碼的長度越長，跳額圖案延續(xù)時間越長，敵方破譯越困難，抗截獲的能力也越強。,白噪聲干擾,假設(shè)跳頻系統(tǒng)總帶寬為W，把W分成相等的N個頻道（不重疊、不間隔），白噪聲的功率均勻分布在這些頻道內(nèi)。跳頻信號經(jīng)解跳后落入中頻頻帶內(nèi)的噪聲功率為總噪聲功率的1/N，則處理增益為N。,在 BFSK/FH 系統(tǒng)中，幾個用戶獨立地按照它們的跳頻圖案改變載波頻率。如果兩個用戶不同時使用相同的頻帶，即不發(fā)生碰撞，也沒有干擾“擊中”，則在AWGN信道上，采用非相干解調(diào)方式，2FSK的FH系統(tǒng)的差錯概率為 其中 為單位信噪比。,單頻干擾與窄帶干擾,跳頻系統(tǒng)減小單頻干擾或窄帶干擾進入接收機的概率，是一種有效的對抗方法。 干擾信號和跳頻系統(tǒng)不同，干擾對跳頻系統(tǒng)的影響不同。 干擾信號的功率對系統(tǒng)的影響 若是強干擾信號，產(chǎn)生頻道阻塞，在此頻道上的最大誤碼率為1/2。,若在BW內(nèi)有N個頻道和J個固頻干擾，這J個干擾的頻率正好與N個頻率中的J個頻率相同，且假設(shè)N個頻率是等概出現(xiàn)的，那么這J個干擾頻率將形成一定的干擾。我們把干擾頻率與信號頻率相同，且干擾功率超過信號電平形成的干擾稱為“擊中”（即形成干擾），則“擊中”概率為,在這種情況下系統(tǒng)的最大誤碼率為,單頻干擾與窄帶干擾,若是弱干擾信號，不會影響在此頻道上的傳輸，對系統(tǒng)的誤碼率也影響不大。此時系統(tǒng)誤碼率近似為在白噪聲情況下的性能，或者近似為,其中， 為干擾的功率譜密度。,“擊中”概率與字的差錯概率,為降低“擊中”概率,改善跳頻系統(tǒng)的誤碼性能，可以用增加可用頻率數(shù)的辦法，也可以用增加冗余度（同時提高跳頻速率）的辦法，即采用糾錯編碼技術(shù),用幾個頻率傳輸1比特信息,即要用(C,W)分組編碼的方法,字的差錯概率為,為總的“擊中”概率， , 為由于擊中而產(chǎn)生的頻道誤碼率，C為每比特的頻率數(shù), r為判決門限。這樣可大大降低錯誤概率，提高系統(tǒng)抗干擾性能。 下圖為多（跳）頻傳輸時的誤切普率（相當于上面的頻道誤碼率）與誤碼率（相當于上面的誤字率）之間的關(guān)系 跳頻系統(tǒng)加上自適應(yīng)調(diào)零天線，進一步增加對抗特強干擾的能力。,多頻傳輸在不同判決準則下Pe,與Pe 的關(guān)系,誤碼率Pe,與誤切普率Pe,在實際中增加多余度究竟能使誤碼率改善多少，取決于系統(tǒng)參量。顯然，每比特信息發(fā)送的切普數(shù)越多，誤碼率就越小，這要求跳頻速率和射頻帶寬成正比增加。如果系統(tǒng)帶寬或頻率合成器產(chǎn)生的頻率的能力受到限制，則必須在每比特發(fā)送較多頻率數(shù)與降低誤碼率之間進行一定的折衷。,在兩個用戶同時使用相同的頻帶時，則會發(fā)生碰撞，設(shè)一次碰撞的概率為 ,假定出現(xiàn)這種碰撞時誤碼的概率為 0.5,則總的誤碼率就為,“碰撞”概率與差錯概率,如果對數(shù)目較大的 q 個跳頻信道，有 K-1 個相互干擾用戶，則目標用戶所在的頻隙中，至少存在一個干擾的概率為 此時，系統(tǒng)的誤碼率為,仿真結(jié)果,對于異步的情況，一次碰撞的概率為,“碰撞”概率與差錯概率,對應(yīng)的系統(tǒng)誤碼率為 其中， 是1跳內(nèi)發(fā)送的符號數(shù)。,對于快跳頻，信號的差錯率為,其中，,單頻干擾與窄帶干擾,單頻干擾與窄帶干擾對跳頻系統(tǒng)的影響與跳頻頻率集的配置有關(guān)。 