第五章 跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)課件

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻系統(tǒng)基本構(gòu)成與調(diào)制基于MFSK的慢跳頻與快跳頻跳頻器跳頻通信的應(yīng)用第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)5.1跳頻系統(tǒng)基本構(gòu)成與調(diào)制基本構(gòu)成

跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)是用偽隨機(jī)序列構(gòu)成跳頻指令來控制頻率合成器的，使信息調(diào)制譜在一個(gè)寬頻域內(nèi)多個(gè)載波頻率中隨機(jī)跳變，從而有效地躲避干擾。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻系統(tǒng)基本構(gòu)成接收到的信號先解跳，采用本地同步的PN碼去控制頻率合成器，按信號s(t)的跳變規(guī)律發(fā)生頻率跳變，形成固定載頻的中頻信息調(diào)制信號ω(t)，經(jīng)過中頻濾波與信息的解調(diào)可恢復(fù)數(shù)字信息。式中，ωI=ωj-ωj'。只要ωj和ωj'同步跳變，ωI就是固定的中頻載波。而Δφi是一個(gè)隨機(jī)量，每個(gè)跳變時(shí)刻都可能是隨機(jī)值。利用非相干方式解調(diào)信息。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)相干解調(diào)與非相干解調(diào)的區(qū)別1、非相干解調(diào)就是說，在解調(diào)時(shí)不需要提取載波信息來進(jìn)行解調(diào)；實(shí)現(xiàn)效果不太好，但電路簡單容易實(shí)現(xiàn)。2、相干解調(diào)就是說，在解調(diào)時(shí)，首先要通過鎖相環(huán)提取出載波信息，通過載波信息與輸入的信息來解調(diào)出信號；實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量好，但電路復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)，需要同步解調(diào)信號因此，可以看出，相干解調(diào)的性能肯定要優(yōu)于非相干解調(diào)。而實(shí)際中，也是如此，大都采用相干解調(diào)，因此鎖相環(huán)也是實(shí)際中比較關(guān)鍵的部件。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻系統(tǒng)基本構(gòu)成

跳頻頻率在信道間隨機(jī)跳變，頻率跳變的示意圖如圖5-2所示。

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻系統(tǒng)基本構(gòu)成Tc：信號在某個(gè)跳變頻率（信道）上的駐留時(shí)間T':由一個(gè)頻率跳到另一個(gè)頻率的時(shí)間跳頻速率Rc:假設(shè)信息調(diào)制信號的頻譜寬度為B1，相鄰信道間隔Δf=|fi+1-fi|也應(yīng)滿足

Δf≥B1，所以跳頻總信道數(shù)為N,則跳頻信號的射頻帶寬B為：B=NB1擴(kuò)頻增益：Gp=N由k比特PN碼元組合的頻率控制字來決定一個(gè)頻率點(diǎn)，故2k決定了跳變頻率數(shù)：N=2k第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻系統(tǒng)基本構(gòu)成例5-1若一跳頻系統(tǒng)的跳頻信號帶寬B=400MHz，信息調(diào)制信號帶寬等于400Hz。（1）求可用的跳頻頻率數(shù)N等于多少?（2）求頻率控制字所需的PN序列碼片的最小數(shù)目等于多少？該P(yáng)N碼如果用m序列產(chǎn)生，則其階數(shù)和序列周期是多少？

解：（1）取信道間隔Δf等于信息調(diào)制信道帶寬400Hz，則有個(gè)（2）一個(gè)頻率控制字是由k個(gè)二元PN碼序列片確定的，故有若該P(yáng)N碼由m序列產(chǎn)生，則需滿足在k=20位有全部排列組合方式，最少要求階數(shù)n=k=20,則該序列周期為p=2n-1=220-1=1048575

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)非相干MFSK調(diào)制MFSK使基帶信號頻率按照M個(gè)不同的信息調(diào)制符號來改變，對應(yīng)有M個(gè)頻位，其表示為

