军队中关于跳频技术原理
管理提醒：本帖被龙腾日月从通信移动到本区(2007-11-24)
在数字移动通信中，干扰现象是客观存在的，为了解决这类问题，设计人员采用了许多有效地办法，其中采用跳频技术就是其中的一项。
1 跳频系统工作原理
跳频是指载波频率在很宽频带范围内按某种图案(序列)进行跳变，跳频方式的基本结构如图1所示。信息数据经信息调制成基带信号后，进入载波调制。载波频率受伪随机码发生器控制，在带宽远大于基带信号的频带内随机跳变，实现基带信号带宽扩展到发射信号使用的带宽的频谱扩展。可变频率合成器受伪随机序列(跳频序列)的控制，使载波频率随跳频序列的序列值改变而改变，因此载波调制又被称为扩频调制。
载波调制多半使用与相位无关的调制方式，跳频信号经射频滤波器至天线发射后，被接收机接收。接收机首先从发送来的跳频信号中提取跳频同步信号，使本机伪随机序列控制的频率跳变与接收到的跳频同步，得到被同步的本地载波，使载波解调即扩频解调获得携带有信息的中频信号，从而得到发射机送来的信息。
2 跳频系统的特点
(1)跳频系统仅在常规通信系统中增加载频跳变能力，就能使整个工作频带大大加宽，设备虽然简单，相对于常规通信系统来说，却大大提高了通信系统干扰，抗衰落能力；
(2)能多址工作而尽量不互相干扰；
(3)不存在直接扩频通信系统的远近效应问题，即减小近端强信号干扰远端弱信号的问题；
(4)对调制信号和调制方式没一定要求；
(5)跳频系统的抗干扰性严格说是"躲避"式的，外部干扰的频率跟不上跳频系统的载频改变，这就不会造成影响；
(6)跳频序列的速率低，通常情况，码元速率小于或等于信息速率。在TDMA系统中，跳频速率往往等于每秒传输的帧数。
3 跳频技术是如何实现抗干扰的
从前面讲述的工作原理的特点我们知道，跳频是以躲避干扰来提高信噪比的，重要的指标是跳频的速率，可分为快慢两种，慢跳的速率远比信号的速率低，可能为数秒至数十秒才能跳一次。快跳的速率接近信号的最低频率，可达每秒几十跳，上百跳或上千跳，慢跳的实现是比较容易的，但抗干扰性能也较差，快跳的抗干扰和稳蔽性能好，但解决快跳需要有高稳定度的频率合成器却较困难。
移动通信中采用跳频调制系统，虽然不能完全避免远近效应带来的干扰，但能大大减少它的影响，这是因为跳频系统的载波频率是随机改变，若用的跳频规律相互正交，则可减少网内用户载波频率重叠在一起的概率，从而减少远近效应的干扰影响。
由于移动通信电波传播多径效应引起的瑞利衰落与传输的发射频率有关，衰落谷点将因频率的不同而发生在不同的地点，如果在通话期间载波频率在几个频点上变化，则可认为在一个频率有一个衰落谷点，那么仅会损失信号的一小部分。采用跳频技术，可以改善由衰落造成的误码特性。跳频可由网络运营者在整个网上或网的一部分选择使用，主要优点是在一个传输链路上提供频率分集，对慢速移动的MS(移动台)可增加编码和交织效率，也可以通过干扰分集达到对所有通信的均衡质量的效果，它在MS上完成。
慢跳频的基本原则是每个MS根据算法导出的一系列频率上发送其时隙，跳频在两个时隙之间发生，一个MS在一个时隙内(577us)用固定频率发送或接收，然后在该时隙完成后须跳到下一个TDMA帧，由于监测其他基站需要时间，故跳频的时间约1ms，收发频率为双工频率。
跳频序列一个小区内是正交的，即同一个小区内的通信不会发生冲突。在具有相同载波频率信道或相同小区配置的小区即同族小区之间跳频序列是相互独立的，MS由广播信道分配参数中导出
跳频序列和小区的跳频序列号。
实现跳频的方法有两种：合成器跳频和基带跳频。
合成器跳频是改变频率合成的频率，使无线收发信机的工作频率由一个工作频率跳到另一个频率，这种方法不必增加收发信机的数目，但需要采用空腔振荡器的组合，以实现跳频在天线合路器中的滤波组合。
在TDMA数字蜂窝系统(例如GSM)是基站收发信台(BTS)中由于对频率跳变时间的要求以及改变频率后的收发信机与天线共用设备(例如空腔振荡器)的适配等问题，与MS相比要困难得多，所以在BTS中的跳频方法通常不采用跳变收发信机的主振频率，而是采用基带跳频的方法。BTS 实现跳频时出基站控制器(BSC)提供跳频次序及跳频所用的频率组，BTS根据跳频算法以及上述参数实现270次/秒的跳频。跳频补偿了信道编码和交织，其目的是提供两种参差，即频率参差和干扰参差。干扰参差意味着较好的频谱效率，并且可以用于完成先进的蜂窝计划，而频率参差能很好地抗多径衰落，特别是消除了快速移动用户与静止/慢速移动用户之间的性能差距。
题目：跳频通信系统抗干扰性能分析 姓名： 学院：信息科学与技术学院 系：通信工程系 专业： 年级： 学号： 教师： 2012年7月10日
跳频通信系统抗干扰性能分析 摘要 扩频技术是一种信息传送技术，它利用伪随机码对被传输信号进行频谱扩展，使之占有远远超过被传送信息所需的最小带宽。而跳频技术以其良好的抗干扰性能和衰落性及较低的信号被截获概率，成为战术通信领域应用最广的一种抗干扰手段。本文在介绍跳频通信基础原理的基础上，并借助计算机仿真工具Matlab /Simulink 搭建仿真模型，得到了在多径信道下的误码率-信噪比曲线，从而分析跳频通信系统的抗干扰性能。 关键字：跳频、Simulink 仿真、多径、抗干扰 一．引言 跳频通信时现代通信中采用的最常用的扩频方式之一，其基本原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化。与定频通信相比，由于发送的信号调制在多个伪随机跳变的频率上，敌方不容易捕获到所发送的信息，有利于信号的隐藏，可以有效躲避干扰。因此，跳频技术在通信对抗尤其是卫星通信中处于特别有利的位置。扩频技术正在取代常规通信技术成为军事通信的一种主要抗干扰通信技术。因此，对扩频通信的研究，成为通信对抗中的重要部分。本文通过Matlab 软件仿真跳频通信系统的基本过程，在多径信道下分析其抗干扰能力。 二．跳频通信的基本原理 扩频通信系统是一种信息处理传输系统，这种系统是利用伪随机码对被传输信号进行频谱扩展，使之占有远远超过被传输信息所必需的最小带宽。在接收机中利用同一码对接收信号进行同步相关处理以解扩和恢复数据。现有的扩频系统可分为：直接序列扩频、跳频、跳时，以及上述几种方式的组合。其中跳频系统是如今使用最多的扩频技术。 跳频扩频的调制方式可以为二进制或M 进制的FSK(MFSK)。如果采用二进制FSK ，调制器选择两个频率中的一个，设为0f 或1f ，对应于待传输的信号0或1.得到的二进制FSK 信号是由PN 码生成器输出序列输出觉得的频率平移量，选择
