跳頻圖案的產(chǎn)生及跳頻同步方法

1、1 跳頻圖案的產(chǎn)生1.1 什么是跳頻圖案?為了不讓敵方知道我們通信使用的頻率，需要經(jīng)常改變載波頻率，即“打一槍換一個地方”似地對載波頻率進(jìn)行跳變，跳頻通信中載波頻率改變的規(guī)律，叫作跳頻圖案。通常我們希望頻率跳變的規(guī)律不被敵方所識破，所以需要隨機(jī)地改變以至無規(guī)律可循才好。但是若真的無規(guī)律可循的話，通信的雙方(或友軍)也將失去聯(lián)系而不能建立通信。因此，常采用偽隨機(jī)改變的跳頻圖案。只有通信的雙方才知道此跳頻圖案，而對敵方則是絕對的機(jī)密。所謂“偽隨機(jī)”，就是“假”的隨機(jī)，其實(shí)是有規(guī)律性可循的，但當(dāng)敵方不知跳頻圖案時，就很難猜出其跳頻的規(guī)律來。圖11所示為一個跳頻圖案。圖中橫軸為時間，縱軸為頻率。這個時

2、間與頻率的平面叫作時頻域。也可將這個時頻域看作一個棋盤，橫軸上的時間段與縱軸上的頻率段構(gòu)成了棋盤格子。陰影線代表所布棋子的方案，就是跳頻圖案；它表明什么時間采用什么頻率進(jìn)行通信，時間不同頻率也不同。圖11圖11中所示為一跳頻圖案，它是在一個時間段內(nèi)傳送一個或多個比特信息。通常稱此時間段叫跳頻的駐留時間，稱頻率段為信道帶寬。在時頻域這個“模盤”上的一種布子方案就是一個跳頻圖案。當(dāng)通信收發(fā)雙方的跳頻圖案完全一致時，就可以建立跳頻通信了。圖12所示就是建立跳頻通信的示意圖。圖12其中t表示時間，s表示空間，f表示頻率。當(dāng)收、發(fā)雙方在空間上相距一定距離時，只要時頻域上的跳頻圖案完全相重合，就表示收、發(fā)

3、雙方同步跳頻地進(jìn)行通信。1.2 跳頻圖案與跳頻頻率表跳頻圖案是由跳頻指令控制頻率合成器所產(chǎn)生的頻率序列。跳頻系統(tǒng)中，跳頻帶寬和可供跳變的頻率(頻道)數(shù)目都是預(yù)先定好的。比如說，跳頻帶寬為5MHz，跳頻頻率的數(shù)目是64個，頻道間隔是25kHz。這樣，在5MHz帶寬內(nèi)可供選用的頻道數(shù)遠(yuǎn)大于64個，那么你怎樣選擇出64個頻率來呢? 這就是所謂的跳頻頻率表。根據(jù)電波傳播條件、電磁環(huán)境條件以及敵方干擾的條件等因素來制定一張或幾張具有64個頻率的頻率表，即f1，f2，f64，另一張可以是f1，f2,f64。如果采用f1，f2，f64這張頻率表，那么跳頻指令發(fā)生器則是根據(jù)這張頻率表向頻率合成器發(fā)出指令進(jìn)行跳

4、頻的。那么又怎樣在這64個頻率中做到偽隨機(jī)地跳頻呢? 這就是由圖13所示的跳頻指令發(fā)生器和頻率合成器來實(shí)現(xiàn)的。圖13跳頻指令發(fā)生器主要是一個偽碼發(fā)生器。偽碼發(fā)生器在時鐘脈沖的推動下，不斷地改變碼發(fā)生器的狀態(tài)。不同的狀態(tài)對應(yīng)于一張?zhí)l頻率表中的一個頻率。64種狀態(tài)則對應(yīng)64個頻率。再根據(jù)此頻率，按照頻率合成器可變分頻器、置位端的要求，轉(zhuǎn)換成控制頻率合成器的跳頻指令。由于偽碼發(fā)生器的狀態(tài)是偽隨機(jī)地變化，所以頻率合成器輸出的頻率也在64個頻率點(diǎn)上偽隨機(jī)的跳變，便生成了偽隨機(jī)地跳頻圖案。當(dāng)頻率表不同時，雖然用同一個偽碼發(fā)生器，實(shí)際所產(chǎn)生的跳頻圖案也是不同的。1.3 跳頻圖案的選擇一個好的跳頻圖案應(yīng)考慮