式中：Ts表示信息符號持續(xù)時(shí)間；fs=ωi/2π表示對應(yīng)某個(gè)調(diào)制符號的載波頻率φi表示隨機(jī)初相位g(t-iT)表示歸一化矩形波g(t-iT)表示為：第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)非相干MFSK調(diào)制對于每個(gè)符號調(diào)制的頻率fi，在符號持續(xù)間隔內(nèi)，圍繞著fi的功率譜分布都有sa2(t)形狀，所以主瓣頻率帶寬為2/Ts，若令相鄰信號音頻率之間頻率間隔Δf=2/Ts,則頻域上各符號調(diào)制的主瓣頻譜互不相交。非正交排列MFSK頻譜分布如圖5-3所示：非正交排列MFSK信號占據(jù)的頻帶寬度為：第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)非相干MFSK調(diào)制MFSK調(diào)制中任意兩個(gè)信號音頻率相關(guān)系數(shù)為若滿足ρij=0，則構(gòu)成一個(gè)正交的MFSK信號音頻率集合。由于相位（φi-φj）的隨機(jī)性，滿足正交性條件的唯一方法是讓不同信號音頻率之間的頻率間隔為fi-fj=n/Ts

故給定的兩相鄰音頻率的最小頻率間隔Δf=1/Ts

正交排列下MFSK信號占據(jù)的頻帶寬度為：第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)非相干MFSK調(diào)制MFSK調(diào)制器：用頻率選擇方式實(shí)現(xiàn)的，M個(gè)頻率由k=lbM位輸入信息比特確定。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)非相干MFSK調(diào)制MFSK解調(diào)器：由M個(gè)帶通濾波器及其后接M個(gè)包絡(luò)檢波器組成的能量檢測方式構(gòu)成的。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)5.2基于MFSK調(diào)制的慢跳頻和快跳頻

圖5-6非相干MFSK調(diào)制的跳頻發(fā)送器框圖

發(fā)送跳頻信號為：式中：fj表示用戶跳頻圖案中某個(gè)載頻；

φj為fj相應(yīng)的隨機(jī)相位第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)5.2基于MFSK調(diào)制的慢跳頻和快跳頻

參數(shù)：信息比特的碼元寬度Ta(比特速率Ra=1/Ta)調(diào)制符號寬度Ts，由k比特信息碼元確定。Ts=kTa=TalbM調(diào)制符號速率Rs。跳頻的頻率駐留時(shí)間Tc，跳頻速率Rc慢跳頻方式

Ts=kTa,則Rs>Rc,表示一個(gè)頻率跳變點(diǎn)上對應(yīng)著幾個(gè)調(diào)制符號或者多個(gè)信息比特快跳頻方式

若Tc=Ts/m，Rc>Rs,表示每個(gè)調(diào)制符號對應(yīng)著多個(gè)頻率跳變。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)基于MFSK調(diào)制的慢跳頻

MFSK調(diào)制是用k=lbM個(gè)信息碼元來表示一個(gè)調(diào)制符號，因此符號持續(xù)時(shí)間Ts等于k倍信息碼元寬度Ta,即Ts=kTa;M=2k,即k比特碼元組合可控制頻移鍵控的M個(gè)頻率點(diǎn)。正交MFSK信號占據(jù)頻帶寬度：Rc<Rs，這樣每個(gè)chip頻點(diǎn)上跳頻信號在MFSK調(diào)制符號持續(xù)時(shí)間內(nèi)發(fā)送的是一個(gè)窄帶信號，瞬時(shí)頻帶寬度速率較高的Rs決定，也即MFSK占據(jù)的頻帶寬度確定：Rc<Rs，Tc=mTa;假設(shè)m=4，則有Tc=2Ts=4Ta,這樣一個(gè)Chip的頻率跳變點(diǎn)上可傳送2個(gè)調(diào)制符號（4比特信息）。系統(tǒng)帶寬第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)基于MFSK調(diào)制的慢跳頻

如圖5-7所示，4FSK(N=6,Ts=kTa)慢跳頻的時(shí)頻關(guān)系圖。2比特信碼組合與鍵控頻移點(diǎn)fi的關(guān)系為：“00”f0,“01”f1,“10”f2,“11”f3跳頻圖案{fj}:{f0,f3,f1,f4,f2,f5,f0,f3,f1,f4,f2,f5,...}圖5-74FSK(N=6,Ts=kTa)慢跳頻的時(shí)頻關(guān)系圖第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)基于MFSK調(diào)制的快跳頻

快跳頻特征:頻率跳變速率Rc大于調(diào)制符號速率Rs

，Rc>Rs.