蓝牙跳频算法 1. 引言 “蓝牙”，英文名称为“Bluetooth”，是一种开放性短距离无线通信技术标准。其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。它同IEEE802.11b一样，使用2.4GHz ISM（即：工业、科学、医学）频段。跳频是蓝牙的关键技术，对应于单时隙分组，蓝牙的跳频速率为1600跳/秒；对应于多时隙分组，跳频速率有所降低；但在建立链接时则提高为3200跳/秒。以2.45GHz为中心频率，来得到79个1MHz带宽的信道。在发射带宽为1MHz时，其有效数据速率为721kbps。蓝牙跳频技术，是实现蓝牙扩谱的关键技术。由于2.4GHz ISM频段是对所有无线电系统都开放的频段，而蓝牙系统不是工作在该频段的第一个系统，大多数无线局域网、某些无绳电话以及某些军用或民用通信都在使用该频段，微波炉、高压钠灯的无线电波也在此频率范围之内，所以ISM频谱已变得相当拥挤而嘈杂，使用ISM频段的任何系统都会遇到干扰。蓝牙技术通过使用扩频的方式，使得系统所传输的信号工作在一个很宽的频带上，传统的窄带干扰只能影响到扩频信号的一小部分，这就使得信号不容易受到电磁噪声和其他干扰信号的影响，从而更加稳定。同时，蓝牙以跳频技术作为频率调制手段，如果在一个频道上遇到干扰，就可以迅速跳到可能没有干扰的另一个频道上工作；如果在一个频道传送的信号因受到干扰而出现了差错，就可以跳到另一个频道上重发，从而加强了信号的可靠性和安全性。 2. 蓝牙跳频算法 跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，“跳频”是一种用码序列进行多个频率频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信系统。从时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号；从频域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的。其中，跳频控制器为核心部件，包括跳频图案产生、同步、自适应控制等功能；频合器在跳频控制器的控制下合成所需频率。 2.1 蓝牙跳频序列标准 蓝牙基带标准共定义了10种类型跳频序列，其中79跳系统和23跳系统各有5种类型（欧洲/美国使用的是79条系统，日本/法国/西班牙使用的是23跳系统）。呼叫（paging）跳频序列为32（16）个不同唤醒频率（不同的系统对应的频点数不同），均匀分布在79（23）MHz范围内，周期为32（16）。呼叫响应序列为32（16）个不同响应频率，与当前呼叫频率序列一一对应，主，从单元使用不同规则得到该序列。查询（inquire）跳频序列为32（16）个不同唤醒频率，均匀分
扩频LoRa跳频扩频通信(FHSS)的原理 LoRa的扩频技术：LoRa是基于扩频的调制方案，通过扩频将信号扩展到宽带噪声，以获得扩频增益。 扩频的概念和原理 扩频通信(SSC)或扩频通信技术具有其用于传输信息的信号带宽远远大于其本身带宽的基本特征。信号带宽较大可以降低信噪比的要求。如果带宽增加到一定水平，则可进一步降低信噪比。扩频通信的优点是利用宽带传输技术交换信噪比，是扩频通信的基本思想和理论基础。 扩频技术是将信息信号的带宽进行多次扩展来进行通信的技术。传输信号的带宽远大于信息信号的带宽。例如，如果发送64Kbps的数据流，则基带带宽约为64KHz，但是在使用扩频技术的情况下，它占用的信道带宽可以被增加到5MHz和10MHz以上。同时，发射到宇宙的无线功率谱(单位带宽内的功率)也大幅度减少。 扩频信号的解扩过程
信息的频谱扩展过程 常规数字数据通信的原理是使用适配于数据率的最小可能的带宽。这是因为带宽数量有限，很多用户共享。扩频通信的原理是尽可能多地使用最大带宽，并且相同能量分布在宽带宽上。 另外，扩频通信具有以下特征 ●数字传输方式 ●使用与要发送的信息无关的功能(扩展功能)对要发送的信息进行调制，从而实现带宽的扩大●在接收侧使用相同扩频功能来解调扩频信号，恢复传输到的信息 ●扩频通信的优点 ●发送功率密度低，不易对其他设备造成干扰。 ●机密性很高，被监听的可能性极低。 ●具有较强的抗干扰能力，和很强的抑制同频噪声和各种噪声的能力。 ●具有良好的抗多径衰落能力。 LoRa跳频通信(FHSS)原理 FHSS跳频方式的工作原理是，各LoRa分组的内容的一部分在MCU管理中设定的跳频信道中
3.1.3 自适应跳频adaptive frequency hopping 在WIA-PA超帧簇通信阶段的每个时隙，根据实际的信道状况更换通信信道。 3.1.20 跳频frequency hopping 收发信道切换方法，目的为抗干扰和减少信号衰落。 3.1.40 时隙跳频timeslot hopping 为了避免干扰和衰减，按照一定规律，在每个时隙改变收发频率。 AFH Adaptive Frequency Hopping 自适应跳频 AFS Adaptive Frequency Switch 自适应频率切换 FH Frequency Hopping 跳频 TH Timeslot Hopping 时隙跳频 WIA-PA 数据链路层支持基于时隙的跳频机制、重传机制、时分多路访问（TDMA）和载波侦听多路访问CSMA）混合信道访问机制，保证传输的可靠性和实时性。 --------------------------------------- 8.4.3 时隙通信