5、以下幾點(diǎn)：圖案本身的隨機(jī)性要好，要求參加跳頻的每個頻率出現(xiàn)的概率相同。隨機(jī)性好，抗干擾能力也強(qiáng)。圖案的密鑰量要大，要求跳頻圖案的數(shù)目要足夠多。這樣抗破譯的能力強(qiáng)。各圖案之間出現(xiàn)頻率重疊的機(jī)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。上面談過，跳頻圖案的性質(zhì)，主要是依賴于偽碼的性質(zhì)。所以選擇偽碼序列成為獲得好的跳頻圖案的關(guān)鍵。1.4 幾種常用的偽隨機(jī)序列偽隨機(jī)序列也稱作偽碼。它是具有近似隨機(jī)序列(噪聲)的性質(zhì)，而又能按一定規(guī)律(周期)產(chǎn)生和復(fù)制的序列。因?yàn)殡S機(jī)序列是只能產(chǎn)生而不能復(fù)制的，所以稱其是“偽”的隨機(jī)序列。常用的偽隨機(jī)序列有m序列、M序列和RS序列。圖14

6、所示是一個由三級移位寄存器與模2加法器構(gòu)成的m序列發(fā)生器，它產(chǎn)生的序列最大長度(周期)是2n1位，這里n 3，即最大序列長度是7位。圖中第二級和第三級的輸出經(jīng)模2加法器后反饋到第一級的輸入端，構(gòu)成的反饋電路叫反饋邏輯。模2加法運(yùn)算是線性運(yùn)算，所以是線性的反饋邏輯。只有當(dāng)反饋邏輯滿足某種條件時，移位寄存器輸出的序列長度才是2n1位，達(dá)到最大的長度。否則產(chǎn)生的序列就達(dá)不到2n1位那樣長。所以也把m序列叫作最大長度線性移位寄存器序列。圖14 m序列發(fā)生器如果反饋邏輯中的運(yùn)算含有乘法運(yùn)算或其他邏輯運(yùn)算，則稱作非線性反饋邏輯。由非線性反饋邏輯和移位寄存器構(gòu)成的序列發(fā)生器所能產(chǎn)生最大長度序列，就叫作最大長

7、度非線性移位寄存器序列，或叫作M序列，M序列的最大長度是2n。圖15給出一個七級的M序列發(fā)生器的框圖?？梢钥闯?，與線性反饋邏輯不同之處在于增加了“與門”運(yùn)算，與門具有乘法性質(zhì)。圖15 M序列發(fā)生器利用固定寄存器和m序列發(fā)生器可以構(gòu)成RS序列發(fā)生器。它所產(chǎn)生的RS序列是一種多進(jìn)制的具有最大的最小距離的線性序列。圖16給出RS序列發(fā)生器的框圖。圖中，A為三級固定寄存器；B為三級移位寄存器，產(chǎn)生周期為7位的m序列。A、B寄存器的輸出經(jīng)過模2加運(yùn)算后，產(chǎn)生一個7位的八進(jìn)制RS序列。圖16 RS序列發(fā)生器上述的三種序列除用硬件發(fā)生外，均可由軟件編程產(chǎn)生。實(shí)用的跳頻序列長度約在237(即1011)左右。m

8、序列的優(yōu)點(diǎn)是容易產(chǎn)生，自相關(guān)特性好，且是偽隨機(jī)的。但是可供使用的跳頻圖案少，互相關(guān)特性不理想，又因它采用的是線性反饋邏輯，就容易被敵人破譯碼的序列，即保密性、抗截獲性差。由于這些原因，在跳頻系統(tǒng)中不采用m序列作為跳頻指令碼。M序列是非線性序列，可用的跳頻圖案很多，跳頻圖案的密鑰量也大，并有較好的自相關(guān)和互相關(guān)特性，所以它是較理想的跳頻指令碼。其缺點(diǎn)是硬件產(chǎn)生時設(shè)備較復(fù)雜。RS序列的硬件產(chǎn)生比較簡單，可以產(chǎn)生大量的可用跳頻圖案，很適于用作跳頻指令碼序列。2 跳頻同步方法2.1 跳頻同步信息的基本傳遞方法獨(dú)立信道法。利用一個專門的信道來傳送同步信息；收端從此專門信道中接收發(fā)端送來的步信息后，依照同