意味著每個(gè)調(diào)制符號上可發(fā)生多次頻率跳變，Tc=Ts/m。滿足正交性的條件：正交MFSK調(diào)制所需最小帶寬：系統(tǒng)總頻帶：第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)基于MFSK調(diào)制的快跳頻

如圖5-8所示，4FSK(N=6,Tc=Ts/4=Ta/2)快跳頻的時(shí)頻關(guān)系圖。一個(gè)MFSK調(diào)制符號上存在4個(gè)Chip,一個(gè)信息比特上有2個(gè)Chip。跳頻圖案{fj}:{f0,f3,f1,f4,f2,f5,f0,f3,f1,f4,f2,f5,...}圖5-84FSK(N=6,Tc=Ts/4=Ta/2)快跳頻的時(shí)頻關(guān)系圖第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)快跳頻和慢跳頻對比

慢跳頻快跳頻Ts=kTa，Tc=mTaTc=Ts/m總頻帶優(yōu)點(diǎn)成本低頻率分集，有利于符號檢測，降低誤符號率缺點(diǎn)易受突發(fā)錯(cuò)誤和多徑干擾的影響技術(shù)難度大，成本高第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)FH/MFSK信號的檢測

接收的跳頻信號可以表示為:經(jīng)中頻濾波器后可得到固定的中頻頻率上MFSK信號rI(t):第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)FH/MFSK信號的檢測

SFH的每個(gè)MFSK調(diào)制符號是由單一跳頻頻率（或單一Chip）形成的，在信道傳輸中，如果該頻率遭受干擾，可能導(dǎo)致調(diào)制符號檢測錯(cuò)誤而誤碼。FFH的每個(gè)MFSK調(diào)制符號是由信道傳輸中多個(gè)跳頻頻率（或多個(gè)Chip）形成的，在信道傳輸中多個(gè)Chip同時(shí)遭受干擾的概率很小。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)FH/MFSK信號的檢測

SFH中，1個(gè)Chip對應(yīng)一個(gè)MFSK調(diào)制符號，那么N個(gè)跳頻頻率中有J個(gè)遭受到相同頻率的窄帶干擾，而且干擾功率大于信號功率，檢測時(shí)出現(xiàn)J個(gè)符號錯(cuò)誤，傳輸錯(cuò)誤率為：FFH中，m個(gè)Chip對應(yīng)一個(gè)MFSK調(diào)制符號，采用“m中取r”的大數(shù)判決，可降低符號檢測錯(cuò)誤率。誤符號率為：式中：p1=J/N，為1個(gè)Chip傳送1個(gè)符號的錯(cuò)誤率；q=1-p1，為1個(gè)Chip傳送的正確概率；r稱為使一個(gè)符號錯(cuò)判所必須的誤Chip數(shù)；為m個(gè)Chip中受到干擾的Chip數(shù)x的組合。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)FH/MFSK信號的檢測

SFH中，1個(gè)Chip對應(yīng)一個(gè)MFSK調(diào)制符號，那么N個(gè)跳頻頻率中有J個(gè)遭受到相同頻率的窄帶干擾，而且干擾功率大于信號功率，檢測時(shí)出現(xiàn)J個(gè)符號錯(cuò)誤，傳輸錯(cuò)誤率為：例如：N=1000,J=1,則pe=10-3.FFH中，m個(gè)Chip對應(yīng)一個(gè)MFSK調(diào)制符號，采用“m中取r”的大數(shù)判決，可降低符號檢測錯(cuò)誤率。誤符號率為：式中：p1=J/N，為1個(gè)Chip傳送1個(gè)符號的錯(cuò)誤率；q=1-p1，為1個(gè)Chip傳送的正確概率；r稱為使一個(gè)符號錯(cuò)判所必須的誤Chip數(shù)；為m個(gè)Chip中受到干擾的Chip數(shù)x的組合。例如：p1=10-3,m=3，r=2,得到誤符號率為：采用FFH的錯(cuò)誤率下降了第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)FH/MFSK信號的檢測

軍用上常用轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)將FH信號接收下來，放大并加入噪聲污染，然后轉(zhuǎn)發(fā)出去對FH接收機(jī)實(shí)現(xiàn)干擾。此種轉(zhuǎn)發(fā)式干擾不僅干擾頻率相同，而且干擾功率大，危害嚴(yán)重。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)FH/MFSK信號的檢測

設(shè)FH收發(fā)機(jī)之間的傳播時(shí)延為，干擾機(jī)接收轉(zhuǎn)發(fā)的傳播時(shí)延為，與的時(shí)延差為，只要滿足或者就可躲避轉(zhuǎn)發(fā)式干擾信號產(chǎn)生的同頻頻率的干擾。例如假定FH收發(fā)機(jī)之間的距離為18km，干擾機(jī)距FH發(fā)信機(jī)與收信機(jī)之間的距離和為30km，則，若不考慮干擾機(jī)的設(shè)備中繼時(shí)間，則最小跳頻速率應(yīng)為

