跳頻通信系統(tǒng)課件

1跳頻(FH)通信系統(tǒng)概述劉乃安1跳頻(FH)通信系統(tǒng)概述劉乃安Contents1.1引言1.2跳頻通信系統(tǒng)的組成原理1.3跳頻通信系統(tǒng)的重要指標1.4跳頻通信系統(tǒng)的關鍵技術1.5跳頻通信系統(tǒng)的發(fā)展方向Contents1.1引言1.2跳頻通信系統(tǒng)的組成原理1.31.1引言

跳頻通信是擴頻通信的一種重要方式

跳頻通信的起因主要是面向抗干擾的控制系統(tǒng)

跳頻通信的歷史具有戲劇性，應用具有廣泛性1.1引言跳頻通信是擴頻通信的一種重要方式跳頻通擴頻通信擴展頻譜通信(SpreadSpectrumCommunication)，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通信傳輸方式。擴展頻譜（擴頻、擴譜、展頻、展譜）----寬帶通信擴展頻譜方式----直擴（DS）--CDMA跳頻（FH）混合

跳時（TH）擴展頻譜----提高通信系統(tǒng)的可靠性（抗干擾）和有

效性（提高頻譜利用率—利用多址形式）擴頻通信擴展頻譜通信(SpreadSpectrumCom電磁波波譜電磁波波譜擴頻通信的概念擴展頻譜技術是用比信號帶寬寬得多的頻帶寬度來傳輸信息的技術。擴頻通信是將待傳送的信息數據用偽隨機編碼(擴頻序列：SpreadSequence)調制，實現頻譜擴展后再傳輸；接收端則采用相同的編碼進行解調及相關處理，恢復原始信息數據。是一種寬帶的編碼傳輸系統(tǒng)。擴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）相關處理后恢復成窄帶信息數據。擴頻通信的概念擴展頻譜技術是用比信號帶寬寬得通信中的干擾自然干擾（非人為干擾）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。

敵意的人為干擾:1）單頻干擾(固頻干擾)2）窄帶干擾

3）脈沖干擾、梳狀干擾

4）跟蹤瞄準式干擾

5）轉發(fā)式干擾

6）寬帶阻塞式干擾

7）升空干擾、智能化干擾

通信中的干擾自然干擾（非人為干擾）通信方（抗干擾）與干擾方的博弈多網、引誘、ECCM通信方（抗干擾）與干擾方的博弈多網、引誘、ECCM提高頻譜率用率窄帶系統(tǒng)（1）拓展高頻段（2）壓縮信息帶寬（3）高性能的編碼與調制技術寬帶系統(tǒng)擴頻技術或CDMA技術

復用與多址單載波與多載波單天線與多天線有線資源的帶寬是無限的無線資源的帶寬是有限的提高頻譜率用率窄帶系統(tǒng)寬帶系統(tǒng)有線資源的帶寬是無限的跳頻技術之母----海蒂·拉瑪（HedyLamarr）

福布斯旗下的《美國發(fā)明與科技遺產》雜志曾經以海蒂為封面科技史上最美女人“比我聰明的都沒我漂亮，比我漂亮的都沒我聰明?！彼仁切愿械钠G星，也是偉大的

科學家本名海德維?！弁蕖が旣悑I·基

斯勒（HedyKieslerMarkey）美籍奧地利人，6次失敗婚姻靈感來自鋼琴電影有限，技術永恒跳頻技術之母----海蒂·拉瑪（HedyLamarr）跳頻技術之母----海蒂·拉瑪（HedyLamarr）

1914.11.9奧地利維也納父親：猶太銀行家母親：鋼琴家1931德國1932世界首位全裸出鏡明星1937逃往巴黎好萊塢藝名6位丈夫1966,1991偷竊商店2000.1.19去世奧蘭多第一部電影：《街上的錢》捷克斯洛伐克電影：《神魂顛倒》（Ecstacy）參演25部戲：50歲時演《霸王妖姬》軍火大亨曼德爾(FritzMandl)、作家吉恩·馬基、英國演員約翰·洛德、樂隊指揮歐內斯特·斯托弗、石油商人霍華德·李、律師劉易斯·鮑爾斯跳頻技術之母----海蒂·拉瑪（HedyLamarr）跳頻通信專利----保密通信系統(tǒng)

專利號“2，292，387申請時間：1941.6.10授權時間：1942.8.11音樂家喬治·安泰爾(GeorgeAnteil)1940年初

制作飛機導航系統(tǒng)紐約州的Sylvania公司終生未得利1997年美國電子前沿基金會（EFF）歐洲先鋒派作曲家鋼琴家：《飛機奏鳴曲》《爵士奏鳴曲》《機器之死》50年代初：專利相關研發(fā)1963年：BLADES榮譽技術獎章跳頻通信專利----保密通信系統(tǒng)專利號“2，292，3跳頻通信專利----保密通信系統(tǒng)