配置方式：不鄰接、鄰接、重疊 缺省假設(shè)干擾很強,不鄰接 干擾A對跳頻頻道干擾 干擾B對跳頻頻道無干擾,鄰接 干擾A對跳頻頻道干擾 干擾B對1個或2個跳頻頻道形成干擾,單頻干擾與窄帶干擾,為了減小傳輸帶寬，可以減小信道寬度，允許在相鄰兩個信道中發(fā)送的信號頻譜有較大部分相互重疊，以至于使信號頻譜主瓣的第一個零點落在相鄰信道的中心。因為跳頻系統(tǒng)在一個比特周期內(nèi)不會用兩個頻率發(fā)送信號，因而頻譜部分重疊的方法是可以節(jié)省頻帶的。然而，這樣做會使跳頻系統(tǒng)對遠近效應(yīng)比較敏感，且增加了接收機區(qū)分信道的模糊度，從而使誤碼率增加。在組網(wǎng)通信中，還可能增加隨機碰撞的機會。 干擾的影響與重疊方式和重疊的程度有關(guān)。,頻譜不重疊,頻譜重疊,寬帶阻塞干擾 在直擴系統(tǒng)中，干擾直擴信號，單頻或窄帶干擾比寬帶干擾更有效；而在跳頻系統(tǒng)中，干擾跳頻信號，寬帶干擾比窄帶或單頻干擾更有效。因為寬帶干擾“擊中”跳頻信號的概率較大。但寬帶阻塞式干擾要在整個跳頻頻段內(nèi)阻塞跳頻信號的可能性是很小的，要求的功率和帶寬在技術(shù)上是很難實現(xiàn)的。例如VHF頻段，跳頻頻率為30MHz到90MHz，則有2400個頻道。若跳頻電臺發(fā)射功率為3W，發(fā)射臺到接收臺的距離與接收臺到干擾機的距離相等，則要求發(fā)射機的功率至少7200W，相對帶寬達100（60MHz中心頻率），這基本上是不可能的。即使有這樣的干擾機，也難免受到導彈的攻擊。有效的干擾是采用多部寬帶阻塞式干擾機或部分頻帶阻塞干擾機。 寬帶干擾指帶寬大于跳頻總帶寬 1/5 或干擾掉 20以上跳頻頻率的干擾。 寬頻帶干擾機的工作方式可以是每部干擾機干擾一個信道，也可以是二部干擾機發(fā)出寬帶干擾或若干個干擾機組合來覆蓋整個跳頻頻段。,寬帶阻塞干擾 寬帶干擾的總功率為 ，帶寬為W，功率譜密度為 ,并假設(shè) ，則SNR為,處理增益,干擾容限或阻塞系數(shù),在AWGN信道上，2FSK的FH系統(tǒng)的差錯概率為,超短波擴頻電臺在城市的電磁環(huán)境下由于受到民用無線電設(shè)備的干擾產(chǎn)生阻塞，無法正常工作； 防止阻塞干擾對接收機線性提出了嚴格的要求； 可采用跳頻前置濾波器的方法來減小阻塞干擾。,部分頻帶干擾 FH系統(tǒng)特別容易受到部分頻帶干擾的攻擊，這一干擾可來自專門的干擾臺，也可來自FH CDMA系統(tǒng)。 部分頻帶干擾可用一個零均值的高斯隨機過程來建模，這個過程在總帶寬W的某一部分具有平坦的功率譜密度（ ， ， 為干擾所占的頻帶份額 ），而在這個頻帶以外為0。,假設(shè)部分頻帶干擾來自某一干擾臺，在采用2FSK調(diào)制和非相干檢測的未編碼FH系統(tǒng)中，平均差錯概率為,最壞情況下的部分頻帶干擾，相應(yīng)的差錯概率為,多頻傳輸可解決部分頻帶干擾問題。若每個信息比特在D次頻率跳變上傳輸，相應(yīng)的差錯概率為（其中 為某個常數(shù)）,跟蹤式干擾 跟蹤式干擾機的組成為一頻譜分析儀和干擾機。工作時，它首先用頻譜分析儀分析出跳頻發(fā)射機發(fā)送信號的頻率等參數(shù)，然后將干擾機的頻率調(diào)到跳頻信號的頻率上，對跳頻信號進行干擾。這樣跟蹤式干擾機對有用信號的干擾就有一個時延問題，這個時延包括頻譜分析儀的處理時間、干擾發(fā)射機的調(diào)諧時間以及信號傳輸?shù)臅r延差等，這就大大降低了該干擾機的干擾能力，除非時延小于跳頻頻率的駐留時間，否則不會對有用信號形成干擾。要有效地干擾跳頻信號，需知道跳頻圖案，即知道頻率跳變的準確頻率和時間，在此頻率上發(fā)噪聲調(diào)制信號，使有用信號在所有的頻率上錯誤判決。而跳頻圖案是跳頻系統(tǒng)中最重要部分，都具有很高的保密程度，很難破譯，因而實際中基本上是不可能的。