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)FH/MFSK信號的檢測

設(shè)一跳頻系統(tǒng)，在跳頻頻段內(nèi)有1000個(gè)可用跳頻數(shù)，在信道傳輸中可能有50個(gè)Chip遭遇同頻的強(qiáng)干擾，系統(tǒng)采用非相干8FSK快跳頻方式，每個(gè)調(diào)制符號用5個(gè)Chip傳送，已知信息比特速率Ra=2.4kb/s。（1）求MFSK的頻譜占據(jù)的頻帶寬度BdF及系統(tǒng)總頻帶寬度。（2）求MFSK解調(diào)采用“5中取3”大數(shù)判決的誤符號率。（3）如果FH機(jī)收發(fā)信機(jī)傳播距離為30km，干擾機(jī)應(yīng)處在什么范圍內(nèi)才能發(fā)揮干擾功能？解：（1）k=lbM,M=8,得k=3.已知Ra=2.4kb/s，則

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)FH/MFSK信號的檢測

設(shè)一跳頻系統(tǒng)，在跳頻頻段內(nèi)有1000個(gè)可用跳頻數(shù)，在信道傳輸中可能有50個(gè)Chip遭遇同頻的強(qiáng)干擾，系統(tǒng)采用非相干8FSK快跳頻方式，每個(gè)調(diào)制符號用5個(gè)Chip傳送，已知信息比特速率Ra=2.4kb/s。（1）求MFSK的頻譜占據(jù)的頻帶寬度BdF及系統(tǒng)總頻帶寬度。（2）求MFSK解調(diào)采用“5中取3”大數(shù)判決的誤符號率。（3）如果FH機(jī)收發(fā)信機(jī)傳播距離為30km，干擾機(jī)應(yīng)處在什么范圍內(nèi)才能發(fā)揮干擾功能？解：（2）MFSK解調(diào)，采用“5中取3”大數(shù)判決的誤符號率，m=3,r=3,則有其中，所以（3）由于FH發(fā)/收傳播距離為30km，因此根據(jù)，可得當(dāng)干擾機(jī)才不發(fā)生轉(zhuǎn)發(fā)式干擾；反之，當(dāng)就能產(chǎn)生干擾效能，即對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)傳播距離為

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)5.3跳頻器

跳頻器是跳頻通信系統(tǒng)的核心部分包括跳頻頻率合成器、產(chǎn)生跳頻碼的偽隨機(jī)序列發(fā)生器以及跳頻碼控制生成的跳頻圖案。跳頻通信對跳頻器性能的要求：頻率合成器的頻率范圍要寬；頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間要短；頻率合成器輸出頻率的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度要高；跳頻圖案。

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)直接頻率合成器

直接頻率合成器是直接利用一個(gè)或多個(gè)高穩(wěn)定、高頻譜純度的參考晶振，通過混頻、倍頻、分頻和濾波實(shí)現(xiàn)對參考頻率的加、減、乘、除運(yùn)算生成大量所需的頻率。如圖5-12所示，是一種和頻-分頻方案，由一些完全相同的和頻-分頻基本單元串接而成。提供的頻率數(shù)為幾千個(gè)至220個(gè)離散頻率。

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)直接頻率合成器

和頻-分頻基本單元：平衡混頻器、帶通濾波器、分頻器（分頻比為M）以及門控電路組成。

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)直接頻率合成器

直接式頻率合成器能提供的頻率總數(shù)與參考頻率數(shù)目K級及混頻次數(shù)A有關(guān)，為KA個(gè)頻率。如圖5-13：分頻比為M。每增加一級分頻，輸出跳頻頻率間隔就減少為前一級的1/M，若參考頻率間隔為ΔF，則輸出頻率間隔Δf為直接式頻率合成器的優(yōu)點(diǎn)：頻率轉(zhuǎn)換速度快，帶寬較寬，相位噪聲性能好，適合快速跳頻；直接式頻率合成器的缺點(diǎn)：需要復(fù)雜的濾波、屏蔽、消除射頻干擾等措施，功耗大，體積大，成本高，難以保證高的頻譜純度。