借鑒自動鋼琴實現“跳頻”。自動鋼琴像老式計算機，通過讀入編好碼的打孔紙帶演奏。

引導魚雷的通信方法：在一段固定時間內，在載波頻率之間發(fā)射方和接收方用一種同步的通信方式。被發(fā)射方(飛機)和接收方(魚雷)所采用載波頻率同步的編號，是由一種類似自動鋼琴音樂筒的裝置控制，該裝置有一個獨特的由88個可能的階梯組成的序列。通過在每個頻率上僅發(fā)送整個信息的一小部分，魚雷能受到操縱。干擾通信的企圖通常一次只能是一條信道失去作用，而在其他信道上的信息足以保證魚雷做出必要的方向矯正，以擊中目標。跳頻通信專利----保密通信系統(tǒng)借鑒自動鋼琴實現“跳頻理論先導----香農信息論克勞德.艾爾伍德.香農(ClaudeElwoodShannon1916—2001)1948年6月到10月，香農在《貝爾系統(tǒng)技術雜志》上連載發(fā)表了《通信的數學原理》。1949年，香農又在該雜志上發(fā)表了《噪聲下的通信》。這兩篇論文為信息論奠定了基礎。由于在信息科學領域的卓越貢獻，香農被稱為“信息論之父”。Shannon公式給出了信道容量與帶寬和信噪比之間的關系。理論先導----香農信息論克勞德.艾爾伍德.香農194第一個實用跳頻通信系統(tǒng)----BLADES

1955年研制1963年試驗海軍指揮艦Mt.Mckinley編碼器為每一比特信號獨立選擇兩個新頻率，由即將發(fā)送的數據比特來決定使用兩個頻率中的哪一個頻率集：傳號----{，，，…}空號----{，，，…}第一個實用跳頻通信系統(tǒng)----BLADES1955年研制軍用跳頻通信TBR-2000背負式超短波跳頻電臺1970年代末產品定型1980年代逐步推廣（特征）1990年代后技術進步2000年后飛速發(fā)展短波低速跳少量超短波中低速跳1982年馬爾維納斯戰(zhàn)爭英國1989年美國入侵巴拿馬200部SINCGARS

超短波中高速跳數字化自適應跳頻90年代初：模糊圖案90年代末：混沌圖案，CHESS1991年海灣戰(zhàn)爭5000多部美、英、法1999年科索沃戰(zhàn)爭2003年伊拉克戰(zhàn)爭多頻段多模式多功能超高速數據鏈網絡化軍用跳頻電臺解決的問題抗干擾：自然干擾非人為敵意干擾多址干擾

人為敵意干擾反偵察、抗截獲軍用跳頻通信TBR-2000背負式超短波跳頻電臺1970年民用跳頻通信（1990年后）動因解決的問題無線革命的興起市場需求的驅動多頻段多模式多功能超高速數據鏈網絡化……Bn||fnBn-1||fn-1B1||f1BURST容量（頻譜利用率）抗干擾：自然干擾非人為有意干擾多址干擾主要應用領域

移動通信：GSM

短距離無線通信：HomeRFBluetoothWLAN

保密通信

廣播民用跳頻通信（1990年后）動因無線革命的興起1.2跳頻通信的組成原理跳頻通信是通信雙方或多方在相同同步算法和偽隨機跳頻圖案算法的控制下，射頻頻率在約定的頻率表（集）內以離散頻率的形式偽隨機且同步地跳變。射頻在跳變過程中所覆蓋的射頻帶寬遠遠大于原信號帶寬。從實現通信技術來說，“跳頻”是一種用碼序列進行多頻、選碼、頻移鍵控的通信方式，即用為碼序列構成跳頻指令來控制頻率合成器，并在多個頻率中進行選擇的頻移鍵控，是一種碼控載頻跳變的通信系統(tǒng)。跳頻通信采用主動躲避方式，是對抗無線電干擾的有效手段（干擾方式與效果），稱其為無線電通信的"殺手锏"。1.2跳頻通信的組成原理跳頻通信是通信雙方或多方在相同同跳頻通信的組成同步系統(tǒng)跳頻器跳頻器由頻率合成器和跳頻指令發(fā)生器構成跳頻器輸出的跳變的頻率序列，就是跳頻圖案（時頻矩陣）利用偽隨機發(fā)生器或軟件編程來產生跳頻指令跳頻單元稱為載波保護單元CPA(CarrierProtectAssemble)跳頻通信的組成同步系統(tǒng)跳頻器跳頻器由頻率合成器和跳頻指令發(fā)跳頻通信的原理發(fā)送端的載波頻率受一組快速變化的PN碼控制而隨機跳變接收端本振受同一PN碼控制且同步跳變接收端本振與接收到的頻率在同步的情況下始終相差一個中頻IF跳頻（圖案）同步需要時間和頻率二維搜索跳頻通信的原理發(fā)送端的載波頻率受一組快速變化的PN碼控制而跳頻信號頻域特征發(fā)頻合輸出收頻合輸出發(fā)射機輸出宏觀寬帶瞬時窄帶頻譜平均分配頻率跳變偽隨機瞬時帶寬不大于頻率集中的最小頻率間隔跳頻信號頻域特征發(fā)頻合輸出收頻合輸出發(fā)射機輸出宏觀寬帶瞬時帶跳頻信號時域特征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(記作TD)；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（實際上還有無功率輸出時間）叫作換頻時間。只有在駐留時間內才能有效地傳送信息。換頻時間小于跳周期的10%，最大不超過20%跳頻信號時域特征頻率合成器從接受指令開始建立振蕩到達穩(wěn)定狀態(tài)為了盡可能減少鄰近干擾，頻率間隔應選擇為1／Th，這樣頻率fi的譜狀零值正好處于fi+1／Th的峰值處，即為fi