,電臺1,電臺2,偵察、分析、引導時間,接收時間,發(fā)送時間,干擾機,T總=T接收+T發(fā)送+T偵察、分析、引導,跟蹤干擾和臨界跳速,跟蹤干擾和臨界跳速,fi,fj,T總T跳頻,T總T跳頻,干擾,干擾,有效干擾時間,T跳頻,抗跟蹤干擾,快跳頻是對付跟蹤干擾的最好方法。 臨界跳速150KHz / d(km) 如果跳速做不快，可以采用跳擴結(jié)合的方法。因為擴頻增加了信號的隱蔽性，不容易被跟蹤。 從抗干擾的角度，很少采用直擴。,轉(zhuǎn)發(fā)式干擾,跟蹤式干擾機是指干擾機實時地偵收跳頻信號，進行信號處理后，在相同的中心頻率上發(fā)射干擾信號，從而破壞跳頻通信的干擾形式。 跟蹤干擾橢圓,橢圓方程,原點,另一 焦點,式中，（x，y）為干擾機坐標，c 為光速，Th為跳周期。,轉(zhuǎn)發(fā)式干擾,轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機要有效地干擾跳頻信號，必須在跳頻信號的一跳內(nèi)使轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號與有用信號同時到達接收機，或在一跳的駐留時間內(nèi)有時間上的重疊。以d1表示直線傳播距離，d2+d3為經(jīng)干擾機轉(zhuǎn)發(fā)的傳播距離，Tp為干擾機的處理時間，則產(chǎn)生干擾的條件為,或,式中v為電磁波傳播速度，為一比值，小于1 把此式右邊看成常數(shù)，取等號，便形成一個以發(fā)射機和接收機為兩個焦點的橢圓。這說明，倘若干擾機設(shè)在橢圓之外，則干擾不會有效。反過來，為了避免轉(zhuǎn)發(fā)式干擾，跳頻速率應(yīng)滿足,轉(zhuǎn)發(fā)式干擾,干擾機處理時間上限,干擾機工作周期,干擾機發(fā)射時間,干擾機處理時間,干擾機干擾效率,跳頻電臺駐留時間,時干擾效率取最大值,一般認為：干擾應(yīng)影響跳頻駐留時間的60%以上才能破壞跳頻通信，即取qmax=60%,轉(zhuǎn)發(fā)式干擾,式中的與接收機的具體設(shè)計有關(guān)。顯然，值越小，相應(yīng)的跳頻速率越允許低一些。減小的辦法是使判決的取樣時刻盡可能靠近每個比特的前沿。但這樣做會使碼間干擾的影響加大，從而降低系統(tǒng)的檢測性能，而且對同步的要求也要提高。 在收發(fā)機和干擾的相對位置確定后，要克服轉(zhuǎn)發(fā)式干擾，只有減小每跳的駐時間Th，即提高跳頻速率。但跳頻速率提高后，由于多網(wǎng)和延遲，會造成網(wǎng)與網(wǎng)中頻率的擊中，降低組網(wǎng)能力。 轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機并不需要知道跳頻圖案，因此它對跳頻信號的干擾最嚴重。 例子：收發(fā)信機相距20km，干擾機與發(fā)射機相距15km，與接收機相距12km，忽略干擾機處理時間，跳速需大于42857h/s。（JTIDS系統(tǒng)為76000h/s）,高速跳頻,這是針對中、低速跳頻通信系統(tǒng)易受跟蹤式干擾而采用的一項最新技術(shù)，目前國際上還停留在理論研究階段，尚未實用。其主要原理是：移動通信系統(tǒng)以高于信息速率的跳速在很寬的頻帶上進行頻率跳變，即每個信息比特跳幾跳以上，相當于跳速高達100KHz1MHz，比目前的跳速提高1001000倍。與中、低速跳頻方式相比，這種體制的顯著特點是： 能有效地對抗敵方的跟蹤式干擾和轉(zhuǎn)發(fā)式干擾； 能消除寬帶移動通信中多徑效應(yīng)造成的不利因素； 大大改善數(shù)據(jù)傳輸時的誤碼性能，從而提高可通率。 以上這些優(yōu)點特別適用于新一代的軍用無線通信。