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)間接頻率合成器

間接頻率合成器是用參考晶振通過鎖相環(huán)路（PLL），利用環(huán)路中可變分頻器去控制環(huán)路壓控振蕩器（VCO）產(chǎn)生不同的高穩(wěn)定度輸出頻率。鎖相頻率合成器如圖5-14所示。VCO的頻率f0被可變分頻器N分頻，得到頻率f0/N的反饋信號，與參考頻率（fr/M）信號進(jìn)行比相，用相位誤差信號經(jīng)環(huán)路濾波器濾波后再去控制VCO頻率，環(huán)路鎖定后，VCO輸出頻率為f0=(N/M)fr

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)間接頻率合成器

為克服頻率分辨率與頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間的矛盾，常采用乒乓式雙環(huán)或多環(huán)頻率合成器。如圖5-15所示。采用兩個(gè)相同的鎖相環(huán)輪流工作可使PLL頻率合成頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間減少。鎖相頻率合成器PLL-FS1和完全相同，一個(gè)工作，一個(gè)預(yù)置，輪流交替，在時(shí)鐘信號的同步控制下，選擇器依次選擇工作的鎖相頻率合成器輸出。因此，如果采用單環(huán)鎖相頻率合成器時(shí)的轉(zhuǎn)換時(shí)間占跳頻駐留時(shí)間的10%，那么采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)后，每一跳的駐留時(shí)間就可等于環(huán)路轉(zhuǎn)換時(shí)間，使跳頻速率提高到單環(huán)的10倍。

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)直接數(shù)字頻率合成器

DDS的原理組成框圖如圖5-16所示。DDS由相位累加器、只讀存儲器（ROM）、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（D/A）和低通濾波器組成。

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)DDS直接激勵(lì)PLL的頻率合成器

DDS直接激勵(lì)PLL的頻率合成器是DDS與PLL結(jié)合的最基本的結(jié)合方式。如圖5-17所示。PD為鑒相器；LF為環(huán)路濾波器，VCO為壓控振蕩器由PLL輸出的頻率f0為：f0=M·fDDS=M·(K/2N)·fs頻率分辨率Δf為：Δf=(M/2N)·fs故f0=K·ΔfDDS帶寬：

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)環(huán)內(nèi)插入混頻DDS/PLL頻率合成器

輸出頻率f0為：為保證頻率覆蓋，要求DDS輸出帶寬BDDS>fr。由于DDS輸出不經(jīng)過PLL倍頻，因而DDS輸出的相位噪聲及近區(qū)雜散不會在輸出端惡化，故該方案具有低的相位噪聲和雜散。整個(gè)頻率合成器的頻率分辨率完全由DDS決定，Δf=fs/2N。

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)環(huán)外混頻式DDS/PLL頻率合成器

輸出頻率f0為：

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻圖案設(shè)計(jì)

跳頻序列：用來控制載波頻率跳變的多值序列。跳頻圖案：在跳頻序列控制下載波頻率跳變的規(guī)律。跳頻序列或跳頻圖案是由偽隨機(jī)序列與控制方法共同形成的，不是偽隨機(jī)序列簡單地直接運(yùn)用。跳頻圖案設(shè)計(jì)的一般要求：（1）每一跳圖案都可以使用傳輸頻帶內(nèi)頻率集合中的所有頻率，以獲得最大的跳頻增益；（2）跳頻圖案集合中的任意兩個(gè)跳頻圖案，在所有相對時(shí)延下發(fā)生頻率重合的次數(shù)盡可能少；（3）跳頻圖案集合中圖案數(shù)盡可能多，能在多址通信中提供更多用戶使用。（4）跳頻間隔滿足要求，能實(shí)現(xiàn)寬間隔跳頻。（5）跳頻圖案應(yīng)具有較好隨機(jī)性、均勻性及較大線性復(fù)雜度，使之不易破譯，具有良好的抗干擾性能。（6）產(chǎn)生電路簡單。

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻圖案設(shè)計(jì)

跳頻圖案表示方法一般有兩種：（1）時(shí)頻矩陣表示法：橫坐標(biāo)表示時(shí)隙，縱坐標(biāo)表示頻率。如圖5-20。（2）序列表示法：用符號或者數(shù)字表示。圖5-20時(shí)頻矩陣對應(yīng)的序列可表示為{f0,f2,f5,f10,f7,f8,f3,f4,f1,f6,f9}或者{0,2,5,10,7,8,3,4,1,6,9}

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻圖案設(shè)計(jì)

跳頻圖案設(shè)計(jì)與TOD跳頻序列周期越長，非通信方就越不容易從已接收的頻率信息中預(yù)測后面的頻率跳變規(guī)律，這樣保密性與抗偵破能力就越高，但是周期長不利于收、發(fā)雙方的快速同步。例如：m序列周期長度為：p=232-1=4.3*109.