8.4.5 信道跳频 WIA-PA 支持跳频通信方式，跳频序列由网络管理者指定。 WIA-PA 支持以下3 种跳频机制：——自适应频率切换（AFS）：在WIA-PA 超帧中，信标Beacon、CAP 和CFP 段在同一个超帧周期使用相同的信道，在不同的超帧周期根据信道状况切换信道。信道质量差时，即丢包率高于“PLRThreshold”时设备改变通信信道。参数“PLRThreshold”的容详见6.9.1.2.1；——自适应跳频（AFH）：在WIA-PA 超帧的每个时隙，根据信道状况更换通信信道。信道状况通过重传次数进行评价。信道质量差时，如果发送端统计的重传次数达到了“ChannelThreshold”，则从可用信道“IntraChanel[ ]”中按顺序选择下一信道，同时在下一重传时隙利用主信道通知所在簇的接收端（通知过程详见图43）。如果接收端没有接收到信道切换通知，继续统计接收端的重传次数，达到“ChannelThreshold”时从可用信道“IntraChanel[ ] ”中按顺序选择下一信道在第（ChannelThreshold+2）个重传时隙进行通信。如果接收端接收到信道切换通知，则更换通信信道,且返回确认信息ACK。如果发送端没有收到确认信息ACK，则不更换信道，仍然采用主信道重传数据。如果发送端达到重传上限值“macMaxFrameRetries”，则丢弃当前包，且利用主信道发送下一个包。如果接收端在切换信道后仍然没有接收到发送端的包，则认为切换信道失败，返回主信道进行通信。如果发送端在达到重传上限值“macMaxFrameRetries”前与接收端在备选信道上通信成功，则发送端选用备选信道发送下一个包。非活动期的簇通信段采用AFH 跳频机制。
跳频扩频系统 一、定义及原理 跳频扩频系统： 采用码序列控制信号的载波，使之在多个频率上跳变而产生扩频信号。接收端产生一个与信号载波频率变化相同移频信号，用它作变频参考，再把信号恢复到原来的频带。调频系统可随机选取的频率数通常是几百个或更多。 跳频系统的载频受一个伪随机码控制，不断地、随机地跳变，因此跳频系统可视作载频按照一定规律变化的多频频移键控(MFSK）。与直扩系统不同，跳频系统中的伪随机序列并不直接传输，而是用来选择信道。跳频系统主要由PN码产生器和频率合成器两部分组成，快速响应的频率合成器是频率跳变系统的关键部件。频率跳变系统的发射机在一个预定的频率集中，由PN码序列控制频率合成器，使发射频率能随机地由一个跳到另一个。接收机中的频率合成器也按相同的顺序跳变，产生一个与发射频率只差一个中频的本振频率，经混频后得到固定的中频信号，该中频信号经放大后送到解调器，恢复传送的信息。此处，混频器实际上担当了解调器角色，只要收发双方同步，就可将频率跳变信号转换为一个固定频率的信号。 二、跳频系统的结构
三、跳频系统的波形 发送端的波形
接收端的波形 四、跳频系统的优点 跳频扩频技术的优点如下： （1）抗单频干扰，部分带宽干扰能力强 跳频系统的抗干扰原理和直扩系统不同，直扩是靠频谱的扩展和解扩处理来提高信噪比的；跳频是靠躲避干扰，来达到提高信噪比的。虽然不能像直扩系统那样，但由于载波频率是跳变的，减少了单频干扰和窄带干扰进入接收机的概率。故调频系统具有抗单频及部分带宽干扰的能力。当跳频的概率数目足够多、跳频的带宽足够宽时，其抗干扰能力是很强的。 （2）抗多径衰落的能力强 利用载波频率的快速跳变，具有频率分集的作用，从而增强了系统抗多径衰落的能力。 （3）便于实现多址通信 应用跳频通信可以很容易地组建一个多址网络，网络内的各
跳频信号的侦察技术研究 跳频通信因其良好的抗干扰性、低截获概率及组网能力,在军事通信中得到了广泛的应用,也向通信侦察提出了严峻的挑战。开展对跳频信号侦察的研究,寻求截获、估计、分选跳频信号的方法,已成为当前通信侦察领域紧迫而艰巨的任务之一。论文研究了复杂电磁环境下跳频信号侦察的关键技术,主要包括跳频信号的检测、参数估计和信号分选三部分内容。首先,将各种时频表示应用于跳频信号的检测,仿真其性能,在时频聚焦性和抑制交叉项两项指标上定性和定量比较了各种时频表示的优劣,寻求综合性能较好的时频表示。建立了跳频信号的数学模型,给出了跳频信号各种参数的定义;重点研究了各种线性时频表示、二次时频分布、重排类时频分布、组合时频分布在跳频信号检测中的应用;利用信息熵,定量评价了各类时频分布的性能,并估算了几种典型时频分布的计算复杂度,给出了各类时频分布的综合评价。其次,针对单天线宽带数字接收系统,研究了复杂电磁环境下基于时频分析的跳频信号参数盲估计算法。针对跳频信号侦察,提出了“复合信息熵”的定量评估指标,该指标综合考虑电磁环境中的信号类型数、跳频信号数目、跳速和信道使用情况,由类型熵、密度熵和分布熵三部分组成;基于信道化门限和时频分析完成了去噪和信号预选;基于谱图对单个跳频信号的跳周期、跳时和载频进行了盲估计;基于组合时频分析(SP&SPWVD),对多个跳频信号的跳周期、跳时、载频和幅度参数进行了盲估计,并给出了各参数估计的仿真性能。再次,基于时频分析、空间谱估计,结合数字信道化、时频聚焦等技术对FH