+(1／Th)，構成頻率的正交關系。跳頻頻率數為N，跳頻帶寬為

BRF=N(1／Th)跳周期與頻率間隔23為了盡可能減少鄰近干擾，頻率間隔應選擇為1／Th，這樣頻率

從時頻域來看,跳頻圖案是指在偽隨機碼的控制下，射頻頻率隨時間偽隨機跳變的規(guī)律，形成的時間-頻率矩陣。跳頻圖案（圖樣）圖案本身的隨機性要好，要求參加跳頻的每個頻率出現的概率相同。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，要求跳頻圖案的數目要足夠多。這樣抗破譯的能力強。各圖案之間出現頻率重疊的機會要盡量的小，要求圖案的正交性要好。這樣將有利于組網通信和多用戶的碼分多址。跳頻圖案同步需要時間和頻率二維搜索從時頻域來看,跳頻圖案是指在偽隨機碼的控制下，射跳頻圖案（跳頻圖案產生TODPK+偽隨機序列產生復雜非線性變換跳頻序列周期跳頻圖案周期不可遞推性不可逆推性一次通信的時間遠小于跳頻圖案周期頻率控制字頻率合成器跳頻圖案核心單元和關鍵技術：偽隨機序列發(fā)生器頻率合成器跳頻圖案產生TODPK+偽隨機序列產生復雜非線性變換跳頻序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控制頻率跳變以實現頻譜擴展跳頻組網時，采用不同的跳頻序列作為地址碼，發(fā)端根據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控制頻率跳速Rh絕對跳速：

慢速跳頻SFH：Rh小于100h/s；

中速頻跳MFH：Rh的范圍是100～1000h/s；

快速跳頻FFH：Rh大于1000h/s。相對跳速：

慢速跳頻SFH：在每個跳頻間隔內存在多個調制碼

元，系統(tǒng)中最短的不間斷波形是數據碼元，即Rh小于Rb

快速跳頻FFH：每個調制碼元間隔內存在多次頻率跳變，系統(tǒng)中最短的不間斷波形是跳頻波形，即Rh大于Rb。跳頻速率不同，抗干擾性能不同，復雜程度和成本也不同。不同頻段的信道特性和頻率資源制約跳速，存在極限跳速。過高跳速會產生頻譜濺射污染，不利于網間電磁兼容。跳速是抗干擾的重要但非唯一指標，要綜合考慮。跳速Rh絕對跳速：相對跳速：跳頻速率不同，抗干擾性能不同慢跳頻跳頻圖案慢跳頻跳頻圖案快跳頻跳頻圖案快跳頻跳頻圖案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且時間同步。