9、步信息的指令，設(shè)置接收端的跳頻圖案、頻率序列和起止時刻，并校準(zhǔn)收端的時鐘，在規(guī)定的起跳時刻開始跳頻通信。這種方式，需要專門的信道來傳送同步信息，有的通信系統(tǒng)難以提供專門的信道，因此獨(dú)立信道法的應(yīng)用受到了限制。前置同步法，也稱同步字頭法。在跳頻通信之前，選定一個或幾個頻道上先傳送一組特殊的攜帶同步信息的碼字，收端接收此同步信息碼字后，按同步信息的指令進(jìn)行時鐘校準(zhǔn)和跳頻。因?yàn)槭窃谕ㄐ胖跋葌魉屯酱a字，故稱同步字頭法。自同步法，也稱同步信息提取法。這種方法是利用發(fā)端發(fā)送的數(shù)字信息序列中隱含的同步信息，在接收端將其提取出來從而獲得同步信息實(shí)現(xiàn)跳頻。此法不需要專門的信道和發(fā)送專門的同步碼字，所以它具有

10、節(jié)省信道、節(jié)省信號功率和同步信息隱蔽等優(yōu)點(diǎn)。上述三種基本的同步信息傳遞方法各有利弊。獨(dú)立信道法需要專門的信道來傳送專門的同步信息，因此它占用頻率資源和信號功率。另外，其同步信息傳送方式不隱蔽，易于被敵方發(fā)現(xiàn)和干擾。其優(yōu)點(diǎn)是傳送的同步信息量大，同步建立的時間短，并能不斷地傳送同步信息，保持系統(tǒng)的長時間同步。同步字頭法雖然不需專門的同步信息信道而是利用通信信道來傳送同步信息，它還是擠占了通信信道頻率資源和信號功率。所以它的缺點(diǎn)與獨(dú)立信道法相似。為了使同步信息隱蔽，應(yīng)采用盡量短的同步字頭，但是同步字頭太短又影響傳送的同步信息量的多少，需折衷考慮。采用同步字頭法的跳頻系統(tǒng)為了能保持系統(tǒng)的長時間同步，還

11、需在通信過程中，插入一定的同步信息碼字。自同步法在節(jié)省頻率資源和信號功率方面具有優(yōu)點(diǎn)。但由于發(fā)端發(fā)送的數(shù)字信息序列中所能隱含的同步信息是非常有限的，所以在接收端所能提取的同步信息就更少了。此法只適用于簡單跳頻圖案的跳頻系統(tǒng)，并且系統(tǒng)同步建立的時間較長。在實(shí)際的跳頻系統(tǒng)中，常常是將這幾種基本方法組合起來應(yīng)用，使跳頻系統(tǒng)達(dá)到某種條件下的最佳同步。數(shù)字跳頻系統(tǒng)是指傳送數(shù)字話音或數(shù)據(jù)的跳頻通信系統(tǒng)。因此，它傳送跳頻同步信息是以數(shù)據(jù)幀的格式進(jìn)行的。數(shù)字系統(tǒng)跳頻同步方法也不外乎同步字頭法，自同步法和參考時鐘法。同步字頭法。發(fā)端需發(fā)送含有同步信息的碼字，收端解碼后，依據(jù)同步信息使收端本地跳頻器與發(fā)端同步。同