信号、FH/DS信号进行空时频测向,实现了欠定条件下的高精度测向。根据传统的空时阵列模型,结合信号的时频分析,建立了空时频分布 的数学模型;分析了空时频测向能获得时频增益的原因,研究了增益 大小与哪些因素相关;利用空时频分析实现了多个跳频信号的DOA估计,提出了适合无“频率碰撞”情况下的线性空时频DOA估计算法; 虽然利用空时频技术能够实现欠定条件的多信号测向,但在N /M值较大情况因为信号之间的互扰较大使测向性能欠佳,故再结合数字信道 化技术,解决了N /M值较大情况信号之间互扰很大的问题,实现了多 个跳频信号的高精度测向;将空时频分析和宽带信号测向方法,实现 了欠定条件下多FH/DS信号的DOA高精度估计。最后对跳频信号分选技术进行了深入的研究,针对不同的应用场合提出了相应的分选算法。提出了一种适应于环境中仅存在异步组网电台的实时分选方法,该方 法计算量少,便于实时分选,适合应用于快速、高速跳频信号的侦察; 提出了一种类数目K值的估计和优选初始聚类中心的改进K-Means算法;初始聚类中心优选能使聚类迭代次数大为减少,并能避免聚类过 程中陷入局部最小,增强了聚类的鲁棒性;利用改进K-Means聚类算 法对HDW集合进行了聚类分选;针对高斯核参数σ的优选问题,提出 了粗搜索和精估计相结合的改进方法,在得到精确的σopt同时减少 了总搜索次数;利用密度分布图和领域半径、门限参数实现了KKM算 法中类数目K的估计和初始聚类中心的优选;利用基于高斯核函数的 K-Means对跳速和到达角均时变的跳频信号进行聚类分选,分选效果 良好。
跳频通信系统中同步技术研究 作者：李娜 来源：《现代电子技术》2011年第01期 摘要：同步技术是跳频通信系统关键技术之一。针对跳频通信系统中同步的要求，采用同步字头与时间信息相结合的方法实现跳频同步。首先研究了跳频同步方法、同步信息格式和初始同步等问题，最后对同步性能进行了分析。结果表明，该跳频通信系统的同步时间短、捕获概率高、虚警概率低。 关键词：跳频通信；同步字头; 时间信息TOD; 同步方案；同步性能 中图分类号：TN914.41-34文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2011)01-0095-02 Technology of Synchronization in Frequency-hopping Communication System LI Na (Beijing HAIGE SHENZHOU Communications Technology Co. Ltd., Guangzhou HAIGE Communications Group，Beijng 100070, China) Abstract： Synchronization is one of the key technologies of FH communication. The synchronization of frequency hopping is achieved by adopting synchronization head and time of day to meet the requirement of practical development of FH communication system. The method of frequency-hopping synchronization, the format of synchronization information and the capture of synchronization are studied, and the performance of synchronization is analyzed. The results show that the FH communication system has characteristics of short synchronization time, high capture probability and low false probability. Keywords： frequency-hopping communication; synchronization head; TOD; synchronization scheme; synchronization performance 0 引言 跳频通信是现代通信领域中一种有效的抗干扰通信手段，其独特的抗干扰性能使其在军事和民用领域都得到了越来越广泛的应用。由于定时时钟相对误差、传输信道的多普勒频移等因素，跳频通信系统存在时间和频率的不确定性，为保证正常工作，建立和实现准确的跳频同步是关键［1］。 1 跳频同步方法的研究
军用跳频电台 军用跳频电台大多是短波或超短波电台。 跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，“跳频”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信系统。从时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号；从频域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的。其中：跳频控制器为核心部件，包括跳频图案产生、同步、自适应控制等功能；频合器在跳频控制器的控制下合成所需频率；数据终端包含对数据进行差错控制。 与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获我方的通信内容。同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。由于跳频通信系统是瞬时窄带系统，它易于与其他的窄带通信系统兼容，也就是说，跳频电台可以与常规的窄带电台互通，有利于设备的更新。 通信收发双方的跳频图案是事先约好的，同步地按照跳频图案进行跳变。这种跳频方式称为常规跳频( Normal FH）。随着现代战争中的电子对抗越演越烈，在常规跳频的基础上又提出了自适应跳频。它增加了频率自适应控制和功率自适应控制两方面。 在跳频通信中，跳频图案反映了通信双方的信号载波频率的规律，保证了通信方发送频率有规律可循，但又不易被对方所发现。常用的跳频码序列是基于m序列、M序列、RS码等设计的伪随机序列。这些伪随机码序列通过移位寄存器加反馈结构来实现，结构简单，性能稳定，能够较快实现同步。它们可以实现较长的周期，汉明相关特性也比较好，但是当存在人为的故意干扰(如预测码序列后进行的跟踪干扰)时，这些序列的抗干扰能力较差。 