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（缺一不可）：

跳頻頻率相同跳頻序列相同跳頻的時刻相同（即同步，但允許存在一定的誤差）跳頻圖案同步跳頻通信條件與定頻通信相比，跳頻通信的載波頻率一直跳頻圖案同步只是跳頻圖案相同；跳頻圖案及跳頻頻率一致的情況；跳頻圖案、跳頻頻率以及跳頻起止時刻完全一致跳頻圖案同步只是跳頻圖案相同；跳頻圖案及跳頻頻率一致的情況；fLfH跳頻信號干擾信號慢跳頻對抗定頻干擾fLfH跳頻信號干擾信號慢跳頻對抗定頻干擾fLfH工作時間工作頻率跳頻信號干擾信號快速跳頻通信可對抗跟蹤瞄準式干擾fLfH工作時間工作頻率跳頻信號干擾信號快速跳頻通信可對抗跟跳頻系統(tǒng)中的模擬調制跳頻系統(tǒng)中的信息調制方式靈活，模擬或數字調制均可。模擬跳頻系統(tǒng)通常采用模擬調制方式采用模擬FM方式時，頻合輸出的頻率間隔要不小于FM信號帶寬；調制器后需加中頻濾波器來限制FM信號帶寬。FM調制器中頻濾波器混頻器帶通濾波器跳頻器發(fā)中頻載波模擬信息信號去功放或天線跳頻系統(tǒng)中的模擬調制跳頻系統(tǒng)中的信息調制方式靈活，模擬或數字跳頻系統(tǒng)中的數字調制（FSK/MSK）對頻差和相移不敏感恒包絡調制，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，適宜慢跳頻和低調制速率系統(tǒng)抗白噪聲能力優(yōu)于MASK，較MPSK差解調在一個周期內積分，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徑方法：編碼與交織結合、宏分集、增大調制階數（通常不大于8）、提高跳速并用微分集。跳頻系統(tǒng)中的數字調制（FSK/MSK）對頻差和相移不敏感跳頻系統(tǒng)中的MFSK調制與解調跳頻系統(tǒng)中的MFSK調制與解調跳頻系統(tǒng)中的PSK調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π/4DQPSK方式跳頻系統(tǒng)中的PSK調制對頻差和相移較敏感跳頻系統(tǒng)中的特殊調制在系統(tǒng)帶寬一定的情況下，采用高效的調制制度(如MQAM)，可以增加頻點數。在混沌通信系統(tǒng)中，常用CSK（混沌移頻鍵控），DCSK（差分混沌移頻鍵控），FM-CSK等調制方式。FH-CDMAFH-OFDM跳頻系統(tǒng)中的特殊調制在系統(tǒng)帶寬一定的情況下，采用高效的調制制跳頻信號的解跳與解調把接收的每一個頻率一個“碼片”一個“碼片”地去掉頻率跳變（解跳）；把它們變換進窄帶濾波器的通帶內；把這個去跳變信號送到信息解調器中解調出發(fā)送信息。跳頻信號的解跳與解調把接收的每一個頻率一個“碼片”一個“碼片模擬跳頻信號的解跳與解調混頻器和中頻濾波器相當于相關解跳器，兼有下混頻功能；接收跳頻輸出頻率始終與輸入信號差1個中頻頻率；FM解調器就是鑒頻器（改成FSK解調器可完成FSK調制跳頻信號的解調）?；祛l器中頻濾波器中頻放大器FM解調器跳頻器接收跳頻信號解調信號輸出跳頻同步系統(tǒng)模擬跳頻信號的解跳與解調混頻器和中頻濾波器相當于相關解跳器，數字跳頻信號的解跳與解調（2FSK）單通道雙通道數字跳頻信號的解跳與解調（2FSK）單通道雙通道M進制跳頻信號的解跳與解調（8FSK）數據速率Rb=150b／s，碼元速率Rs=Rb／(lb8)=50碼元／秒跳頻速率為50跳／秒，跳頻頻率間隔1／T=50HzM進制跳頻信號的解跳與解調（8FSK）數據速率Rb=150M進制跳頻信號的解跳與解調M進制頻率跳變被接收機解跳后,把信號送入由M個帶通濾波器和FH解調器并聯(lián)組成的檢測器。M個解調器的輸出送入最大值檢測器作出判決。M進制跳頻信號的解跳與解調M進制頻率跳變被接收機解跳后,把跳頻信號的非相干解調跳頻信號的非相干解調提高可靠性的多擇判決三中取二判決電路，

一個信息比特對應三個“碼片”。提高可靠性的多擇判決三中取二判決電路，一個信息比特對應三個跳頻濾波器在收發(fā)通道中按跳頻圖案改變中心頻率的帶通濾波器連續(xù)快速改變或開關改變?yōu)V波器的部分或全部參數單元組合式濾波器組可變參數器件式濾波器數字式濾波器數字調諧式濾波器跳頻濾波器在收發(fā)通道中按跳頻圖案改變中心頻率的帶通濾波器單元組合式濾波器組容易實現跳速快功率容量大頻點少易干擾體積功耗大單元組合式濾波器組容易實現頻點少可變參數器件式濾波器體積小調試方便易與鎖相和數字技術配合可控范圍小精度低，溫度特性差功率容量小跳速不高可變參數器件式濾波器體積小可控范圍小數字式濾波器濾波性能好功能強大處理靈活精度高處理速度慢工作頻率低功率容量小信號單向傳輸數字式濾波器濾波性能好處理速度慢數字調諧式濾波器頻率控制特性好線性度好，頻點均勻分布功率容量大跳速高電路復雜附加插損難做高階濾波調試要求高數字調諧式濾波器頻率控制特性好電路復雜跳頻通信工程問題在無干擾情況下，定頻通信能力（數據傳輸速率）比跳頻強。在無干擾和同等功率條件下，跳頻通信距離比定頻縮短1/5左右。在有干擾情況下，跳頻通信具有更強的魯棒性。各信道特性不同，解調需要的信噪（干）比要比最差頻率信道上所需的要大。跳頻通信工程問題在無干擾情況下，定頻通信能力（數據傳輸速率）跳頻通信的特點主要特點抗干擾能力強單頻、窄帶（主動躲避）----頻點數N跟蹤瞄準式----跳速Rh轉發(fā)式----跳速Rh寬帶阻塞式（宏觀寬帶）----跳頻帶寬“遠-近”干擾（瞬時窄帶）抗選擇性衰落（頻率分集）----跳速Rh（同下）抗多徑----跳速Rh（駐留時間與多徑時延相當）跳頻通信的特點主要特點抗干擾能力強單頻、窄帶（主動躲避）--遠-近現象主要特點遠-近現象主要特點多徑衰落（multipath)特點多徑衰落產生于散射的環(huán)境是移動通信特有的現象降低傳輸質量，是影響網絡質量的關鍵因素是任何移動通信系統(tǒng)都面臨的挑戰(zhàn)多徑衰落（multipath)特點多徑衰落產生于散射的環(huán)境頻率分集主要特點F1F2CorruptedBurstsF1NonHoppingHoppingSpreadcorruptedbursts頻率分集主要特點F1F2CorruptedBurstsF1交織與解交織主要特點Frame1@F1Frame2@F2Frame3@F1Frame4@F2Frame5@F1Frame6@F2Frame7@F1Frame8@F220mscodedspeechTxMultipathFadingEnvironment20msspeechcodingRxde-coding20msspeechCorruptedBursts交織與解交織主要特點Frame1Frame2Frame跳頻通信的特點主要特點保密性強（跳頻圖案），抗截獲

