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(gè)地方”似地對(duì)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(shí)破，所以需要隨機(jī)地改變以至無(wú)規(guī)律可循才好。但是若真的無(wú)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(duì)敵方則是絕對(duì)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(shí)，就很難猜出其跳頻的規(guī)律來(lái)。圖11所示為一個(gè)跳頻圖案。圖中橫軸為時(shí)間，縱軸為頻率。這個(gè)時(shí)

2、間與頻率的平面叫作時(shí)頻域。也可將這個(gè)時(shí)頻域看作一個(gè)棋盤(pán)，橫軸上的時(shí)間段與縱軸上的頻率段構(gòu)成了棋盤(pán)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(shí)間采用什么頻率進(jìn)行通信，時(shí)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(gè)時(shí)間段內(nèi)傳送一個(gè)或多個(gè)比特信息。通常稱此時(shí)間段叫跳頻的駐留時(shí)間，稱頻率段為信道帶寬。在時(shí)頻域這個(gè)“模盤(pán)”上的一種布子方案就是一個(gè)跳頻圖案。當(dāng)通信收發(fā)雙方的跳頻圖案完全一致時(shí)，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(shí)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(shí)，只要時(shí)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(shuō)，跳頻帶寬為5MHz，跳頻頻率的數(shù)目是64個(gè)，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(gè)，那么你怎樣選擇出64個(gè)頻率來(lái)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(lái)制定一張或幾張具有64個(gè)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(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖13跳頻指令發(fā)生器主要是一個(gè)偽碼發(fā)生器。偽碼發(fā)生器在時(shí)鐘脈沖的推動(dòng)下，不斷地改變碼發(fā)生器的狀態(tài)。不同的狀態(tài)對(duì)應(yīng)于一張?zhí)l頻率表中的一個(gè)頻率。64種狀態(tài)則對(duì)應(yīng)64個(gè)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(gè)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(shí)，雖然用同一個(gè)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(gè)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(gè)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(huì)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(guò)，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(gè)由三級(jí)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(zhǎng)度(周期)是2n1位，這里n 3，即最大序列長(zhǎng)度是7位。圖中第二級(jí)和第三級(jí)的輸出經(jīng)模2加法器后反饋到第一級(jí)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(shí)，移位寄存器輸出的序列長(zhǎng)度才是2n1位，達(dá)到最大的長(zhǎng)度。否則產(chǎn)生的序列就達(dá)不到2n1位那樣長(zhǎng)。所以也把m序列叫作最大長(zhǎng)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(zhǎng)度序列，就叫作最大長(zhǎng)

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(zhǎng)度是2n。圖15給出一個(gè)七級(jí)的M序列發(fā)生器的框圖?？梢钥闯觯c線性反饋邏輯不同之處在于增加了“與門(mén)”運(yùn)算，與門(mén)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(jí)固定寄存器；B為三級(jí)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(guò)模2加運(yùn)算后，產(chǎn)生一個(gè)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(zhǎng)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(shí)設(shè)備較復(fù)雜。RS序列的硬件產(chǎn)生比較簡(jiǎn)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(gè)專門(mén)的信道來(lái)傳送同步信息；收端從此專門(mén)信道中接收發(fā)端送來(lái)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(shí)刻，并校準(zhǔn)收端的時(shí)鐘，在規(guī)定的起跳時(shí)刻開(kāi)始跳頻通信。這種方式，需要專門(mén)的信道來(lái)傳送同步信息，有的通信系統(tǒng)難以提供專門(mén)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(gè)或幾個(gè)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(shí)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(lái)從而獲得同步信息實(shí)現(xiàn)跳頻。此法不需要專門(mén)的信道和發(fā)送專門(mén)的同步碼字，所以它具有