在90年代初，出现了基于模糊（Fuzzy)规则的跳频图案产生器。在这种系统中，由模糊规则、初始条件以及采样模式共同来决定系统的输出序列。只要窃听者不知道模糊规则、初始条件、采样模式三者的任何一个，就无法预测到系统的输出频率，由此就提高了系统的抗窃听能力和抗干扰能力。模糊跳频给出的跳频码序列与传统的跳频码序列相比更加均匀，也更难预测。 90年代末有人提出了混沌（chaotic)跳频序列。其基本思想是通过混沌系统的符号序列来生成跳频序列。在这个混沌系统中要确定一个非线性的映射关系、初始条件和混沌规则，三者唯一确定一个输出序列。由此确定的混沌跳频序列体现了良好的均匀性，低截获概率，良好的汉明相关特性以及具有理想的线性范围。 与一般的数字通信系统一样，跳频系统要求实现载波同步、位同步、帧同步。此外，由于跳频系统的载频按伪随机序列变化，为了实现电台间的正常通信，收发信机必须在同一时间跳变到同一频率，因此跳频系统还要求实现跳频图案同步。跳频系统对同步有两个基本要求：一是同步速度快，二是同步能力强。目前跳频电台的同步方法有精确时钟法、同步字头法、自同步法、FFT捕获法、自回归谱估计法等等。在实际应用中，同步方案常常综合使用多种同步方法。例如战术跳频系统中常用扫描驻留同步法，综合使用了精确时钟法、同步字头法、自同步法三种同步方法，分成扫描和驻留两个阶段进行。扫描阶段完成同步头频率的捕获，驻留阶段从同步头中提取同步信息，从而完成收发双方的同步。 在自适应跳频中，同步还包括收发双方频率集更新的同步，保证双方同步地实现坏频点替代，否则会使收发双方频率表不一致，导致通信失败。 频合器是跳频通信系统中的关键部分，目前大多数跳频电台中使用的频率合成器采用的是锁相环（PLL）频率合成技术，但是该技术的频率转换速度已经接近其极限，要进一步改善的技术难度越来越大，而且分辨率较低。为了能够进一步提高跳频速率，提出了直接式数字频合器(DDS）。它采用全数字技术，具有频率分辨率高，频率转换时间快，输出频率可以很高而且稳定性好，相位噪声低等优点，可满足快速跳频电台对频率合成器的要求。例如在美国的JTIDS中，跳速达到每秒35800跳，只有采用直接数字频合器才能实现。但是DDS的价格昂贵，复杂度大，直接用于战术跳频电台有一定的难度。如果采用DDS+PLL的方法，结合两者的长处，可以获得单一技术难以达到的效果。 在跳频系统中，即使在信道条件良好的情况下，仍有可能在少数跳中出现错误，因此有必要进行差错控制。差错控制的方法主要分为两类：一是自动请求重发纠错（ARQ)技术；二是采用前向纠错（FEC)技术。 ARQ技术可以很好的对付随机错误和突发错误，它要求有反馈电路，当信道条件不好时，需要频繁的重发，最终可能导致通信失败。 FEC技术不需要反馈电路，但是需要大量的信号冗余度以实现优良的纠错，从而会降低信道效率。由于纠错码对突发错误的纠错能力较差，而通过交织技术可以使信道中的错误随机化，因此，经常采用编码与交织技术相结合的办法来获得良好的纠错性能。 在跳频系统中常用的纠错编码技术有汉明码、BCH码、trellis码、RS码、Golay码、卷积码和硬判决译码、软判决译码等。1993年提出了TURBO码，其信噪比接近于Shannon极限，引起了人们的极大兴趣。与RS码等常用的跳频编码相比， TURBO码在跳频系统中显示了极大的应用潜能。此外，还可以把不同的编码方法结合在一起，取长补短，进行联合编码。在快跳频方式下，还可以运用重发大数判决来克服跳频频段内的快衰落。 跳频电台在实际应用中通常要组成跳频通信网，以实现网中的任何两个通信终端均能够做到点到点的正常通信。组网除了要避免近端对远端的干扰、码间干扰、电磁干扰等其它干扰以及由系统引起的热噪声等噪声干扰以外，还要注意避免由组网引起的同道干扰、邻道干扰、互调干扰、阻塞干扰等。采用跳频的多址通信网具有很多优点：抗干扰能力强，低截获概率，低检测概率，对频率选择性衰落有很好的抑制作用等等。但是，与常用的DS/CDMA系统相比，跳频网的最大用户数相对较小。 跳频通信网可以分为同步通信网和异步通信网。跳频通信网有多种组网方式，如分频段跳频组网方式、全频段正交跳频组网方式等。在分频段跳频组网方式中，系统把整个频段分成若干个子频段，不同的通信链路采用不同的子频段进行通信，从而有效地防止同一通信网间的干扰。全频段正交跳频组网方式仅用于同步跳频通信网中，也就是说整个通信网中只有一个基准时钟，通过设计在某一相同时刻t的N个相互正交的跳频频率序列来进行组网，这样尽管各个终端间的通信均使用相同频段，但是由于瞬时的跳频频率点不相同，因此可保证它们之间不会出现同频道干扰。自适应跳频通信系统中，由于在通信过程中会去除那些通信条件恶劣的信道，因此频率更新后可能会出现同频道干扰现象，故必须设计一种良好的频点更新算法，保证更新后的跳频序列之间依然是正交的，否则可能会使各通信节点之间频繁出现频率碰撞，导致无法正常通信。实际应用中也可以把以上两种组网方式结合进行。例如英国Recal-Tacticom公司的Jaguar系列电台在组网中就同时采用了这两种组网方式，可组网数目达到200—300个。 除了以上这些关键技术以外，调制解调方法在跳频系统中也很重要，可以采用FSK、QAM、QPSK、QASK、DPSK、QPR、数字chirp调制等多种调制方式。 自适应跳频系统是在常规跳频系统的基础上，实时地去除固定或半固定干扰，从而自适应地自动选择优良信道集，进行跳频通信，使通信系统保持良好的通信状态。也就是说，它除了要实现常规跳频系统的功能之外，还要实现实时的自适应频率控制和自适应功率控制功能，因此就需要一个反向信道以传输频率控制和功率控制信息。 通过可靠的信道质量评估算法，发现了干扰频点后，应当在收发双方的频率表中将其删除，并以好的频点对它们进行替换，以维持频率表的固定大小。这种检测和替换是实时进行的。为增加跳频信号的隐蔽性和抗破译能力，跳频图案除具有很好的伪随机性、长周期外，各频率出现次数在长时间内应具有很好的均匀性。