偽隨機碼、密鑰、非線性變換兼容性好

模擬與數字、定頻與跳頻、語音與數據、與其它擴頻方式頻譜利用率高

多址與組網偽隨機碼速低，同步快跳頻通信的特點主要特點保密性強（跳頻圖案），抗截獲1.3跳頻通信系統(tǒng)的重要指標

頻率指標頻率范圍跳頻帶寬信道間隔跳頻頻率數

時間指標跳頻圖案周期偽碼周期跳頻周期同步時間

系統(tǒng)指標跳頻處理增益—干擾容限跳頻速率（與頻譜擴展無關，但與抗干擾能力有關）調制方式同步方式組網方式技術指標與系統(tǒng)技術體制和系統(tǒng)性能有密切關系1.3跳頻通信系統(tǒng)的重要指標頻率指標頻率范圍時間頻率指標頻率范圍

跳頻通信系統(tǒng)工作頻段，30-88MHz、108-156MHz跳頻帶寬

覆蓋總帶寬：跳頻系統(tǒng)工作時最高與最低頻率只差。

短波跳頻電臺跳頻帶寬分為窄帶跳頻（64kHz/128kHz）、分頻段跳頻(0.83MHz/1.32MHz)和全頻段跳頻(1.6-29.999MHz)。

跳頻帶寬大小與抗寬帶或部分頻帶干擾的能力有關（正相關）。信道間隔

任意兩個相鄰信道間的標稱頻率只差。通常也是瞬時帶寬。

短波電臺：1000Hz/100Hz/10Hz；超短波電臺：25kHz/12.5kHz。跳頻（可用）頻率數N

跳頻系統(tǒng)工作時跳變的載波頻點數，也稱頻率集（表）。N與抗干擾單頻和多頻及梳狀干擾的能力有關（正相關）。

一次通信可只用其中一部分；組網時可分成幾個子集。頻率指標頻率范圍時間指標跳頻周期Th

一跳占據的時間，等于駐留時間和換頻時間之和；

通常一個偽碼碼片（chip）對應1跳，因此也稱為切普時間；Th=1/Rh偽碼周期

跳頻序列不出現重復的最大長度，可用位數或時間表示。

偽碼周期與抗截獲能力有關（正相關）。跳頻圖案周期

任意兩個相鄰信道間的標稱頻率只差。

短波電臺：1000Hz/100Hz/10Hz；超短波電臺：25kHz/12.5kHz。同步時間

初始同步時間：從發(fā)射機發(fā)射同步信息到接收機實現與之同步并進入跳頻通信狀態(tài)所需時間，通常不大于600ms。

遲入網時間：跳頻電臺欲進入正在工作的跳頻通信網時，該電臺從進入跳頻工作狀態(tài)起到正確入網的時間，通常小于6s。時間指標跳頻周期Th跳頻處理增益定義

跳頻處理增益定義跳頻處理增益表示系統(tǒng)解擴前后信噪比改善程度和敵方干擾要付出的理論上的代價，是抗干擾能力的重要指標。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（功率大小、盲跳頻和自適應跳頻）提高跳頻處理增益有利于提高系統(tǒng)抗跟蹤干擾能力（非直接關系）跳頻處理增益的增加受到多種因素的限制跳頻處理增益表示系統(tǒng)解擴前后信噪比改善程度和敵方干擾要付出的干擾容限表示系統(tǒng)實際抗干擾能力，實際系統(tǒng)的抗干擾能力更小。后兩項若有5dB，則跳頻干擾容限為0.32N，即只有可用頻率數的30%-40%。跳頻干擾容限與糾錯編碼關系密切，或者，以上數值是以跳頻加糾錯為前提的。跳頻本身不糾錯。干擾容限表示系統(tǒng)實際抗干擾能力，實際系統(tǒng)的抗干擾能力更小。1.4跳頻通信系統(tǒng)的關鍵技術跳頻序列設計跳頻頻率合成器跳頻同步----解跳跳頻組網----分選調制與解調跳頻圖案1.4跳頻通信系統(tǒng)的關鍵技術跳頻序列設計跳頻圖案1.5跳頻通信系統(tǒng)的發(fā)展方向新的跳頻體制更高的工作頻段抗干擾增效措施共用增效措施混合體制與綜合措施技術、戰(zhàn)術、多維空間1.5跳頻通信系統(tǒng)的發(fā)展方向新的跳頻體制技術、戰(zhàn)術、多維抗跟蹤干擾增效措施提高跳頻組網能力提高跳頻的戰(zhàn)術使用能力