若跳變速率為1000跳/秒，則每跳駐留時(shí)間為Tc=1ms,則序列重復(fù)周期為T=pTc=4.3*109*10-3=4.3*106s≈1194h≈50d用戶實(shí)際用的跳頻序列只是整個(gè)周期中的很短的一部分，收信方要做到與該片段部分的跳頻序列同步，必須引入發(fā)方的實(shí)時(shí)時(shí)間TOD（TimeOfDay）.第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻圖案設(shè)計(jì)

跳頻圖案設(shè)計(jì)與TOD在實(shí)際跳頻通信中，有兩種使用TOD方法。（1）TOD只用來確定收、發(fā)雙方的勤務(wù)頻率，不參與跳頻圖案的生成。按壓PPT鍵，發(fā)信方通過勤務(wù)頻率將跳頻序列當(dāng)前狀態(tài)發(fā)給收信方，收信方可以據(jù)此來控制跳頻序列狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)同步跳頻。（2）TOD既用來確定收、發(fā)雙方的勤務(wù)頻率，也參與跳頻圖案的生成。在這種方法中，任一時(shí)刻的跳頻頻率由TOD初始狀態(tài)值、跳頻密鑰所決定。

第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻圖案設(shè)計(jì)

基于L-G模型構(gòu)造跳頻圖案直接使用m序列來構(gòu)造跳頻圖案，這樣構(gòu)造出的跳頻序列任兩個(gè)序列之間互相關(guān)性能差，會發(fā)生跳頻頻率的多次重合，極易破譯，不易使用。L-G模型是基于有限域GF(p)上的n級m序列發(fā)生器，以序列發(fā)生器的k個(gè)相鄰級移位寄存器的抽頭輸出與用戶地址位進(jìn)行逐位“異或”，產(chǎn)生最佳漢明相關(guān)性能跳頻碼序列族去控制頻率合成器，如圖5-22所示。缺點(diǎn)：嚴(yán)重的頻率泄露問題。改進(jìn)：非連續(xù)抽頭模型、時(shí)鐘采樣模型和一般模型。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻圖案設(shè)計(jì)

寬間隔跳頻圖案寬間隔跳頻圖案是指跳頻圖案中相鄰跳變間隔在一個(gè)給定的間隔寬帶上，它有利于抗干擾。對于跳頻圖案Su={S(j),j=1,2,...,q},q為圖案序列長度，如果對所有j均滿足[Su(j+1)-Su(j)]≥d，d為設(shè)計(jì)要求的跳頻間隔，則Su(j)為寬間隔跳頻圖案。常用的寬間隔跳頻圖案構(gòu)造方法有:(1)去中間頻帶法；(2)對偶頻帶法。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻圖案設(shè)計(jì)

寬間隔跳頻圖案(1)去中間頻帶法：該方法是將整個(gè)跳頻頻段的之間d個(gè)頻隙去掉。具體做法：如果跳頻頻段為F，去掉中間的d個(gè)頻隙，兩邊余下的頻帶分別為F1和F2，F(xiàn)1和F2的頻率點(diǎn)數(shù)相同；如果當(dāng)前跳的頻點(diǎn)在F1，則下一次跳到F2內(nèi)，再下一次又跳回到F1,來回交替。相鄰頻點(diǎn)之間的間隔大于d.缺點(diǎn)：頻帶利用率低，可用頻率數(shù)目不能充分地利用，無法實(shí)現(xiàn)最大的跳頻增益。(2)對偶頻帶法：將跳頻頻段F分為兩個(gè)對偶的區(qū)間頻帶F1和F2，即這樣每對頻率之間間隔為[(q+1)/2]。在F1和F2上建立對偶的頻隙對fjfj+q-[q/2],0≤j≤[q/2].先在建立區(qū)間跳頻序列，同時(shí)通過對偶關(guān)系在上建立對應(yīng)的跳頻序列，然后通過一種組合方式，得到一個(gè)完整的跳頻序列。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻同步