在引入自适应频率替换算法对频率表进行实时更新后，为保障系统性能，仍然要求跳频图案具有很好的均匀性，所以应当依次用不同的质量较好的频点来分别替换被干扰的频点。 收端频率表的更新会导致收发频率表的不一致性。为了使收发频率表同步更新，必须通过反馈信道将收端的频率更新信息通知发方。这种信息的相互交换是一种闭环控制过程，需要制定相应的信息交换协议来保证频表可靠的同步更新。衡量协议有效性的另一个重要指标便是频点去除的速度。在检测出干扰频点后，干扰频点去除的速度越快，对通信的影响越小。 信道质量评估的另一个作用是进行自适应功率控制。功率控制就是要把有限的发送功率最好地分配给各个跳频信道，使得各个信道都能够以最小发射机功率实现正常通信，从而提高跳频信号的隐蔽性和抗截获能力。在自适应跳频系统中，系统检测每个信道的通信状况，并通过信道质量评估单元中的功率控制算法对每个跳频信道单独进行功率控制。 功率控制算法可以基于两种原则：一是比特误码率最小原则，算法为各个跳频信道选择适当的功率，
nRF24L01点对点跳频技术应用（转载） 分类：技术应用 关键字：nRF24L01；射频；无线通信；跳频 1 nRF24L01概述 nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。 nRF24L01主要特性如下： GFSK调制： 硬件集成OSI链路层; 具有自动应答和自动再发射功能; 片内自动生成报头和CRC校验码; 数据传输率为l Mb/s或2Mb/s; SPI速率为0 Mb/s～10 Mb/s; 125个频道： 与其他nRF24系列射频器件相兼容; QFN20引脚4 mm×4 mm封装; 供电电压为1.9 V～3.6 V。 2 引脚功能及描述 nRF24L01的封装及引脚排列如图1所示。各引脚功能如下：
图（1） CE：使能发射或接收; CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置nRF24L01： IRQ：中断标志位; VDD：电源输入端; VSS：电源地： XC2，XC1：晶体振荡器引脚; VDD_PA：为功率放大器供电，输出为1.8 V; ANT1,ANT2：天线接口; IREF：参考电流输入。 3 工作模式 通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表1所示。
6.1 跳频系统概述 6.1.1 为什么要跳频 通常我们所接触到的无线通信系统都是载波频率固定的通信系统，如无线 对讲机，汽车移动电话等，都是在指定的频率上进行通信，所以也称作定频通信。这种定频通信系统，一旦受到干扰就将使通信质量下降，严重时甚至使通信中断。 例如：电台的广播节目，一般是一个发射频率发送一套节目，不同的节目占用不同的发射频率。有时为了让听众能很好地收听一套节目，电台同时用几个发射频率发送同一套节目。这样，如果在某个频率上受到了严重干扰，听众还可以选择最清晰的频道来收听节目，从而起到了抗干扰的效果。但是这样做的代价是需要很多额谱资源才能传送一套节目。如果在不断变换的几个载波频率上传送一套广播节目，而听众的收音机也跟随着不断地在这几个频率上调谐接收，这样，即使某个频率上受到了干扰，也能很好地收听到这套节目。这就变成了一个跳频系统。 另外在敌我双方的通信对抗中，敌方企图发现我方的通信频率，以便于截获所传送的信息内容，或者发现我方通信机所在的方位，以便于引导炮火摧毁。定频通信系统容易暴露目标且易于被截获，这时，采用跳频通信就比较隐蔽也难以被截获。因为跳频通信是“打一枪换一个地方”的游击通信策略、使敌方不易发现通信使用的频率，一旦被敌方发现，通信的频率也已经“转移”到另外一个频率上了。当敌方摸不清“转移规律”时，就很难截获我方的通信内容。 因此，跳频通信具有抗干扰、抗截获的能力，并能作到频谱资源共享。所以在当前现代化的电子战中跳频通信已显示出巨大的优越性。另外，跳频通信也应用到民用通信中以抗衰落、抗多径、抗网间干扰和提高频谱利用率。 6.1.2 什么是跳频图案? 为了不让敌方知道我们通信使用的频率，需要经常改变载波频率，即“打一枪换一个地方”似地对载波频率进行跳变，跳频通信中载波频率改变的规律，叫作跳频图案。
跳频 跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，“跳频”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信系统。从时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号；从频域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的。其中：跳频控制器为核心部件，包括跳频图案产生、同步、自适应控制等功能；频合器在跳频控制器的控制下合成所需频率；数据终端包含对数据进行差错控制。 与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获我方的通信内容。同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。由于跳频通信系统是瞬时窄带系统，它易于与其他的窄带通信系统兼容，也就是说，跳频电台可以与常规的窄带电台互通，有利于设备的更新。 通信收发双方的跳频图案是事先约好的，同步地按照跳频图案进行跳变。这种跳频方式称为常规跳频(Normal FH）。随着现代战争中的电子对抗越演越烈，在常规跳频的基础上又提出了自适应跳频。它增加了频率自适应控制和功率自适应控制两方面。 在跳频通信中，跳频图案反映了通信双方的信号载波频率的规律，保证了通信方发送频率有规律可循，但又不易被对方所发现。常用的跳频码序列是基于m序列、M序列、RS码等设计的伪随机序列。这些伪随机码序列通过移位寄存器加反馈结构来实现，结构简单，性能稳定，能够较快实现同步。