12、步信息除位同步、幀同步外，主要應(yīng)包括跳頻圖案的實(shí)時狀態(tài)信息或?qū)崟r的時鐘信息，即所謂的“TOD”信息(Time of the Day)。實(shí)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(shí)時的碼序列狀態(tài)。根據(jù)這些信息，收端就可以知道當(dāng)前跳頻駐留時間的頻率和下一跳駐留時間應(yīng)當(dāng)處在什么頻率上，從而使收發(fā)端跳頻器同步工作。為了保證TOD信息的正確接收，在如圖611所示的同步信息數(shù)據(jù)幀格式中裝有位同步和幀同步位。此外，對TOD信息位可采用差錯控制技術(shù)，如糾錯編碼，相關(guān)編碼或采用大數(shù)判決，以提高傳輸?shù)目煽啃?。圖21參考時鐘法。在一個通信網(wǎng)內(nèi)，設(shè)一個中心站，它播發(fā)高精度的時鐘信息，所

13、有網(wǎng)內(nèi)的用戶依照此標(biāo)準(zhǔn)時鐘來控制收、發(fā)信機(jī)的同步定時，達(dá)到收、發(fā)雙方同步。采用這種方法進(jìn)行跳頻同步，需要事先約定好所采用的跳頻圖案和頻率表，或者，需通過其它方式將跳頻圖案情息通知網(wǎng)內(nèi)用戶。此法需要一個精度極高的標(biāo)準(zhǔn)時鐘，否則不能實(shí)現(xiàn)跳頻通信。自同步法。它是依靠從接收到的跳頻信號中提取有關(guān)同步信息來實(shí)現(xiàn)跳頻同步的。數(shù)字跳頻系統(tǒng)中，根據(jù)需要也可采用不同方法的組合。比如，自同步法具有同步信息隱蔽的優(yōu)點(diǎn)，但是存在同步建立時間長的缺點(diǎn)；而同步字頭法具有快速 建立同步的優(yōu)點(diǎn)而存在同步信息不夠隱蔽的缺點(diǎn)。因此可將這兩種方法進(jìn)行組合，得到一個綜合最佳的同步系統(tǒng)。圖22所示的是等待自同步法的跳頻同步 過程。圖2

14、2圖中，接收端在頻率f6上等待接收跳頻信號；發(fā)送端發(fā)送的跳頻信號的載波頻率依次在f5、f1、f3、f4、f2、f6 上跳變。當(dāng)發(fā)端信號的載頻跳變至f6時，收端接收到跳頻信號，這時稱作同步捕獲，即可從跳頻信號中解出它所攜帶的同步字頭內(nèi)的同步信息。接著，就依照同步信息的指令開始同步跳頻，即由等待階段轉(zhuǎn)入同步跳頻的階段，從而建立了跳頻系統(tǒng)的同步。2.2 跳頻同步系統(tǒng)性能及抗干擾性衡量同步系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，主要應(yīng)考慮兩個方面：一是跳頻系統(tǒng)同步的可靠性;二是同步系統(tǒng)的抗干擾性。同步系統(tǒng)的可靠性。它包括系統(tǒng)同步的建立時間，正確同步概率和假同步的概率，系統(tǒng)同步保持時間等項(xiàng)指標(biāo)。一般說來，跳頻同步系統(tǒng)的同步建立

15、時間越短越好，同步保持時間越長越好；正確同步的概率要大，假同步的概率要小。這樣才能稱為一個快速、穩(wěn)定而可靠的同步系統(tǒng)。同步系統(tǒng)的抗干擾性。它包括抗人為干擾和噪聲干擾。采用跳頻技術(shù)的一個目的就是提高系統(tǒng)的抗干擾性，特別是在電子戰(zhàn)的環(huán)境中，主要是抗敵方有意的 干擾。因此，要求同步信息的傳遞要隱蔽、快速。為此，需考慮如下幾點(diǎn)： 盡量使同步信號在空中存在的時間要短，使敵方難以在很短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)同步信號。 在多個跳變頻道上傳送同步信息，增大頻道的隨機(jī)性，使敵方難以偵察；增大跳頻帶寬，使敵方難以在寬帶內(nèi)施放干擾。 頻率跳變的速率要快，使跳頻信號的駐留時間變短，可防止跟蹤式干擾，從而保護(hù)同步字頭。 應(yīng)盡量使