跳頻同步(1)跳頻同步：跳頻收信機(jī)能夠正確接收跳頻信號并從中獲取其攜帶信息的前提是，收、發(fā)雙方有相同的跳頻圖案，而且在相同時(shí)刻使用跳頻圖案中相同的頻率。(2)實(shí)現(xiàn)同步的主要問題：如何保證收發(fā)雙方的頻率跳變的起、止時(shí)刻相同。(3)跳頻同步的要求:快速、可靠、抗干擾，失步后能迅速同步。(4)實(shí)現(xiàn)跳頻同步的步驟：同步信息的捕獲，同步信息的跟蹤。(5)同步信息：TOD、時(shí)鐘校正、網(wǎng)號等信息內(nèi)容。(6)傳送同步信息的方法：參考時(shí)鐘法、自同步法及同步字頭法等。(7)參考時(shí)鐘法：依靠網(wǎng)內(nèi)中心播發(fā)高精度時(shí)鐘信息，網(wǎng)內(nèi)用戶依次標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘來控制收/發(fā)信機(jī)的同步定時(shí)，實(shí)現(xiàn)收、發(fā)雙方同步。(8)自同步法：發(fā)信端在發(fā)送信息序列中隱含有同步信息，收信機(jī)將該同步信息提取出來，從而實(shí)現(xiàn)同步。(9)同步字頭法：收、發(fā)雙方建立通信之前，先發(fā)送一個(gè)同步字頭，同步字頭中含有生成跳頻圖案的全部信息，收信機(jī)依靠接收的同步信息實(shí)現(xiàn)跳頻同步，再進(jìn)行信息檢測。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻同步

同步信息的捕獲跳頻同步信息是由跳頻序列發(fā)生器產(chǎn)生帶有同步信息的碼序列控制頻率跳變的。這種帶有同步信息的跳變頻率在傳送幀中可以是集中的，也可以離散的，收信方則用來捕獲同步信息，又稱同步引導(dǎo)碼。（1）并行捕獲方式第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻同步

同步信息的捕獲（1）并行捕獲方式并行的匹配濾波器個(gè)數(shù)等于同步引導(dǎo)碼的個(gè)數(shù)，設(shè)為M個(gè)，它遠(yuǎn)小于跳頻圖案的N個(gè)跳頻數(shù)。捕獲過程：各調(diào)諧濾波器的輸出經(jīng)過平方律包絡(luò)檢波，依次延時(shí)一個(gè)Tc（Tc為跳頻時(shí)間間隔），然后再相加在一起，形成累加值輸出，并與門限比較。若每個(gè)支路包絡(luò)檢測值為U，則最大累加值為MU，超過門限值A(chǔ)，表明已取得起始同步捕獲，通過置位電路啟動(dòng)本地跳頻圖案實(shí)現(xiàn)同步解跳?？紤]漏檢與虛警，一般門限值取為A=KU，K是小于M的整數(shù)。即只要M個(gè)同步引導(dǎo)頻率中檢測到了K個(gè)就判定為已取得了同步。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻同步

同步信息的捕獲（1）串行捕獲方式搜索指令啟動(dòng)本地PN序列，生成同步引導(dǎo)碼，控制頻率合成器輸出頻率跳變。如果與輸入跳頻信號的跳變同步，則每個(gè)跳變頻率駐留時(shí)間間隔上由相乘器及中頻帶通濾波器組成的相關(guān)器中有中頻信號輸出，經(jīng)包絡(luò)檢波器輸出高電平，判決電路輸出“1”，計(jì)數(shù)器計(jì)入“1”的個(gè)數(shù)，當(dāng)計(jì)得K個(gè)“1”時(shí)，就判定取得同步信息捕獲，發(fā)出“停止搜索”指令，進(jìn)入同步跟蹤。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻同步

同步信息的捕獲例5-4若一跳頻系統(tǒng)，同步引導(dǎo)碼的頻率為100個(gè)，跳變速率為500跳/秒，同步引導(dǎo)頻率集中配置并以幀格式重復(fù)傳送直至同步，假定檢測不考慮噪聲干擾。試比較并行與串行兩種捕獲方式的平均捕獲時(shí)間Tacq.第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻同步

同步跟蹤當(dāng)已同步的跳頻圖案在運(yùn)行過程中又發(fā)生相對的時(shí)間偏差時(shí)，要用適當(dāng)方法檢測出該偏差，將反映偏差大小與方向的誤差信號作為控制信號再去驅(qū)動(dòng)本地跳頻碼，修正偏差，維持同步跳變狀態(tài)，這就是同步跟蹤。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻同步

