跳頻通信技術(shù)

1、跳頻通信技術(shù)2解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院22022-3-4FH通信技術(shù)的基本原理通信技術(shù)的基本原理1 工作原理工作原理2 幾個(gè)重要概念幾個(gè)重要概念 3 跳頻器跳頻器4 FH通信的特點(diǎn)通信的特點(diǎn)5 FH通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)22022-3-4跳頻通信技術(shù)3解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院32022-3-41 工作原理工作原理一、跳頻技術(shù)的概念一、跳頻技術(shù)的概念跳頻跳頻/擴(kuò)頻（擴(kuò)頻（Frequency Hopping/Spreading SpectrumFH/SS）技術(shù)是）技術(shù)是將傳統(tǒng)的窄帶調(diào)制信將傳統(tǒng)的窄帶調(diào)制信號(hào)的載波頻率在一個(gè)由偽隨機(jī)序列控制下進(jìn)行離號(hào)的載波頻率在一個(gè)由偽隨機(jī)

2、序列控制下進(jìn)行離散跳變，從而實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展的擴(kuò)頻技術(shù)散跳變，從而實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展的擴(kuò)頻技術(shù)。 FH技術(shù)以其優(yōu)良的抗干擾性能和多址組網(wǎng)性能技術(shù)以其優(yōu)良的抗干擾性能和多址組網(wǎng)性能在軍事無線電抗干擾通信、民用移動(dòng)通信、現(xiàn)代在軍事無線電抗干擾通信、民用移動(dòng)通信、現(xiàn)代雷達(dá)和聲納等電子系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。雷達(dá)和聲納等電子系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。跳頻通信技術(shù)4解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院42022-3-41 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(diào)制器調(diào)制器 跳頻跳頻 解調(diào)器解調(diào)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 42022-3-4二、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(jī)的頻率在一組預(yù)先指定的頻率下跳變發(fā)射機(jī)的頻率在一組預(yù)先指定的頻率下跳變 跳頻通信技術(shù)5解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院52022-3-41 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(shí)間間隔的倒數(shù)稱為頻率跳變時(shí)間間隔的倒數(shù)稱為跳頻速率跳頻速率，簡(jiǎn)稱跳，簡(jiǎn)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(jī)碼產(chǎn)生偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器器”產(chǎn)生的編碼選定。產(chǎn)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、2022-3-4跳頻通信技術(shù)6解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院62022-3-41 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62022-3-4窄帶信號(hào)在基于窄帶信號(hào)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(shù)7解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院72022-3-41 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(shí)頻矩頻圖案，互不干擾。跳頻圖案通常用跳頻時(shí)頻矩陣圖表示。陣圖表示。 時(shí)序?yàn)闀r(shí)序?yàn)?f3,f7,

5、f2,f4,f8,f1,f6,f5,f2)的時(shí)頻矩陣圖的時(shí)頻矩陣圖 跳頻通信技術(shù)8解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院82022-3-41 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(shù)字信號(hào)，通信系統(tǒng)主要用于傳輸數(shù)字信號(hào)，調(diào)制方式調(diào)制方式一般都采用二進(jìn)制一般都采用二進(jìn)制/多進(jìn)制頻移鍵控多進(jìn)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(diǎn)：其主要原因有以下幾點(diǎn)：跳頻等效為用碼序列進(jìn)行多頻頻移鍵控的通信方式，跳頻等效為用碼序列進(jìn)行多頻頻移鍵控的通信方式，可以直接和頻移鍵控調(diào)制相對(duì)應(yīng)?？梢灾苯雍皖l移鍵控調(diào)

6、制相對(duì)應(yīng)。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(diào)方式，而的，因此，在解跳后往往采用非相干解調(diào)方式，而MFSK和和DPSK具有良好的非相干解調(diào)性能。具有良好的非相干解調(diào)性能。82022-3-4跳頻通信技術(shù)9解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院92022-3-41 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(jiǎn)單的不編碼的以最簡(jiǎn)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(diào)制信號(hào)可以表示成：調(diào)制信號(hào)可以表示成： 92022-3-4BFS