16、同步信息的信號特征與通信信息的信號特征一致，以致敵方難以區(qū)分同步信息?；蛘撸藶榈匕l(fā)出偽同步信息以迷惑敵人，從而提高對同步信息 的保護(hù)能力。對于噪聲干擾，要求在低信噪比或高誤碼率的信道條件下能實(shí)現(xiàn)跳頻系統(tǒng)的正確同步。對此，需考慮以下各點(diǎn)： 同步信息本身的差錯控制，如糾錯編碼、多次重發(fā)、相關(guān)編碼、交織等； 同步認(rèn)定的算法控制，即經(jīng)過多次同步檢測后才認(rèn)定系統(tǒng)同步的策賂，并選擇最佳的檢測次數(shù)。同步狀態(tài)下的失步算法控制，即經(jīng)過多次失步檢測后才確定系統(tǒng)已失去同步的策略，并選擇最佳的檢測次數(shù)。3.1 跳頻技術(shù)指標(biāo)與抗干擾的關(guān)系考察一個系統(tǒng)的跳頻技術(shù)性能，應(yīng)注意下列各項(xiàng)指標(biāo)：跳頻帶寬跳頻頻率的數(shù)目跳頻的速率

17、跳頻碼的長度(周期)跳頻系統(tǒng)的同步時間一般說來，希望跳頻帶寬要寬，跳頻的頻率數(shù)目要多，跳頻的速率要快，跳頻碼的周期要長，跳頻系統(tǒng)的同步時間要短。跳頻帶寬的大小，與抗部分頻帶的干擾能力有關(guān)。跳頻帶寬越寬，抗寬帶干擾的能力越強(qiáng)。所以希望能全頻段跳頻。例如，在短波段，從1.5MHz到3MHz全頻段跳頻；在甚高頻段，從30MHz到80MHz全頻段跳頻。跳頻頻率的數(shù)目，與抗單頻干擾及多頻干擾的能力有關(guān)。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(qiáng)。在一般的跳頻電臺中，跳頻的頻率數(shù)目不超過100個。跳頻的速率，是指每秒鐘頻率跳變的次數(shù)，它與抗跟蹤式干擾的能力有關(guān)。 跳速越快，抗跟蹤式干擾的能力就

18、越強(qiáng)。一般在短波跳頻電臺中，其跳速目前不超過100跳秒。在甚高頻電臺中，一般跳速在500跳秒。對某些更高頻段的跳頻系統(tǒng)可工作在每秒幾萬跳的水平。跳頻碼的長度，它將決定跳頻圖案延續(xù)時間的長度，這個指標(biāo)與抗截獲(破譯)的能力有關(guān)。跳頻圖案延續(xù)時間越長，敵方破譯越困難，抗截獲的能力也越強(qiáng)。跳頻碼的周期可長達(dá)10年甚至更長的時間。跳頻系統(tǒng)的同步時間，是指系統(tǒng)使收發(fā)雙方的跳頻圖案完全同步并建立通信所需要的時間。系統(tǒng)同步時間的長短將影響該系統(tǒng)的頑存程度。因?yàn)橥竭^程一旦被敵方破環(huán)，不能實(shí)現(xiàn)收、發(fā)跳頻圖案的完全同步，則將使通信系統(tǒng)癱瘓。因此，希望同步建立的過程越短越好，越隱蔽越好。根據(jù)使用的環(huán)境不同，目前跳

19、頻電臺的同步時間可在秒或幾百毫秒的量級。當(dāng)然，一個跳頻系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)依照使用的目的、要求以及性能價格比等方面綜合考慮才能做出最佳的選擇。3.2 跳頻信號的波形與定頻連續(xù)信號波形不同，跳頻信號的波形是不連續(xù)的，這是因?yàn)樘l器產(chǎn)生的跳變載波信號之間是不連續(xù)的。頻率合成器從接受跳頻指令開始到完成頻 率的跳變需要一定的切換時間。為了保證其輸出的頻率純正而穩(wěn)定，防止雜散輻射，在頻率切換的瞬間是抑止發(fā)射機(jī)末級工作的。頻率合成器從接受指令開始建立振蕩到達(dá)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(dá)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