10、節(jié)省信道、節(jié)省信號(hào)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(mén)的信道來(lái)傳送專門(mén)的同步信息，因此它占用頻率資源和信號(hào)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(shí)間短，并能不斷地傳送同步信息，保持系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間同步。同步字頭法雖然不需專門(mén)的同步信息信道而是利用通信信道來(lái)傳送同步信息，它還是擠占了通信信道頻率資源和信號(hào)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(zhǎng)時(shí)間同步，還

11、需在通信過(guò)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(hào)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(jiǎn)單跳頻圖案的跳頻系統(tǒng)，并且系統(tǒng)同步建立的時(shí)間較長(zhǎng)。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(lái)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?jìng)魉蛿?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(shí)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(shí)狀態(tài)信息或?qū)崟r(shí)的時(shí)鐘信息，即所謂的“TOD”信息(Time of the Day)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘信息包括年月日時(shí)分秒，毫秒、微秒、毫微秒等；狀態(tài)信息是指?jìng)未a發(fā)生器實(shí)時(shí)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(shí)間的頻率和下一跳駐留時(shí)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(duì)TOD信息位可采用差錯(cuò)控制技術(shù)，如糾錯(cuò)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(shí)鐘法。在一個(gè)通信網(wǎng)內(nèi)，設(shè)一個(gè)中心站，它播發(fā)高精度的時(shí)鐘信息，所

13、有網(wǎng)內(nèi)的用戶依照此標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘來(lái)控制收、發(fā)信機(jī)的同步定時(shí)，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(guò)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(gè)精度極高的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(hào)中提取有關(guān)同步信息來(lái)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(shí)間長(zhǎng)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(gè)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(guò)程。圖2

14、2圖中，接收端在頻率f6上等待接收跳頻信號(hào)；發(fā)送端發(fā)送的跳頻信號(hào)的載波頻率依次在f5、f1、f3、f4、f2、f6 上跳變。當(dāng)發(fā)端信號(hào)的載頻跳變至f6時(shí)，收端接收到跳頻信號(hào)，這時(shí)稱作同步捕獲，即可從跳頻信號(hào)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(kāi)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(gè)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(shí)間，正確同步概率和假同步的概率，系統(tǒng)同步保持時(shí)間等項(xiàng)指標(biāo)。一般說(shuō)來(lái)，跳頻同步系統(tǒng)的同步建立

15、時(shí)間越短越好，同步保持時(shí)間越長(zhǎng)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(gè)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(gè)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(hào)在空中存在的時(shí)間要短，使敵方難以在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)同步信號(hào)。 在多個(gè)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(hào)的駐留時(shí)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(hào)特征與通信信息的信號(hào)特征一致，以致敵方難以區(qū)分同步信息?；蛘?，人為地發(fā)出偽同步信息以迷惑敵人，從而提高對(duì)同步信息 的保護(hù)能力。對(duì)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(duì)此，需考慮以下各點(diǎn)： 同步信息本身的差錯(cuò)控制，如糾錯(cuò)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(guò)多次同步檢測(cè)后才認(rèn)定系統(tǒng)同步的策賂，并選擇最佳的檢測(cè)次數(shù)。同步狀態(tài)下的失步算法控制，即經(jīng)過(guò)多次失步檢測(cè)后才確定系統(tǒng)已失去同步的策略，并選擇最佳的檢測(cè)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(gè)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(zhǎng)度(周期)跳頻系統(tǒng)的同步時(shí)間一般說(shuō)來(lái)，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(zhǎng)，跳頻系統(tǒng)的同步時(shí)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(tái)中，跳頻的頻率數(shù)目不超過(guò)100個(gè)。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(tái)中，其跳速目前不超過(guò)100跳秒。在甚高頻電臺(tái)中，一般跳速在500跳秒。對(duì)某些更高頻段的跳頻系統(tǒng)可工作在每秒幾萬(wàn)跳的水平。跳頻碼的長(zhǎng)度，它將決定跳頻圖案延續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)度，這個(gè)指標(biāo)與抗截獲(破譯)的能力有關(guān)。跳頻圖案延續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，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(zhǎng)達(dá)10年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。跳頻系統(tǒng)的同步時(shí)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(shí)間。系統(tǒng)同步時(shí)間的長(zhǎng)短將影響該系統(tǒng)的頑存程度。因?yàn)橥竭^(guò)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(guò)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(tái)的同步時(shí)間可在秒或幾百毫秒的量級(jí)。當(dāng)然，一個(gè)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(jià)格比等方面綜合考慮才能做出最佳的選擇。3.2 跳頻信號(hào)的波形與定頻連續(xù)信號(hào)波形不同，跳頻信號(hào)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(hào)之間是不連續(xù)的。頻率合成器從接受跳頻指令開(kāi)始到完成頻 率的跳變需要一定的切換時(shí)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(jí)工作的。頻率合成器從接受指令開(kāi)始建立振蕩到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間叫作建立時(shí)間；穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間叫駐留時(shí)間；從穩(wěn)定狀態(tài)到達(dá)振蕩消失的時(shí)間叫消退時(shí)間。從 建立到消退的整個(gè)時(shí)間叫作一個(gè)跳周期，記作Th。建