它们可以实现较长的周期，汉明相关特性也比较好，但是当存在人为的故意干扰(如预测码序列后进行的跟踪干扰)时，这些序列的抗干扰能力较差。 在90年代初，出现了基于模糊（Fuzzy)规则的跳频图案产生器。在这种系统中，由模糊规则、初始条件以及采样模式共同来决定系统的输出序列。只要窃听者不知道模糊规则、初始条件、采样模式三者的任何一个，就无法预测到系统的输出频率，由此就提高了系统的抗窃听能力和抗干扰能力。模糊跳频给出的跳频码序列与传统的跳频码序列相比更加均匀，也更难预测。 90年代末有人提出了混沌（chaotic)跳频序列。其基本思想是通过混沌系统的符号序列来生成跳频序列。在这个混沌系统中要确定一个非线性的映射关系、初始条件和混沌规则，三者唯一确定一个输出序列。由此确定的混沌跳频序列体现了良好的均匀性，低截获概率，良好的汉明相关特性以及具有理想的线性范围。 与一般的数字通信系统一样，跳频系统要求实现载波同步、位同步、帧同步。此外，由于跳频系统的载频按伪随机序列变化，为了实现电台间的正常通信，收发信机必须在同一时间跳变到同一频率，因此跳频系统还要求实现跳频图案同步。跳频系统对同步有两个基本要求：一是同步速度快，二是同步能力强。目前跳频电台的同步方法有精确时钟法、同步字头法、自同步法、FFT捕获法、自回归谱估计法等等。在实际应用中，同步方案常常综合使用多种同步方法。例如战术跳频系统中常用扫描驻留同步法，综合使用了精确时钟法、同步字头法、自同步法三种同步方法，分成扫描和驻留两个阶段进行。扫描阶段完成同步头频率的捕获，驻留阶段从同步头中提取同步信息，从而完成收发双方的同步。
1、跳频技术 跳频就是按照预先定义的跳频序列（FHS）随机地改变正在进行通信的信道所占用频率的技术。在同一个频道组内，各跳频序列应是正交的，各信道在跳频传输过程中不能被碰撞。 过去采用跳频技术是为了确保通信的秘密性和抗干扰性，它首先被用于军事通信，后来发现在移动通信中，电波传播多径效应引起的瑞利衰落与传输的发射频率有关，衰落空洞将因频率的不同发生在不同地点，如果在通话期间载波频率在几个频点上变化，则传送信息仅在短时间内受到衰落空洞的影响，尤其是处于多径环境中的漫速移动的移动台通过采用跳频技术，能大大改善移动台的通信质量，可达到频率分集的效果。此外，跳频还具有干扰分集的作用。由于跳频频道间的不相关性，分离了来自许多小区的同频干扰，可提高蜂房小区的容量。 跳频系统分为快跳频和慢跳频两种。慢跳频的跳频频率低于或等于调制符号速率，即在一个或几个调制符号周期内跳频一次；快跳频的跳频频率大于调制符号速率，即在一个调制符号周期内跳频一次以上。 1、GSM的跳频技术 在GSM标准中采用慢跳频技术。每秒217跳，每跳周期为1200比特。GSM系统中的跳频分为基带跳频和射频跳频两种。 基带跳频的原理是将话音信号随着时间的变换使用不同频率发射机发射，其原理图如图6.26所示。 TR X1 TR X2 TR X3 TR X4 图6.26 基带跳频原理
由上图可见，基带跳频中可供跳频的频率数N(hop)≦基站载频数N(TRX)。基带跳频适用于合路器采用空腔耦合器的基站，由于这种空腔耦合器的谐振腔无法快速改变发射频率，故基站无法靠改变载频频率的方法实现跳频。实施的方框图如图6-27所示，其中，收发信机负责无线信号的接收与发送，基带处理单元进行信道的处理。 图6.27基带跳频实施框图 为了实现基带跳频，如上图所示，收发信机与基带处理单元之间的连接由路由转接器来控制，在用户通信过程中，要求无论移动台通信频率如何变化，负责处理用户链路的基带处理单元要保持不变，而基带跳频中所有收发信机的频率也不变。那么，怎样才能确保跳频实现呢？其实只要在路由转接器中根据预先设定的跳频方式来改变收发信机与基带处理单元之间的连接，就能保证该基带处理单元与用户之间的通信链路始终保持畅通。由此可见，由于频率变换的范围仅限于基站所拥有的收发信机的个数，故跳频的频率数N(hop) ≦基站载频数N(TRX)。 射频跳频是将话音信号用固定的发射机，由跳频序列控制，采用不同频率发射，原理图如图6-28所示。射频跳频为每个时隙内的用户均跳频（TRX1因为是BCCH 信道所在的载频，故不跳频），可供跳频的频率数N(hop)不受基站载频数N(TRX)的限制，GSM 规范规定每个小区最多可有64个频率供跳频。 1 2 3 4 5 6 7 TR X 1TR X 2 图6.28 射频跳频原理图 射频跳频适用于合路器采用宽带耦合器的基站，由于这种宽带耦合器与发射器频率的变化无关，故在跳频时载频与手机根据预设的跳频序
跳频通信技术的研究 当今信息时代，如何有效的利用宝贵的频带资源，如何进行准确可靠的信息通信是通信领域中至关重要的问题。扩频通正是在这种背景下迅速发展起来的。从20世纪40年代起，人们就开始了对扩频技术的研究，其抗干扰、抗窃听、抗测向等方面的能力早已为人们所熟知。但由于扩频系统的设备复杂，对各方面的要求都很高，在当时的技术条件下，要制成适应军事和民用需要的扩频系统是不可能的，因而扩频技术发展缓慢。进入20世纪60年代后，随着科学技术的迅速发展，许多新型器件的出现，特别是大规模、超大规模集成电路、微处理器、数字信号处理（DSP）器件、扩频专用集成电路(ASIC)以及像声表面波（SAW）器件、电荷耦合器件（CCD）这样的新型器件的问世，使扩频技有了重大的突破和发展，许多新型系统相继问世，兵在实际的使用和实验中显示出了它们的优越性，使扩频通信成为未来通信的一种重要方式。并因此受到了人们极大的重视。扩展频谱系统主要包括以下几种扩频方式： （1）直接序列扩频（DS） （2）跳频（FH） （3）跳时（TH） （4）线性调频（Chirp） 本文中主要讲述对跳频通信的研究。本论文共分X章， 第一章扩频技术及其理论基础 1.1概论 扩展频谱系统具有很强的干扰性，其多址能力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注，被广泛地应用于军事通信和民用通信中。 扩展频谱系统是指发送的信息被展宽到一个很宽的频带上，这一频带比要发送的信息的带宽宽得多，在接收端通过相关接收，将信号恢复到信息带宽的一种系统，简称为扩频系统或SS（Spread Spectrum）系统。
