跳頻通信技術

1、跳頻通信技術2解放軍理工大學通信工程學院22022-7-5FH通信技術的基本原理通信技術的基本原理1 工作原理工作原理2 幾個重要概念幾個重要概念 3 跳頻器跳頻器4 FH通信的特點通信的特點5 FH通信系統(tǒng)的主要技術指標通信系統(tǒng)的主要技術指標22022-7-5跳頻通信技術3解放軍理工大學通信工程學院32022-7-51 工作原理工作原理一、跳頻技術的概念一、跳頻技術的概念跳頻跳頻/擴頻（擴頻（Frequency Hopping/Spreading SpectrumFH/SS）技術是）技術是將傳統(tǒng)的窄帶調制信將傳統(tǒng)的窄帶調制信號的載波頻率在一個由偽隨機序列控制下進行離號的載波頻率在一個由偽隨機

2、序列控制下進行離散跳變，從而實現(xiàn)頻譜擴展的擴頻技術散跳變，從而實現(xiàn)頻譜擴展的擴頻技術。 FH技術以其優(yōu)良的抗干擾性能和多址組網性能技術以其優(yōu)良的抗干擾性能和多址組網性能在軍事無線電抗干擾通信、民用移動通信、現(xiàn)代在軍事無線電抗干擾通信、民用移動通信、現(xiàn)代雷達和聲納等電子系統(tǒng)中獲得應用。雷達和聲納等電子系統(tǒng)中獲得應用。跳頻通信技術4解放軍理工大學通信工程學院42022-7-51 工作原理工作原理發(fā)送信息發(fā)送信息 接收信息接收信息 信道編碼信道編碼 信道譯碼信道譯碼 調制器調制器 跳頻跳頻 解調器解調器 解跳解跳 信信 道道 （噪聲）（噪聲） （干擾）（干擾） 同步同步 發(fā)頻合發(fā)頻合 收頻合收頻合

3、發(fā)發(fā) PN 碼碼 收收 PN 碼碼 42022-7-5二、二、FH/SS通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型 發(fā)射機的頻率在一組預先指定的頻率下跳變發(fā)射機的頻率在一組預先指定的頻率下跳變 跳頻通信技術5解放軍理工大學通信工程學院52022-7-51 工作原理工作原理二、二、FH/SS通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型頻率跳變時間間隔的倒數稱為頻率跳變時間間隔的倒數稱為跳頻速率跳頻速率，簡稱跳，簡稱跳速，用速，用Rh表示。表示。每一跳（每一跳（Hop）的載波頻率是由）的載波頻率是由“偽隨機碼產生偽隨機碼產生器器”產生的編碼選定。產生的編碼選定。跳變規(guī)律又叫跳變規(guī)律又叫“跳頻圖案跳頻圖案” 。5

4、2022-7-5跳頻通信技術6解放軍理工大學通信工程學院62022-7-51 工作原理工作原理二、二、FH/SS通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型62022-7-5窄帶信號在基于窄帶信號在基于PNPN序列的不同載波頻率上跳變序列的不同載波頻率上跳變跳頻通信技術7解放軍理工大學通信工程學院72022-7-51 工作原理工作原理二、二、FH/SS通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型 跳頻圖案反映跳變規(guī)律，不同用戶使用不同的跳跳頻圖案反映跳變規(guī)律，不同用戶使用不同的跳頻圖案，互不干擾。跳頻圖案通常用跳頻時頻矩頻圖案，互不干擾。跳頻圖案通常用跳頻時頻矩陣圖表示。陣圖表示。 時序為時序為(f3,f7,

5、f2,f4,f8,f1,f6,f5,f2)的時頻矩陣圖的時頻矩陣圖 跳頻通信技術8解放軍理工大學通信工程學院82022-7-51 工作原理工作原理二、二、FH/SS通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型FH通信系統(tǒng)主要用于傳輸數字信號，通信系統(tǒng)主要用于傳輸數字信號，調制方式調制方式一般都采用二進制一般都采用二進制/多進制頻移鍵控多進制頻移鍵控（BFSK/MFSK）或差分相移鍵控（）或差分相移鍵控（DPSK），），其主要原因有以下幾點：其主要原因有以下幾點：跳頻等效為用碼序列進行多頻頻移鍵控的通信方式，跳頻等效為用碼序列進行多頻頻移鍵控的通信方式，可以直接和頻移鍵控調制相對應?？梢灾苯雍皖l移鍵控調

6、制相對應。要求發(fā)端和收端的頻合器之間保持相位相干是很困難要求發(fā)端和收端的頻合器之間保持相位相干是很困難的，因此，在解跳后往往采用非相干解調方式，而的，因此，在解跳后往往采用非相干解調方式，而MFSK和和DPSK具有良好的非相干解調性能。具有良好的非相干解調性能。82022-7-5跳頻通信技術9解放軍理工大學通信工程學院92022-7-51 工作原理工作原理三、三、FH/SS的基本工作原理的基本工作原理以最簡單的不編碼的以最簡單的不編碼的FH/BFSK系統(tǒng)為例來說明系統(tǒng)為例來說明FH/SS的基本原理的基本原理 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的BFSK調制信號可以表示成：調制信號可以表示成： 92022-7-5BFS