20、立時(shí)間加上消退時(shí)間叫作換頻時(shí)間。只有在駐留時(shí)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(guò)程和載波信號(hào)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(shí)間越短越好。通常，換頻時(shí)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(shí)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(shí)間約為5ms?，F(xiàn)如今，無(wú)論人們?nèi)ズ翁?，幾乎都想知道家居與辦公室使用LSAN（無(wú)線局域網(wǎng)）和WPAN（無(wú)線私人局域網(wǎng)）的環(huán)境，因?yàn)樗{(lán)牙和其它無(wú)線技術(shù)可為人們提供極大的移動(dòng)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(wú)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(wú)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(wèn)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(lái)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(cè)到某個(gè)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(lái)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(gè)產(chǎn)品（如

22、筆記本電腦）中。潛在的風(fēng)險(xiǎn)干擾增加了，單憑FHSS不足以應(yīng)付干擾問(wèn)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(wèn)題。為此，在藍(lán)牙SIG內(nèi)，一個(gè)新工作小組，即CWG（共處工作小組）受命來(lái)解決這一難題。AFH一個(gè)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(lái)討論可能的解決方案。該工作組對(duì)各種提案進(jìn)行了充分的評(píng)估，博采眾提案之長(zhǎng)，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(píng)審局審議通過(guò)。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(lái)確定何時(shí)使用修改的跳頻內(nèi)核。如果一個(gè)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(gè)新信道。而且，主設(shè)備用同一信道來(lái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于在某個(gè)給定的時(shí)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(duì)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(wú)意間會(huì)對(duì)同一頻帶中的靜態(tài)頻率設(shè)備產(chǎn)生干擾。AFH則動(dòng)態(tài)地改變?cè)O(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(lái)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(gè)國(guó)家制訂法規(guī)的當(dāng)局（如美國(guó)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(gè)主設(shè)備標(biāo)記是好的信道。即便如此，這個(gè)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(guò)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(gè)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(lèi)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(chǎng)中相互競(jìng)爭(zhēng)。由此引發(fā)是否要定義信道評(píng)估，這一問(wèn)題已成為目前爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。此外，在實(shí)施方案中是否要設(shè)置定時(shí)要求，以便在認(rèn)證期間進(jìn)行測(cè)試，對(duì)此問(wèn)題亦是懸而未決。信道分類(lèi)信道分類(lèi)有兩種基本方法，即測(cè)量包出錯(cuò)率或測(cè)量接收到的信號(hào)強(qiáng)度。包出錯(cuò)率直接表明每個(gè)頻率有多少個(gè)包未被正確地接收，主設(shè)備根據(jù)它來(lái)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(shí)間周期性地測(cè)量全部信道的接收到信號(hào)強(qiáng)度，以此來(lái)確定信道的信號(hào)強(qiáng)度是否稍高于正常的背景強(qiáng)度。信號(hào)稍強(qiáng)的信道對(duì)主設(shè)備可能被認(rèn)為是壞的。上面已提及，規(guī)范還未對(duì)信道分類(lèi)進(jìn)行硬性規(guī)定。然而，多數(shù)信道分類(lèi)實(shí)施方案能在極短時(shí)間內(nèi)標(biāo)出壞信道，遠(yuǎn)比原先想象有要快得多，這說(shuō)明市場(chǎng)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(gè)要求，它們必須和業(yè)已通過(guò)的規(guī)范是后向兼容的。這就是說(shuō)，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(shuō)明。規(guī)范變更要求幾經(jīng)討論，最后獲得通過(guò)形成原型。在原型期間，不能出賣(mài)任何產(chǎn)品。當(dāng)然可對(duì)按規(guī)范制造原型進(jìn)行廣泛的測(cè)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(cè)試互操作性測(cè)試可按私人工作組測(cè)試事件運(yùn)作；也可按藍(lán)牙組織安排的互操作性測(cè)試事件運(yùn)作，這是公開(kāi)的事件，任何人在完全未對(duì)外泄露的協(xié)議下以各種平臺(tái)測(cè)試他們的藍(lán)牙產(chǎn)品。在規(guī)范公布后，這些事件對(duì)促進(jìn)和保證互操作性是非常成功的。盡管AFH已通過(guò)數(shù)月，對(duì)AFH的測(cè)試仍在進(jìn)行中。目前，市場(chǎng)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(zhǎng)和戶用藍(lán)牙的手機(jī)和耳機(jī)