同步跟蹤假定接收跳頻信號u1(t)與本地跳頻信號u2(t)之間存在時(shí)差，中頻濾波器輸出信號占據(jù)寬度由一個(gè)碼片間隔Tc減少為,包絡(luò)檢波輸出ub(t)波形可表示這種狀態(tài)。ub(t)與VCO輸出的周期為Tc的時(shí)鐘信號相乘，產(chǎn)生不對稱的三值信號控制成分。通過環(huán)路濾波器，可以控制時(shí)鐘(VCO)超前或滯后，使之朝著減小時(shí)差的方向變化，最終將時(shí)差穩(wěn)定在較小值上，完成跟蹤功能。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻同步

同步跟蹤第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)跳頻通信的應(yīng)用

軍用戰(zhàn)術(shù)電臺民用通信系統(tǒng)歐洲GSM采用過跳頻技術(shù)，速率為217跳/秒。GSM慢跳頻方式為每幀改變頻率方式，一個(gè)數(shù)據(jù)幀為4.615ms,則每一個(gè)幀時(shí)隙按某種跳頻圖案改變載頻，故速率為1/4.615*10-3=217跳/秒。無線局域網(wǎng)短距離無線通信的藍(lán)牙技術(shù)使用跳頻技術(shù)來抑制與防止衰落。第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)Chess短波跳頻電臺

Chess短波跳頻電臺是由美國Samders公司20世紀(jì)90年代后期研制的產(chǎn)品，采用了多項(xiàng)新技術(shù)，跳頻速率高達(dá)5000跳/秒。Chess系統(tǒng)由射頻前端和數(shù)字信號處理單元兩部分組成。下變頻接收機(jī)寬度功率放大器A/DD/A數(shù)字接收單元數(shù)字激勵(lì)單元CPU終端射頻前端數(shù)字信號處理單元圖5-28Chess系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)Chess短波跳頻電臺

如圖5-28所示，Chess系統(tǒng)的發(fā)射部分，關(guān)鍵技術(shù)為差分跳頻（DFH）技術(shù)。信源編碼后數(shù)據(jù)為若干個(gè)字符，每個(gè)字符包含BPH個(gè)比特，每個(gè)跳頻時(shí)隙發(fā)送一個(gè)字符的數(shù)據(jù)。傳送的數(shù)據(jù)打包成幀流形式，一個(gè)幀為一個(gè)跳組，包括幀頭和數(shù)據(jù)塊。信道編碼DDSDFH數(shù)據(jù)跳頻序列調(diào)制后的射頻FH信號圖5-29Chess系統(tǒng)跳頻發(fā)送過程第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)Chess短波跳頻電臺

差分跳頻技術(shù)當(dāng)前發(fā)射頻率fn由當(dāng)前數(shù)據(jù)符號xn和上一個(gè)發(fā)射頻率fn-1共同決定的，可用一個(gè)隱式差分方程表示：fn=G(fn-1,xn)G(.)稱為G函數(shù)或者信息轉(zhuǎn)移函數(shù)。Gfn-1xnfnG-1fn-1fnxn(a)G函數(shù)的正變換(b)G函數(shù)的逆變換圖5-30G函數(shù)的正變換和逆變換表示第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)Chess短波跳頻電臺

在G函數(shù)正變換中，由頻率和數(shù)據(jù)經(jīng)G函數(shù)形成的跳頻圖案為一顆隨機(jī)的倒立樹，樹根為最初的起始頻率，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有h=2BPH個(gè)分支邊，每邊都表由于當(dāng)前傳送的比特符號。假定N=16，BPH=2，初始頻率從fi=f9開始，待發(fā)送的數(shù)據(jù)流為10011100，則發(fā)送的頻率序列為：{f9,f12,f14,f2,f3}第五章跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)藍(lán)牙中跳頻技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)是一個(gè)近距離無線數(shù)字通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要面向網(wǎng)絡(luò)中的各種數(shù)據(jù)及語音設(shè)備，如PC、網(wǎng)絡(luò)撥號、筆記本電腦、PDA、打印機(jī)、傳真機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)電話等。藍(lán)牙工作在全球通用2.4GHzISM免付費(fèi)、免申請的無線電頻段。藍(lán)牙系統(tǒng)支持點(diǎn)對點(diǎn)及點(diǎn)對多點(diǎn)連接，形成了兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

微微網(wǎng)和散射網(wǎng)(a)微微網(wǎng)(b)散射網(wǎng)MasterSlave圖5-32藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)拓