20、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。圖610給出頻率合成器的換頻過程和載波信號的波形。圖610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?，F(xiàn)如今，無論人們?nèi)ズ翁?，幾乎都想知道家居與辦公室使用LSAN（無線局域網(wǎng)）和WPAN（無線私人局域網(wǎng)）的環(huán)境，因?yàn)樗{(lán)牙和其它無線技術(shù)可為人們提供極大的移動性和靈活性。就目前而言，一般認(rèn)為藍(lán)牙和WiFi（

21、802.11b，即無線高保真系統(tǒng)）在技術(shù)上以及應(yīng)用上彼此間是相安無事的。但是，隨著在免特許的2.4GHz頻段中工作的設(shè)備數(shù)量持續(xù)增加，這些設(shè)備在辦公室等環(huán)境中頻繁地一起使用，人們不得不考慮相互間干擾問題。十分顯然，干擾是必須解決的。在理論上，似乎不存在什么干擾；但在現(xiàn)實(shí)中，由于種各原因，它們間確實(shí)存在著干擾。藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙采用FHSS（跳頻擴(kuò)頻）來保證抗干擾的魯棒性。它在2.4Hz頻帶的所有79.1信道上每秒跳頻1600次。若檢測到某個頻率存在任何干擾，那么，在一千六百分之一秒后，立刻啟用另一頻率來發(fā)送信息。FHSS是藍(lán)牙規(guī)范防范干擾的核心功能。隨著藍(lán)牙和WiFi日益被肩并肩地集成在一個產(chǎn)品（如

22、筆記本電腦）中。潛在的風(fēng)險干擾增加了，單憑FHSS不足以應(yīng)付干擾問題。因此在最新藍(lán)牙規(guī)范（1.2版）的研發(fā)階段，希望能一勞永逸地解決干擾問題。為此，在藍(lán)牙SIG內(nèi)，一個新工作小組，即CWG（共處工作小組）受命來解決這一難題。AFH一個行之有效的解決方案CWG召集眾多從事藍(lán)牙技術(shù)的公司來討論可能的解決方案。該工作組對各種提案進(jìn)行了充分的評估，博采眾提案之長，最終形成統(tǒng)一的決議草案。當(dāng)然，該草案還要提交藍(lán)牙結(jié)構(gòu)體系評審局審議通過。CWG最終選擇的是AFH（自適應(yīng)跳頻）技術(shù)。AFH讓單信道映象分散在從設(shè)備，由從設(shè)備來確定何時使用修改的跳頻內(nèi)核。如果一個選中的信道的標(biāo)記是壞的，那么從一組好信道中，另選

23、一個新信道。而且，主設(shè)備用同一信道來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于在某個給定的時隙中，壞信道中的主設(shè)備并未接收從設(shè)備的傳輸，便能對主設(shè)備進(jìn)行更好的校正。藍(lán)牙在2.4GHz頻帶中滿處跳頻。無意間會對同一頻帶中的靜態(tài)頻率設(shè)備產(chǎn)生干擾。AFH則動態(tài)地改變設(shè)備的跳頻序列，限制藍(lán)牙設(shè)備可跳頻的信道數(shù)量來避免干擾。采用這種跳頻機(jī)制，就能預(yù)留出一組頻率供諸如WiFi等其它系統(tǒng)使用。各個國家制訂法規(guī)的當(dāng)局（如美國FCC）已規(guī)定了可使用的最小一組信道。因此，為了保證設(shè)備在全球范圍內(nèi)最大的互操作性，藍(lán)牙規(guī)范要求一組至少有20個主設(shè)備標(biāo)記是好的信道。即便如此，這個數(shù)量還是大于某些當(dāng)權(quán)規(guī)定的數(shù)量。AFH不僅規(guī)定了新的跳頻選擇機(jī)