27、有關(guān)，讓W(xué)LAN無(wú)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(lái)識(shí)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(shí)到藍(lán)牙賴以生存的空間面貌，才能獲得成功，開(kāi)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(wú)線通信技術(shù)，能組成小型無(wú)線個(gè)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(wú)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(wú)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(duì)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(dòng)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(guò)程自動(dòng)避開(kāi)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(wú)干擾的跳頻信道上長(zhǎng)時(shí)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(guò)程中，拒絕使用那些曾經(jīng)用過(guò)但是傳輸不成功的跳頻頻率集中的頻點(diǎn)，即實(shí)時(shí)去除跳頻頻率集中被干擾的頻點(diǎn)

29、，使跳頻通信在無(wú)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(hào)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(wèn)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(dòng)態(tài)地改變跳頻序列，使系統(tǒng)干擾最小。藍(lán)牙采用AFH對(duì)干擾進(jìn)行檢測(cè)并分類(lèi)，通過(guò)編輯跳頻算法來(lái)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(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 2 藍(lán)牙AFH的步驟由設(shè)備識(shí)別、信道分類(lèi)、分類(lèi)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(shí)別當(dāng)一個(gè)從設(shè)備接入微微網(wǎng)時(shí)，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(wèn)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(lèi)根據(jù)某一準(zhǔn)則，按傳輸質(zhì)量對(duì)信道進(jìn)行分類(lèi)。按LMP的格式形成一個(gè)分類(lèi)表，在主設(shè)備和從設(shè)備之間交換信息后，以此分類(lèi)表為依據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)跳頻。分類(lèi)方法采用時(shí)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▽?duì)信道的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估：首先接收設(shè)備對(duì)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(cè)量。在測(cè)量PLR時(shí)，如果PLR超過(guò)了系統(tǒng)定義的門(mén)限，則宣布此信道為壞信道。從設(shè)備測(cè)量CRC時(shí)，也會(huì)自動(dòng)檢測(cè)此包的有效載荷的CRC，如果校驗(yàn)碼正確，則說(shuō)明接收正確的包，否則宣布包丟失。2.3 信道信息交換通過(guò)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(guò)分類(lèi)，把信道分