,“遠近”效應(yīng),在直擴系統(tǒng)中，信號與干擾處于同一頻帶，由于干擾機離接收機的距離遠小于發(fā)射機到接收機距離，前者路徑衰減比后者的弱得多，雖然直擴系統(tǒng)有處理增益，干擾機到達接收機電平仍然能超過直擴系統(tǒng)的干擾容限。因此，“遠近”效應(yīng)對直擴系統(tǒng)的影響很大。例如，干擾機與發(fā)射機的發(fā)射功率相同，直擴系統(tǒng)處理增益Gp30dB，干擾機離接收機的距離接收機的距離與發(fā)射機離接收機的距離差使干擾信號到達接收機的比發(fā)射機強40dB，解擴后干擾仍比有用信號強10dB。跳頻系統(tǒng)采用躲避的方法，工作頻率是跳變的，雖然干擾機離接收機很近，但由于頻率不同，形成不了干擾。當然，若干擾太強，雖然頻率不同，由于接收機前端電路的選擇性和動態(tài)范圍有限，也會對接收的有用信號形成一定的影響。 “遠近”效應(yīng)的影響，對地面通信系統(tǒng)是一個大的問題。跳頻系統(tǒng)相對直擴系統(tǒng)和其它非擴頻系統(tǒng)而言，對抗“遠近”干擾具有明顯的優(yōu)勢。在衛(wèi)星通信中，由于方向性和距離等原因，這種干擾影響不大。,多徑干擾,跳頻系統(tǒng)也具有抗多徑能力，而且在信噪比相對較低的情況下，F(xiàn)HFSK系統(tǒng)還可以利用多徑改善性能，但在一般情況下，條件相同，直擴系統(tǒng)的抗多徑能力要比跳頻系統(tǒng)強。跳頻系統(tǒng)要抗多徑干擾，應(yīng)保證在跳時間之內(nèi)與多徑信號沒有重疊部分，即要求,式中為多徑時延。若以Rh1Th表示跳頻速率，則上式可改寫為,在多徑時延一定的條件下，跳頻系統(tǒng)要抗多徑，最有效的途徑是減小每跳的駐留時間Th，即提高跳頻速率Rh，這又將增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。例如，多徑時延1s，路徑差為300m，對直擴系統(tǒng)來說，只要Rc1Mcps即可，而對于跳頻系統(tǒng)來說，則要求Rh1Mhps，要達到如此高的跳速是相當困難的。,多徑干擾,實際上，一味地提高跳頻速率也無必要，這是因為多徑對跳頻系統(tǒng)的干擾是通過不同路徑的傳輸時延而起作用的，它一方面與信號帶寬（跳速）有關(guān)，另一方面與信號的載頻差有關(guān)。在多徑信號強度不大于直接路徑信號強度條件下，跳頻系統(tǒng)要抑制多徑干擾，就得同時滿足兩個條件，即Rh1和s1，其中s為異頻信號之最大頻差，為擴展時延。而這兩個條件互相矛盾，為了同時滿足兩式，Rh與s相互制約。一般可以這樣認為：當擴頻電臺同時工作的臺數(shù)足夠小時，抗多徑主要取決于信號帶寬（Rc或Rh），加大帶寬可以削弱或抵消多徑干擾，在此情況下直擴系統(tǒng)最優(yōu)；在多電臺工作情況下，抗多徑主要通過信號載頻差起作用，加大載頻差并使之不小于相干帶寬，就可削弱或抵消多徑干擾，此時跳頻較佳，且跳速不必很高。,跳頻特點,主要特點 抗干擾性強 跳頻通信抗干擾的機理是“打一槍換一個地方”的游擊策略，敵方搞不清跳頻規(guī)律，因而具有較強的抗干擾能力。一方面，我方的跳頻指令是個偽隨機碼，其周期可長達十年甚至更長的時間。另一方面，跳變的頻率可以達到成千上萬個。因此，敵方若在某一頻率上或某幾個頻率上施放長時間的干擾也無濟于事。（抗瞄準式干擾）,主要特點 抗干擾性強 跳頻頻率受偽隨機碼控制而不斷跳變，在每一個頻率的駐留時間內(nèi)，所占信道的帶寬是很窄的。由于頻率跳變的速率非常快，因而從宏觀上看，跳頻系統(tǒng)又是個寬帶系統(tǒng)，即擴展了頻譜。事實上，跳頻的帶寬就是頻率的數(shù)目與每個頻率所占信道帶寬的乘積。由擴頻通信理論可知，擴展頻譜的好處可以換取更好的信噪比。