24、制，還定義了從設(shè)備如何用信令將信道的特征通知給主設(shè)備，主設(shè)備再將新跳頻序列通知給從設(shè)備。信令需通過LMP（鏈路管理協(xié)議）定義，但在原有藍(lán)牙協(xié)議中并未定義主設(shè)備如何使用這個數(shù)據(jù)。嚴(yán)格規(guī)定的事項(xiàng)包括LMP包用的信令格式和基帶跳頻內(nèi)核。未規(guī)定的事項(xiàng)是信道分類算法。藍(lán)牙產(chǎn)品的研發(fā)者有使用各自方法的自由，在市場中相互競爭。由此引發(fā)是否要定義信道評估，這一問題已成為目前爭論的焦點(diǎn)。此外，在實(shí)施方案中是否要設(shè)置定時要求，以便在認(rèn)證期間進(jìn)行測試，對此問題亦是懸而未決。信道分類信道分類有兩種基本方法，即測量包出錯率或測量接收到的信號強(qiáng)度。包出錯率直接表明每個頻率有多少個包未被正確地接收，主設(shè)備根據(jù)它來確定信道標(biāo)

25、記是好是壞。從設(shè)備則可利用任何空閑的時間周期性地測量全部信道的接收到信號強(qiáng)度，以此來確定信道的信號強(qiáng)度是否稍高于正常的背景強(qiáng)度。信號稍強(qiáng)的信道對主設(shè)備可能被認(rèn)為是壞的。上面已提及，規(guī)范還未對信道分類進(jìn)行硬性規(guī)定。然而，多數(shù)信道分類實(shí)施方案能在極短時間內(nèi)標(biāo)出壞信道，遠(yuǎn)比原先想象有要快得多，這說明市場運(yùn)作是極有威力的。藍(lán)牙規(guī)范采用新技術(shù)衍生出又一個要求，它們必須和業(yè)已通過的規(guī)范是后向兼容的。這就是說，如果最新的1.2版藍(lán)牙規(guī)范包含了AFH，它絕不能破壞與其它藍(lán)牙設(shè)備和可發(fā)現(xiàn)性和連接性，包括那些按照早期規(guī)范構(gòu)建的設(shè)備。此外，BLM（基帶鏈路管理）、HCI（主控制器接口）和GAP（通用接入?yún)f(xié)議）也需作

26、相應(yīng)的變更，以保持后向兼用性。這些變更在規(guī)范中應(yīng)以變更要求詳細(xì)地加以說明。規(guī)范變更要求幾經(jīng)討論，最后獲得通過形成原型。在原型期間，不能出賣任何產(chǎn)品。當(dāng)然可對按規(guī)范制造原型進(jìn)行廣泛的測試，以保證互操作性。AFH已有十幾種實(shí)施方案，全都能正常地工作?；ゲ僮餍詼y試互操作性測試可按私人工作組測試事件運(yùn)作；也可按藍(lán)牙組織安排的互操作性測試事件運(yùn)作，這是公開的事件，任何人在完全未對外泄露的協(xié)議下以各種平臺測試他們的藍(lán)牙產(chǎn)品。在規(guī)范公布后，這些事件對促進(jìn)和保證互操作性是非常成功的。盡管AFH已通過數(shù)月，對AFH的測試仍在進(jìn)行中。目前，市場上已出現(xiàn)第一波采用AFH的藍(lán)牙產(chǎn)品。這些產(chǎn)品成長和戶用藍(lán)牙的手機(jī)和耳機(jī)

27、有關(guān)，讓W(xué)LAN無處不在。隨著2.4GHz頻帶變得日益擁擠，設(shè)備應(yīng)具備某種智能來識別其它設(shè)備，這樣才能不致堵塞頻帶。與之相應(yīng)，設(shè)計(jì)者只有清醒地認(rèn)識到藍(lán)牙賴以生存的空間面貌，才能獲得成功，開拓發(fā)展。藍(lán)牙自適應(yīng)跳頻技術(shù)藍(lán)牙是工作在2.4 GHz（2.402.48 GHz）ISM頻段的短距離無線通信技術(shù)，能組成小型無線個人區(qū)域網(wǎng)（PAN），在辦公室和建筑物中代替有線電纜，低功耗、低成本及靈活組網(wǎng)的特點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用前景。2.4 GHz頻段中還有802.11b，Home RF及微波爐、無繩電話等電子設(shè)備，為了與這些設(shè)備兼容，藍(lán)牙采用了AFH（Adaptive Frequency Hopping），L