1.2 扩频通信的理论基础 扩频通信技术是把要发送的信号扩展到一个很宽的频带上，然后再发送出去，系统的射频带宽比原始信号的带宽宽得多。这样做，系统的复杂度比常规系统的复杂度要高得多，付出的代价是昂贵的，能得到什么好处呢？可以从著名的香农定理来看。 香农定理指出：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传播速率（或称信道容量）为 C=B lb（1+S/N）b/s （1-1）式中：B为信号带宽，S为信号平均功率，N为噪声功率。若白噪声的功率谱密度可为,噪声功率N= B，则信道容量C可表示为 （1-2） 由上式看出，B、、S确定后，信道容量C就确定了。由香农第二定理知，若信源的信息速率R小于或等于信道容量C，通过编码，信源的信息能以任意小的差错概率通过信道传输。为使信源产生的信息以尽可能高的信息速率通过信道，提高信道容量是人们所期望的。 由香农公式可以看出： （1）要增加系统的信息传输速率，则要求增加信道容量。增加信道容量的方法可以通过增加传输信号带宽B，或增加信噪比S/N来实现。由式（1-1）可知，B与C成正比，而C与S/N呈对数关系，因此，增加B比增加S/N 更有效。 （2）信道容量C为常数时，带宽B与信噪比S/N可以互换，即可以通过增加带宽B来降低系统对信噪比S/N的要求；也可以通过增加信号功率，降低信号的带宽，这就为那些要求小的信号带宽的系统或对信号功率要求严格的系统找到了一个减小带宽或降低功率的有效途径。 （3）当B增加到一定程度后，信道容量C不可能无限地增加。由式（1-1）可知，信道容量与信号带宽成正比，增加B，势必会增加C，但当B增加到一定程度后，C增加缓慢。由式（1-2）知，随着B的增加，由于噪声功率N= B，因而N也要增加，从而信噪比S/N要下降，影响到C的增加。1-2扩频系统的物理模型
题目:跳频原理介绍 内容简介: 跳频技术的性能，跳频原理的介绍，比较基带跳频与综合 跳频的优缺点，基本原理适用于所有系统。 目录1．序 (3)
2. 跳频的性能 (3) 2．1 频率分集 (3) 2．2 干扰分集 (4) 2．3 结论 (5) 3．技术描述 (6) 3．1跳频的方式 (6) 3．1．1 基带跳频 (6) 3．1．2 综合跳频 (7) 3．2 系统配置 (8) 3．2．1基带跳频 (8) 3．2．2综合跳频(配置成两个频率组) (9) 3．2．3综合跳频(包括BCCH频点) (10) 3．3跳频法则 (10) 3．3．1循环跳频 (10) 3．3．2随机跳频 (10) 3．3．3正交跳频序列 (11) 3．4通用分组无线服务(GPRS) (11) 4．工程指引 (12) 4．1应用 (12) 4．1．1概述 (12) 4．1．2跳频增益 (12) 4．1．3跳频和用户感觉的语音质量 (13) 4．2参数························································错误！未定义书签。 4．3跳频对GSM系统掉话的影响 (14) 4．4不同跳频频点数对系统质量掉话的改善程度 (15) 4．4．1两个跳频频点情况 (15) 4．4．2三个跳频频点惰况 (16)
4．4．3四个及四个以上跳频频点 (17) 1．序 移动无线传播在遇到障碍时会遭受短期的幅度变化，这些变化称为瑞利衰落。不同频率的信号的衰落特性不同。随着频率差别的增大，衰落更加独立。 GSM中通过跳频(载波频率跳变)频率分集技术，保证了一个信息按几个频率发送，使包含码字一部分的所有突发脉冲不会被瑞利衰落以同一种方式破坏，从而提高了传播性能。 在通话过程中，当移动台移动到正在使用频点的瑞利衰落谷点(fading dip)或者频点受到干扰时，脉冲非常容易丢失。如果采用跳频技术，同一个位置对于下一个脉冲来说，该位置具有很好的接收特性。由于采用了GSM原理中的编码和交织技术使单一脉冲的丢失对语音质量的影响达到最小。在跳频系统中，每一个小区(cell)都预先分配了一个频率集。通话过程中移动台在每个TDMA帧都改变频率，也就是每秒217跳。 2. 跳频的性能 2．1 频率分集
摘要 跳频通信系统是一种典型扩展频谱通信系统，它在军事通信、移动通信、计算机无线数据传输和无线局域网等领域有着十分广泛的应用，已成为当前短波保密通信的一个重要发展方向。本文介绍了跳频通信系统的基本工作过程，从跳频系统的结构组成、工作原理、主要技术指标、跳频通信系统的解跳和解调等方面阐述了跳频通信基本原理,并对跳频通信系统的抗干扰技术及其性能进行了仿真研究和理论分析。本文从理论上分析了跳频通信系统的抗干扰性能,其组成部分包括信号生成部分、发送部分、接收部分、判决部分、跳频子系统模块五个部分,并以2FSK系统为例,给出了上述通信干扰样式下的误码率理论分析结果，并利用Matlab中的Simulink仿真系统实现跳频系统的仿真和分析，达到了预期的效果。 关键词：跳频系统; 扩频通信; Matlab; Simulink仿真
目录 第1章绪论 (1) 1.1 概述 (2) 1.2 跳频通信简介 (1) 1.2.1 跳频通信系统概述 (1) 1.2.2 跳频技术的应用背景和发展趋势 (2) 1.3 MATLAB简介 (3) 1.4 本文研究内容及章节安排 (3) 第2章跳频通信系统的基本原理 (4) 2.1 跳频通信系统的结构组成 (4) 2.1.1 跳频系统的发送部分 (4) 2.1.2 跳频系统的接收部分 (5) 2.2 跳频通信系统的性能指标 (6) 2.3 跳频通信系统的调制方式 (7) 2.4 频率合成器 (8) 2.5 跳频信号的解跳与解调 (8) 2.5.1 跳频信号的解跳 (8) 2.5.2 跳频信号的解调 (9) 第3章跳频通信系统仿真及性能分析 (10)