也就是說，如果擴展了頻帶，就可以在較低的信噪比的情況下，照樣可用相同的信息速率、任意小的差錯概率來傳遞信息，甚至在信號被噪聲完全湮沒的情況下，也能保持可靠的通信。由此可見，抗干擾性強是跳頻通信最突出的優(yōu)點。（抗寬帶阻塞式干擾）,跳頻特點,主要特點 跳頻圖案的偽隨機性和跳頻圖案的密鑰量使跳頻系統(tǒng)具有保密性。即使是模擬話音的跳頻通信，只要敵方不知道所使用的跳頻圖案就具有一定的保密的能力。當跳頻圖案的密鑰足夠大時，具有抗截獲的能力。（保密性強）,跳頻特點,主要特點 分集接收技術(shù)是克服信號衰落的有效措施 利用載波頻率的快速跳變，具有頻率分集的作用，從而使系統(tǒng)具有抗多徑衰落的能力。 條件是跳變的頻率間隔具要大于衰落信道的相關(guān)帶寬，通常是能滿足這個條件的。 （抗衰落）,跳頻特點,主要特點 頻譜利用率高 人們早已認識到頻譜資源十分寶貴，因此，提高頻譜利用率也是現(xiàn)代通信的基本要求之一。跳頻通信可以利用不同的跳頻圖案（正交性）或時鐘，可構(gòu)成跳頻碼分多址系統(tǒng)，在一定帶寬內(nèi)容納多個跳頻通信系統(tǒng)同時工作，達到頻譜資源共享的目的，從而大大提高頻譜利用率。,跳頻特點,主要特點 易于實現(xiàn)碼分多址和組網(wǎng) 多址通信是指許多用戶組成一個通信網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)任何兩個用戶都可達成通信，并且多對用戶同時通信時又互不干擾。應(yīng)用跳頻通信可很容易地組成這樣一個多址通信網(wǎng)。網(wǎng)內(nèi)各用戶都被賦于一個互不相同的地址碼，這個地址碼恰似電話號碼。每個用戶只能收到其他用戶按其地址碼發(fā)來的信號才可判別出是有用信號，對其他用戶發(fā)來的信號，則不會被解調(diào)出來。,跳頻特點,主要特點 兼容性 對于跳頻通信而言，兼容的含義是指一個跳頻通信系統(tǒng)可以與一個不跳頻的窄帶通信系統(tǒng)在定頻上建立通信。顯而易見，兼容的好處在于，先進的跳頻電臺可與常規(guī)的定頻電臺互通。這在跳頻電臺的研制上比較容易實現(xiàn)-只要將常規(guī)電臺加裝跳頻模塊即可變成跳頻電臺。顯然，跳頻模塊是整個跳頻電臺的關(guān)鍵部件。,跳頻特點,主要特點 “遠一近”效應(yīng)。所謂遠近效應(yīng)是指大功率的信號(近處的電臺)抑制小功率信號(遠端的電臺)的現(xiàn)象。對此，需要在系統(tǒng)中采用自動功率控制以保證遠端和近端電臺到達接收機的有用信號是同等功率的。這一點，增加了直接擴展頻譜系統(tǒng)在移動通信環(huán)境中應(yīng)用的復(fù)雜性，對直擴系統(tǒng)的影響很大。 對跳頻系統(tǒng)來說，這種影響就小得多，甚至可以完全可克服。這是因為當大功率信號只在某個頻率上產(chǎn)生遠近效應(yīng)，當載波頻率跳變至另一個頻率時則不再受其影響。,跳頻特點,主要特點 采用快跳頻和糾錯編碼系統(tǒng)用的偽隨機碼速率比直擴系統(tǒng)低得多，同步要求比直擴低，因而時間短、入網(wǎng)快。,跳頻特點,跳頻序列,跳頻同步的內(nèi)容,跳頻同步的關(guān)鍵,跳頻同步的要求,跳頻同步的要求,跳頻同步的要求,跳頻圖案同步的過程,跳頻同步信息的基本傳遞方法,跳頻同步信息的基本傳遞方法,跳頻同步信息的基本傳遞方法,跳頻同步信息的基本傳遞方法,跳頻同步信息的基本傳遞方法,跳頻圖案的實時狀態(tài)信息,實時時鐘信息包括年月日時分秒，毫秒、微秒、毫微秒等；狀態(tài)信息是指偽碼發(fā)生器實時的碼序列狀態(tài)。 根據(jù)這些信息，收端就可以知道當前跳頻駐留時間的頻率和下一跳駐留時間應(yīng)當處在什么頻率上，從而使收發(fā)端跳頻器同步工作。 根據(jù)這些信息，收端就可以知道