7、K0nnbbs(t)2 cos(2t2) 1 , 1 1 Pfdf tdnTtnT 跳頻通信技術(shù)10解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院102022-3-41 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(hào)可以表示為：信號(hào)可以表示為：102022-3-4/0( )2cos(222) 1 FH BFSKnnbbstPf tf tdf tnTtnT fn為第為第n個(gè)頻率跳變時(shí)間間隔內(nèi)的跳變載波頻率。跳變載波個(gè)頻率跳變時(shí)間間隔內(nèi)的跳變載波頻率。跳變載波頻率由二進(jìn)制隨機(jī)序列來控制。頻率由二進(jìn)制隨機(jī)序列來控制。跳頻通信技術(shù)11解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院11202

8、2-3-41 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(hào)的帶寬與功率譜信號(hào)的帶寬與功率譜BFSK信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬B=2f=1/Tb=Rb是一個(gè)窄帶信號(hào)，而是一個(gè)窄帶信號(hào)，而FH/BFSK信號(hào)占據(jù)帶寬信號(hào)占據(jù)帶寬Wss= 2LB。同同DS的瞬時(shí)寬帶頻譜不一樣，跳頻信號(hào)在每一瞬間是的瞬時(shí)寬帶頻譜不一樣，跳頻信號(hào)在每一瞬間是窄帶信號(hào)，但在一個(gè)足夠長(zhǎng)時(shí)間看為寬帶信號(hào)。窄帶信號(hào)，但在一個(gè)足夠長(zhǎng)時(shí)間看為寬帶信號(hào)。跳頻信號(hào)每個(gè)頻率點(diǎn)上具有相同的功率。跳頻信號(hào)每個(gè)頻率點(diǎn)上具有相同的功率。112022-3-4跳頻通信技術(shù)12解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院122022-3-41 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(hào)的帶寬與功率譜信號(hào)的帶寬與功率譜122022-3-4單頻脈沖的功率譜跳頻通信技術(shù)13解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院132022-3-41 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(hào)的帶寬與功率譜信號(hào)的帶寬與功率譜132022-3-4頻譜儀上頻譜儀上觀察到的觀察到的跳頻信號(hào)跳頻信號(hào)頻譜頻譜跳頻通信技術(shù)14解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院142022-3-41 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(jìn)行解跳（解擴(kuò)）處理，假定在接收端，首先要進(jìn)行解跳（解擴(kuò)）處理，假定收發(fā)跳頻碼序列嚴(yán)

10、格同步，收端可以產(chǎn)生相應(yīng)的收發(fā)跳頻碼序列嚴(yán)格同步，收端可以產(chǎn)生相應(yīng)的本地跳變載波信號(hào)：本地跳變載波信號(hào)：用用c(t)與輸入信號(hào)進(jìn)行混頻和濾波，得到一個(gè)具與輸入信號(hào)進(jìn)行混頻和濾波，得到一個(gè)具有固定頻率的有固定頻率的BFSK中頻窄帶信號(hào)中頻窄帶信號(hào)142022-3-41nbbc( ) cos(22) 1 tf tf tnTtnT 2( )2cos(22) 1 nbby tPf tdf tnTtnT 跳頻通信技術(shù)15解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院152022-3-41 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(guān)鍵是同步。系統(tǒng)的關(guān)鍵是同步。152022-3-4跳頻通信技術(shù)

11、16解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院162022-3-41 工作原理工作原理2 FH/SS通信系統(tǒng)中的幾個(gè)重要概念通信系統(tǒng)中的幾個(gè)重要概念 3 跳頻器跳頻器4 FH通信的特點(diǎn)通信的特點(diǎn)5 FH通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)162022-3-4跳頻通信技術(shù)17解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院172022-3-42 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(duì)跳頻速率來分，一般認(rèn)為跳頻速率小一種按絕對(duì)跳頻速率來分，一般認(rèn)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。172022-3-4跳頻通信技術(shù)18解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院182022-3-42 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(kuò)頻序列一個(gè)碼元系統(tǒng)中，碼片速