7、K0nnbbs(t)2 cos(2t2) 1 , 1 1 Pfdf tdnTtnT 跳頻通信技術10解放軍理工大學通信工程學院102022-7-51 工作原理工作原理三、三、 FH/SS的基本工作原理的基本工作原理不編碼的不編碼的FH/BFSK信號可以表示為：信號可以表示為：102022-7-5/0( )2cos(222) 1 FH BFSKnnbbstPf tf tdf tnTtnT fn為第為第n個頻率跳變時間間隔內的跳變載波頻率。跳變載波個頻率跳變時間間隔內的跳變載波頻率。跳變載波頻率由二進制隨機序列來控制。頻率由二進制隨機序列來控制。跳頻通信技術11解放軍理工大學通信工程學院11202

8、2-7-51 工作原理工作原理三、三、 FH/SS的基本工作原理的基本工作原理信號的帶寬與功率譜信號的帶寬與功率譜BFSK信號的帶寬信號的帶寬B=2f=1/Tb=Rb是一個窄帶信號，而是一個窄帶信號，而FH/BFSK信號占據帶寬信號占據帶寬Wss= 2LB。同同DS的瞬時寬帶頻譜不一樣，跳頻信號在每一瞬間是的瞬時寬帶頻譜不一樣，跳頻信號在每一瞬間是窄帶信號，但在一個足夠長時間看為寬帶信號。窄帶信號，但在一個足夠長時間看為寬帶信號。跳頻信號每個頻率點上具有相同的功率。跳頻信號每個頻率點上具有相同的功率。112022-7-5跳頻通信技術12解放軍理工大學通信工程學院122022-7-51 工作原理

9、工作原理三、三、 FH/SS的基本工作原理的基本工作原理信號的帶寬與功率譜信號的帶寬與功率譜122022-7-5單頻脈沖的功率譜跳頻通信技術13解放軍理工大學通信工程學院132022-7-51 工作原理工作原理三、三、 FH/SS的基本工作原理的基本工作原理信號的帶寬與功率譜信號的帶寬與功率譜132022-7-5頻譜儀上頻譜儀上觀察到的觀察到的跳頻信號跳頻信號頻譜頻譜跳頻通信技術14解放軍理工大學通信工程學院142022-7-51 工作原理工作原理三、三、 FH/SS的基本工作原理的基本工作原理在接收端，首先要進行解跳（解擴）處理，假定在接收端，首先要進行解跳（解擴）處理，假定收發(fā)跳頻碼序列嚴

10、格同步，收端可以產生相應的收發(fā)跳頻碼序列嚴格同步，收端可以產生相應的本地跳變載波信號：本地跳變載波信號：用用c(t)與輸入信號進行混頻和濾波，得到一個具與輸入信號進行混頻和濾波，得到一個具有固定頻率的有固定頻率的BFSK中頻窄帶信號中頻窄帶信號142022-7-51nbbc( ) cos(22) 1 tf tf tnTtnT 2( )2cos(22) 1 nbby tPf tdf tnTtnT 跳頻通信技術15解放軍理工大學通信工程學院152022-7-51 工作原理工作原理三、三、 FH/SS的基本工作原理的基本工作原理FH系統(tǒng)的關鍵是同步。系統(tǒng)的關鍵是同步。152022-7-5跳頻通信技術

11、16解放軍理工大學通信工程學院162022-7-51 工作原理工作原理2 FH/SS通信系統(tǒng)中的幾個重要概念通信系統(tǒng)中的幾個重要概念 3 跳頻器跳頻器4 FH通信的特點通信的特點5 FH通信系統(tǒng)的主要技術指標通信系統(tǒng)的主要技術指標162022-7-5跳頻通信技術17解放軍理工大學通信工程學院172022-7-52 跳頻通信系統(tǒng)的重要概念跳頻通信系統(tǒng)的重要概念1、快跳頻和慢跳頻、快跳頻和慢跳頻跳頻系統(tǒng)可分為快跳頻（跳頻系統(tǒng)可分為快跳頻（Fast Frequency HoppedFFH）系統(tǒng)和慢跳頻）系統(tǒng)和慢跳頻(Slow Frequency HoppedSFH)系統(tǒng)。系統(tǒng)。目前有兩種定義快跳和慢

12、跳的方法：目前有兩種定義快跳和慢跳的方法：一種按絕對跳頻速率來分，一般認為跳頻速率小一種按絕對跳頻速率來分，一般認為跳頻速率小于于1000跳跳/秒的稱為慢跳頻，大于秒的稱為慢跳頻，大于1000跳跳/秒的稱秒的稱為快跳頻。為快跳頻。172022-7-5跳頻通信技術18解放軍理工大學通信工程學院182022-7-52 跳頻通信系統(tǒng)的重要概念跳頻通信系統(tǒng)的重要概念2、碼片速率、碼片速率 Rc在跳頻通信系統(tǒng)中也存在碼片（在跳頻通信系統(tǒng)中也存在碼片（Chip）速率的概）速率的概念，它與念，它與DS系統(tǒng)中碼片速率概念不同。系統(tǒng)中碼片速率概念不同。在在DS系統(tǒng)中，碼片速率定義：擴頻序列一個碼元系統(tǒng)中，碼片速