頻率佯動、頻率表優(yōu)化等提高跳速或采用變速跳策略提高跳頻圖案的技術性能和使用水平抗跟蹤干擾增效措施提高跳頻組網能力抗阻塞干擾增效措施空閑信道搜索技術（FCS）--認知無線電實時頻率/功率自適應跳頻技術頻域、時域甚至空域的多維處理技術自動更換頻率表頻率冗余設計（較常用）抗阻塞干擾增效措施空閑信道搜索技術（FCS）--認知無線電共用增效措施選擇合適額調制方式增加可用跳頻頻率數寬間隔或變間隔跳頻----跳頻圖案交織與糾錯功率對抗或低速傳輸干信分離技術或自適應抵消智能天線跳頻參數管控共用增效措施選擇合適額調制方式2跳頻通信系統(tǒng)性能2跳頻通信系統(tǒng)性能Contents2.1跳頻系統(tǒng)面臨的干擾威脅2.2跳頻通信系統(tǒng)的數學模型2.3技術指標與抗干擾能力2.4跳頻系統(tǒng)抗干擾性能分析Contents2.1跳頻系統(tǒng)面臨的干擾威脅2.2跳頻通信系2.1跳頻系統(tǒng)面臨的干擾威脅自然干擾人為干擾噪聲多徑衰落其它用戶單頻與窄帶多頻部分頻帶寬帶跟蹤轉發(fā)（特殊跟蹤）阻塞式跟蹤式通過優(yōu)化設計或技術手段可消除或減弱其影響跳頻面臨的干擾所有干擾都假設強度足夠大2.1跳頻系統(tǒng)面臨的干擾威脅自然干擾噪聲阻塞式跟蹤式通過干擾方式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。2.1跳頻系統(tǒng)面臨的干擾威脅干擾方式1：在某一個頻率上施放長時間的大功率的干擾，即單頻干2.1跳頻系統(tǒng)面臨的干擾威脅單頻多頻部分頻帶寬頻帶2.1跳頻系統(tǒng)面臨的干擾威脅單頻單頻或窄帶干擾不鄰接干擾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或窄帶干擾不鄰接鄰接跟蹤與轉發(fā)式干擾跳頻發(fā)射機跳頻接收機偵察、分析、引導時間Tp接收時間Tr發(fā)送時間Tt干擾機T總=T接收+T發(fā)送+T偵察、分析、引導收發(fā)傳輸時延Td跟蹤與轉發(fā)式干擾跳頻發(fā)射機跳頻接收機偵察、分析、引導時間Tp跟蹤與轉發(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。轉發(fā)式干擾是將接收的跳頻信號放大直接發(fā)出去，或者在放大并增加額外的噪聲調制（污染）信號后發(fā)送出去，從而對當前跳頻信號形成干擾跟蹤與轉發(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2.2跳頻通信系統(tǒng)的數學模型設s1(t)為發(fā)送的跳頻信號，有

其中,n=0,1,2,…,N-1；為輸出的FH信號(令振幅A=1)；為FH合成器跳變間隔,每跳持續(xù)時間為T,一般取;m(t)是待傳數字信息流；為初相。

2.2跳頻通信系統(tǒng)的數學模型設s1(t)為發(fā)送的跳頻信號跳頻通信系統(tǒng)的數學模型iIttmtsjw)cos()(21)(12=解跳跳頻通信系統(tǒng)的數學模型iIttmtsjw)cos()(212.3技術指標與跳頻抗干擾性能跳頻帶寬越寬，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。跳頻同步越快，抗干擾能力越強。2.3技術指標與跳頻抗干擾性能跳頻帶寬越寬，抗寬帶（部分2.4跳頻系統(tǒng)抗干擾性能分析抗白噪聲能力假設跳頻系統(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。跳頻信號經解跳后落入中頻頻帶內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，采用非相干解調方式，2FSK的FH系統(tǒng)的差錯概率為跳頻對白噪聲無抵抗能力2.4跳頻系統(tǒng)抗干擾性能分析抗白噪聲能力在BFSK/F2.4跳頻系統(tǒng)抗干擾性能分析抗單頻或窄帶干擾能力

若在BW內有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N個頻率是等概出現的，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2.4跳頻系統(tǒng)抗干擾性能分析抗單頻或窄帶干擾能力若在B2.4跳頻系統(tǒng)抗干擾性能分析抗單頻或窄帶干擾能力

降低擊中概率：減少擊中頻率數或增加可用頻率數若是弱干擾信號，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，J0為干擾的功率譜密度。2.4跳頻系統(tǒng)抗干擾性能分析抗單頻或窄帶干擾能力降低擊降低擊中概率----增加冗余度增加冗余度（分組編碼）