13、率定義：擴(kuò)頻序列一個(gè)碼元占據(jù)的時(shí)間的倒數(shù)。占據(jù)的時(shí)間的倒數(shù)。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。182022-3-4跳頻通信技術(shù)19解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院192022-3-42 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(hào)按等間跳頻系統(tǒng)中，各離散單頻信號(hào)按等間隔排列，隔排列，最小頻率間隔等于離散單頻信號(hào)的駐留最小頻率間隔等于離散單頻信號(hào)的駐留時(shí)間的倒數(shù)時(shí)間的倒數(shù)。碼片速率同時(shí)也表示碼片速率同時(shí)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(shí)鐘速率。系統(tǒng)時(shí)鐘速率。19202

14、2-3-4跳頻通信技術(shù)20解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院202022-3-41 工作原理工作原理2 FH/SS通信系統(tǒng)中的幾個(gè)重要概念通信系統(tǒng)中的幾個(gè)重要概念 3 跳頻器跳頻器4 FH通信的特點(diǎn)通信的特點(diǎn)5 FH通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)202022-3-4跳頻通信技術(shù)21解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院212022-3-43 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。212022-3-4 跳頻頻率 （2L個(gè)頻率點(diǎn)） （2L個(gè)符號(hào)） 時(shí)鐘 (Rh) 頻率合成器 跳頻碼發(fā)生器 跳頻數(shù)和跳頻速率是決定整個(gè)跳頻系統(tǒng)

15、跳頻數(shù)和跳頻速率是決定整個(gè)跳頻系統(tǒng)性能的主要參數(shù)。性能的主要參數(shù)。跳頻通信技術(shù)22解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院222022-3-43 跳頻器跳頻器跳頻數(shù)和跳頻速率是決定整個(gè)跳頻系統(tǒng)跳頻數(shù)和跳頻速率是決定整個(gè)跳頻系統(tǒng)性能的主要參數(shù)性能的主要參數(shù)跳頻數(shù)跳頻數(shù)增加則擴(kuò)展的頻譜越寬，系統(tǒng)的處理增益增加則擴(kuò)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(yīng)高速數(shù)據(jù)傳輸，并有效越高，就可適應(yīng)高速數(shù)據(jù)傳輸，并有效地抑制干擾，特別是人為轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。地抑制干擾，特別是人為轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。跳頻數(shù)和跳頻速率跳頻數(shù)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(jié)構(gòu)和指標(biāo)，它要求

16、頻率合成器輸出頻譜成器的結(jié)構(gòu)和指標(biāo)，它要求頻率合成器輸出頻譜要純，轉(zhuǎn)換速率要高，達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間要短，具要純，轉(zhuǎn)換速率要高，達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間要短，具有低噪聲性能。有低噪聲性能。 222022-3-4跳頻通信技術(shù)23解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院232022-3-41FH通信技術(shù)的基本原理通信技術(shù)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(gè)重要概念通信系統(tǒng)中的幾個(gè)重要概念 3 跳頻器跳頻器4 FH通信的特點(diǎn)通信的特點(diǎn)5 FH通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)232022-3-4跳頻通信技術(shù)24解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院242022-3-44跳頻通信的特點(diǎn)跳頻通信的特點(diǎn) 抗干擾能

17、力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)具有選址能力，可實(shí)現(xiàn)碼分多址通信具有選址能力，可實(shí)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(diào)制類型的擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)結(jié)合易于和其它調(diào)制類型的擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)結(jié)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(shù)25解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院252022-3-44跳頻通信的特點(diǎn)跳頻通信的特點(diǎn) 跳頻信號(hào)跳頻信號(hào) 干擾信號(hào)干擾信號(hào) 跳頻信號(hào)被壓制跳頻信號(hào)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(shù)26解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院262022-3-41FH通信技術(shù)的基本原理通信技術(shù)的基本原理1 工作原理工作原理2