13、率定義：擴頻序列一個碼元占據的時間的倒數。占據的時間的倒數。在跳頻通信系統(tǒng)中，碼片速率Rc代表FH/MFSK跳頻系統(tǒng)在頻域頻域的最小頻率間隔。182022-7-5跳頻通信技術19解放軍理工大學通信工程學院192022-7-52 跳頻通信系統(tǒng)的重要概念跳頻通信系統(tǒng)的重要概念2、碼片速率、碼片速率 RcFH/MFSK跳頻系統(tǒng)中，各離散單頻信號按等間跳頻系統(tǒng)中，各離散單頻信號按等間隔排列，隔排列，最小頻率間隔等于離散單頻信號的駐留最小頻率間隔等于離散單頻信號的駐留時間的倒數時間的倒數。碼片速率同時也表示碼片速率同時也表示FH/MFSK跳頻系統(tǒng)的最高跳頻系統(tǒng)的最高系統(tǒng)時鐘速率。系統(tǒng)時鐘速率。19202

14、2-7-5跳頻通信技術20解放軍理工大學通信工程學院202022-7-51 工作原理工作原理2 FH/SS通信系統(tǒng)中的幾個重要概念通信系統(tǒng)中的幾個重要概念 3 跳頻器跳頻器4 FH通信的特點通信的特點5 FH通信系統(tǒng)的主要技術指標通信系統(tǒng)的主要技術指標202022-7-5跳頻通信技術21解放軍理工大學通信工程學院212022-7-53 跳頻器跳頻器FH系統(tǒng)的核心是跳頻器，是由偽碼發(fā)生器和頻率合系統(tǒng)的核心是跳頻器，是由偽碼發(fā)生器和頻率合成器組成。成器組成。212022-7-5 跳頻頻率 （2L個頻率點） （2L個符號） 時鐘 (Rh) 頻率合成器 跳頻碼發(fā)生器 跳頻數和跳頻速率是決定整個跳頻系統(tǒng)

15、跳頻數和跳頻速率是決定整個跳頻系統(tǒng)性能的主要參數。性能的主要參數。跳頻通信技術22解放軍理工大學通信工程學院222022-7-53 跳頻器跳頻器跳頻數和跳頻速率是決定整個跳頻系統(tǒng)跳頻數和跳頻速率是決定整個跳頻系統(tǒng)性能的主要參數性能的主要參數跳頻數跳頻數增加則擴展的頻譜越寬，系統(tǒng)的處理增益增加則擴展的頻譜越寬，系統(tǒng)的處理增益就愈大；就愈大；跳頻速率跳頻速率越高，就可適應高速數據傳輸，并有效越高，就可適應高速數據傳輸，并有效地抑制干擾，特別是人為轉發(fā)式干擾。地抑制干擾，特別是人為轉發(fā)式干擾。跳頻數和跳頻速率跳頻數和跳頻速率也決定了偽碼發(fā)生器和頻率合也決定了偽碼發(fā)生器和頻率合成器的結構和指標，它要求

16、頻率合成器輸出頻譜成器的結構和指標，它要求頻率合成器輸出頻譜要純，轉換速率要高，達到穩(wěn)定的時間要短，具要純，轉換速率要高，達到穩(wěn)定的時間要短，具有低噪聲性能。有低噪聲性能。 222022-7-5跳頻通信技術23解放軍理工大學通信工程學院232022-7-51FH通信技術的基本原理通信技術的基本原理1 工作原理工作原理2 FH/SS通信系統(tǒng)中的幾個重要概念通信系統(tǒng)中的幾個重要概念 3 跳頻器跳頻器4 FH通信的特點通信的特點5 FH通信系統(tǒng)的主要技術指標通信系統(tǒng)的主要技術指標232022-7-5跳頻通信技術24解放軍理工大學通信工程學院242022-7-54跳頻通信的特點跳頻通信的特點 抗干擾能

17、力強抗干擾能力強具有選址能力，可實現(xiàn)碼分多址通信具有選址能力，可實現(xiàn)碼分多址通信（FH_CDMA）在多徑和衰落信道中傳輸性能好在多徑和衰落信道中傳輸性能好易于和其它調制類型的擴展頻譜系統(tǒng)結合易于和其它調制類型的擴展頻譜系統(tǒng)結合易于與現(xiàn)有的常規(guī)通信體制兼容易于與現(xiàn)有的常規(guī)通信體制兼容跳頻通信技術25解放軍理工大學通信工程學院252022-7-54跳頻通信的特點跳頻通信的特點 跳頻信號跳頻信號 干擾信號干擾信號 跳頻信號被壓制跳頻信號被壓制跳頻系統(tǒng)抗單頻干擾能力示意圖跳頻系統(tǒng)抗單頻干擾能力示意圖跳頻通信技術26解放軍理工大學通信工程學院262022-7-51FH通信技術的基本原理通信技術的基本原理1 工作原理工作原理2