用若干個頻率(一般是取奇數個)傳輸一個比特信息，接收機按多數準則判決。這樣，即使某一瞬間某些頻率受到干擾，發(fā)生了錯誤,但只要大多數頻率正確，通過多數判決,就能減少差錯率。同時提高跳頻速率降低擊中概率----增加冗余度增加冗余度（分組編碼）采用如前提出的增加冗余度的方法時跳頻系統(tǒng)的誤碼率,可由積累二項分布的表達式給出：

p=J/N是只用一個頻率傳送時的誤碼率（擊中概率）；

q是傳送一個頻率的正確接收概率,q=1-p；

c是傳送1比特信息所用的頻率數；

r為使一個比特信息錯判必須的錯判頻率數。

分組編碼改善誤碼性能采用如前提出的增加冗余度的方法時跳頻系統(tǒng)的誤碼率,可由積累二J／N與Pe的關系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)送較多頻率數與降低誤碼率之間進行一定的折衷。J／N與Pe的關系在實際中增加多余度究竟能使誤碼率改善多少，兩種判決的比較判決準則誤碼率為10-3，J/N的值N每個頻率的瞬時帶寬射頻帶寬3中取20.01952606kHz31.5kHz5中取30.047213010kHz21.3kHz兩種判決的比較判決準則誤碼率為10-3，J/N的值N每個頻率在兩個用戶同時使用相同的頻帶時，則會發(fā)生碰撞，設一次碰撞的概率為,假定出現這種碰撞時誤碼的概率為0.5,則總的誤碼率就為如果對數目較大的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)的誤碼率為同步跳頻用戶碰撞在兩個用戶同時使用相同的頻帶時，則會發(fā)生碰撞，設一次碰撞的概仿真結果仿真結果對于異步的情況，一次碰撞的概率為異步跳頻用戶碰撞對應的系統(tǒng)誤碼率為其中，是1跳內發(fā)送的符號數。對于快跳頻，信號的差錯率為其中，

對于異步的情況，一次碰撞的概率為異步跳頻用戶碰撞對應的系統(tǒng)誤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。干擾跳頻信號，寬帶干擾比窄帶或單頻干擾更有效。由于功率和帶寬的原因，要求高，實現困難。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指帶寬大于跳頻總帶寬1/5或干擾掉20％以上跳寬帶干擾的總功率為，帶寬為W，功率譜密度為,并假設>>，則SNR為處理增益干擾容限或阻塞系數在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備的干擾產生阻塞，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?？箤拵ё枞蓴_性能寬帶干擾的總功率為，帶寬為W，功率譜密度為,并假設跳頻通信系統(tǒng)ppt課件跳頻通信系統(tǒng)ppt課件跳頻通信系統(tǒng)ppt課件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。假設部分頻帶干擾來自某一干擾臺，在采用2FSK調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，相應的差錯概率為（其中為某個常數）抗部分頻帶干擾性能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，然后將干擾機的頻率調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)射機的調諧時間以及信號傳輸的時延差等，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?？垢櫴礁蓴_性能跟蹤式干擾機的組成為一頻譜分析儀和干擾機。工作時，它首先用頻跳頻發(fā)射機跳頻接收機偵察、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收發(fā)傳輸時間Td跳頻發(fā)射機跳頻接收機偵察、分析、引導時間接收時間發(fā)送時間干擾跟蹤干擾和臨界跳速fifjT總

T跳頻T總

T跳頻干擾干擾有效干擾時間T跳頻跟蹤干擾和臨界跳速fifjT總T跳頻T總T跳頻干擾干擾有抗跟蹤干擾快跳頻是對付跟蹤干擾的最好方法。理論公式：臨界跳速=1/（T總-Td）

經驗公式：臨界跳速＝150KHz/d(km)如果跳速做不快，可以采用跳擴結合的方法。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?？垢櫢蓴_快跳頻是對付跟蹤干擾的最好方法。[例]設FF/SS系統(tǒng)中收、發(fā)設備間的距離是的d1=20km，干擾機與收、發(fā)設備間的距離約d2=15km，求最小跳頻速率Rhmin？（光速）解：Td=d1/c，忽略干擾機處理時間，T總=2d2/c，則抗轉發(fā)式干擾例子[例]設FF/SS系統(tǒng)中收、發(fā)設備間的距離是的d1=20km抗轉發(fā)式干擾性能轉發(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使轉發(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有時間上的重疊（60%以上最好）。以d1表示直線傳播距離，d2+d3為經干擾機轉發(fā)的傳播距離，Tp為干擾機的處理時間，則產生干擾的條件為或抗轉發(fā)式干擾性能轉發(fā)式干擾機要有效地干擾跳頻信號，必須在跳頻抗轉發(fā)式干擾性能把此式右邊看成常數，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，倘若干擾機設在橢圓之外，則干擾不會有效。反過來，為了避免轉發(fā)式干擾，跳頻速率應滿足

轉發(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?？罐D發(fā)式干擾性能把此式右邊看成常數，取等號，便形成一個以發(fā)射3跳頻頻率合成器3跳頻頻率合成器Contents3.1跳頻器及其頻率合成器3.2跳頻頻率合成器的要求3.3直接頻率合成器3.4間接頻率合成器3.5直接數字式頻率合成器Contents3.1跳頻器及其頻率合成器3.2跳頻頻率合成3.1跳頻器及其頻率合成器