28、BT（Listen Before Talk）、功率控制等一系列獨(dú)特的措施克服干擾，避免沖突。隨著 無線電通信技術(shù)的發(fā)展，頻率資源日益緊張，研究藍(lán)牙技術(shù)所采用的頻率兼容技術(shù)對有效利用頻譜、防止通信設(shè)備之間相互干擾，將有十分重要的作用。1 自適應(yīng)跳頻技術(shù)自適應(yīng)跳頻技術(shù)是建立在自動信道質(zhì)量分析基礎(chǔ)上的一種頻率自適應(yīng)和功率自適應(yīng)控制相結(jié)合的技術(shù)。他能使跳頻通信過程自動避開被干擾的跳頻頻點(diǎn)，并以最小的發(fā)射功率、最低的被截獲概率，達(dá)到在無干擾的跳頻信道上長時間保持優(yōu)質(zhì)通信的目的。所謂頻率自適應(yīng)控制是在跳頻通信過程中，拒絕使用那些曾經(jīng)用過但是傳輸不成功的跳頻頻率集中的頻點(diǎn)，即實(shí)時去除跳頻頻率集中被干擾的頻點(diǎn)

29、，使跳頻通信在無干擾的可使用的頻點(diǎn)上進(jìn)行，從而大大提高跳頻通信中接收信號的質(zhì)量，如圖1所示。藍(lán)牙和802.11b都工作在2.4 GHz的ISM頻段，藍(lán)牙SIG（Special Interesting Group）和IEEE802.15.2的Coexistence Task Group都在關(guān)注二者的共存問題。許多成員都提交了自適應(yīng)跳頻的提案。提案中建議采用AFH技術(shù)，以便能動態(tài)地改變跳頻序列，使系統(tǒng)干擾最小。藍(lán)牙采用AFH對干擾進(jìn)行檢測并分類，通過編輯跳頻算法來避免干擾，把分配變化告知網(wǎng)絡(luò)中的其他成員，并周期性地維護(hù)跳頻集。其中，Bijan Treister1等人提出的AFH共存機(jī)制具有一定的普

30、遍性。在這種自適應(yīng)跳頻中，在不增加發(fā)射功率的情況下，利用干擾躲避來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 2 藍(lán)牙AFH的步驟由設(shè)備識別、信道分類、分類信息交換、自適應(yīng)跳頻4部分組成。其框圖如圖2所示。2.1 設(shè)備識別當(dāng)一個從設(shè)備接入微微網(wǎng)時，在進(jìn)行通信之前，首先由鏈路管理協(xié)議（LMP）交換信息，以確定通信雙方的設(shè)備是否支持AFH模式。LMP信息中包含了二者通信應(yīng)使用的最小信道數(shù)。主機(jī)按LMP協(xié)議先詢問從設(shè)備是否支持AFH，當(dāng)從設(shè)備回答后，再進(jìn)行AFH通信。2.2 信道分類根據(jù)某一準(zhǔn)則，按傳輸質(zhì)量對信道進(jìn)行分類。按LMP的格式形成一個分類表，在主設(shè)備和從設(shè)備之間交換信息后，以此分類表為依據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)跳頻。分類方法采用時分的形式，以保證抗瞬間的干擾。按信道的質(zhì)量，把信道分成“好”信道與“壞”信道?？梢杂靡韵路椒▽π诺赖馁|(zhì)量進(jìn)行評估：首先接收設(shè)備對包損率PLRs（Packet Loss Ratios）、有效載荷的CRC，HEC，F(xiàn)EC誤差等參數(shù)進(jìn)行測量。在測量PLR時，如果PLR超過了系統(tǒng)定義的門限，則宣布此信道為壞信道。從設(shè)備測量CRC時，也會自動檢測此包的有效載荷的CRC，如果校驗(yàn)碼正確，則說明接收正確的包，否則宣布包丟失。2.3 信道信息交換通過LMP命令通知網(wǎng)絡(luò)中的成員，交換AFH的消息。主設(shè)備通過分類，把信道分