跳頻系統(tǒng)中，由偽碼發(fā)生器和頻率合成器組成了跳頻器，它是跳頻系統(tǒng)的核心。頻率合成器輸出頻率受跳頻指令的控制。

跳頻用頻率合成器分為直接式和間接式兩種。

跳頻系統(tǒng)對偽碼發(fā)生器沒有直擴DS中那么高，但對頻率合成器的要求則比較苛刻，即要求頻率合成器輸出頻率穩(wěn)定、頻譜純，可供選用的頻率數N大，頻譜轉換要快，頻率鎖定時間短，跳頻圖案轉換速度快等。且這些要求間可能相互矛盾。3.1跳頻器及其頻率合成器跳頻系統(tǒng)中，由偽碼發(fā)生器和頻頻率合成器頻率合成是指以一個或少量的高準確度和高穩(wěn)定的標準頻率作為參考頻率，由此導出多個或大量的輸出頻率，這些輸出頻率的準確度與穩(wěn)定度與參考頻率是一致的。頻率合成器通過一個或多個標準頻率產生大量的輸出頻率，它是通過對標準頻率在頻域進行加、減、乘、除來實現的，可以用混頻、倍頻和分頻等電路來實現。頻率合成器頻率合成是指以一個或少量的高準確度和高穩(wěn)定的標準頻3.2跳頻頻率合成器的要求頻率范圍（覆蓋系數）

輸出最高和最低頻率之間的范圍頻率分辨力兩個相鄰頻率之間的最小間隔頻率轉換時間從一個頻率轉換到另一個頻率且達到穩(wěn)定所需的時間頻率準確度和穩(wěn)定度準確度：實際輸出頻率偏離標稱頻率的大??；只有穩(wěn)才能準。

穩(wěn)定度：在一定時間間隔內，輸出頻率變化的范圍。長期、短期、瞬時穩(wěn)定度。頻譜純度

諧波分量和其他雜散分量大小的量度。體積與功耗

3.2跳頻頻率合成器的要求頻率范圍（覆蓋系數）頻率合成器的頻譜影響頻率合成器頻譜純度的因素主要有二個，一是相位噪聲，二是寄生干擾。相位噪聲是瞬間頻率穩(wěn)定度的頻域表示，在頻譜上呈現為主譜兩邊的連續(xù)噪聲。寄生（又稱為雜散）干擾是由非線性部件所產生的，其中最嚴重的是混頻器，寄生干擾表現為一些離散的頻譜。頻率合成器的頻譜影響頻率合成器頻譜純度的因素主要有二個，一是3.3直接式頻率合成器（DS）

直接式頻率合成器用混頻、分頻、倍頻（頻率四則運算）構成,既能產生很多頻率又能快速跳變頻率。

一個可以產生4096個頻率的頻率合成器例子。這是一種“和頻”/“分頻”方案?！昂皖l”/“分頻”式頻率合成器是由一些完全相同的“和頻”/“分頻”基本單元串接而成的。3.3直接式頻率合成器（DS）直接式頻率合成器用混頻、分直接式頻率合成器

分頻比為N，每增加一級，輸出跳頻頻率間隔就減少為前一級的1／N，所以輸出跳頻頻率間隔Δf為參考頻率間隔ΔF與參考頻率數K的乘積除以頻率總數KA，即為

“和頻”/“分頻”式頻率合成器能夠提供的頻率總數與參考頻率的數目(K)及混頻的次數(A)有關,即為KA個頻率。

“和頻”/“分頻”基本單元直接式頻率合成器分頻比為N，每增加一級，輸出跳頻頻率間隔影響直接式頻合跳速的因素帶通濾波器抑制混頻產生的不需要頻率（如和頻和其他組合頻率）；開關轉換時間----不是主要因素帶通濾波器的延遲----關鍵

混頻器的處理延遲----重要隨著混頻級數的增加，各種傳輸時延也會增加，這樣就限制了跳頻速率。影響直接式頻合跳速的因素帶通濾波器抑制混頻產生的不需要頻率（直接式頻率合成器特點轉換速度快（100μs級），跳速較高；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；可產生的頻率數多，通過增加混頻級數還可進一步增加頻率數；跳頻信號頻率高，帶寬寬（如60MHz甚至更高）；工作穩(wěn)定可靠；隨著跳頻點數的增加，濾波、屏蔽、消除射頻干擾等措施的硬件復雜度呈指數增加，體積和重量也相應增加。SAW是發(fā)展趨勢；集成電路工藝水平提高使其又被重新重視起來。直接式頻率合成器特點轉換速度快（100μs級），跳速較高；3.4間接式頻率合成器（IS）間接式頻率合成器是用鎖相環(huán)法實現輸出頻率：頻率分辨力：3.4間接式頻率合成器（IS）間接式頻率合成器是用鎖相環(huán)法間接式頻率合成器可變分頻器限制最高輸出頻率：