跳频系统中跳频图案的生成方法和性能分析
超短波无线通信保密技术中关键跳频通信技术探究
I G I T C W技术 研究Technology Study32DIGITCW2023.09随着通信技术的不断发展，超短波无线通信系统面临着越来越严峻的保密和安全挑战。
为了确保超短波无线通信系统的保密性和安全性，需要采用一系列的保密技术。
这些保密技术涵盖了通信链路的加密、信道建立、跳频通信技术等多个方面。
其中，跳频通信技术是超短波无线通信保密技术的一种重要实现方式，其是一种利用快速在多个不同频率间切换的方式传输数据的通信技术，其可以应用于超短波无线通信保密技术中，增加频谱扩展和干扰抵抗能力，从而提高通信保密性和可靠性[1]。
1 超短波无线通信系统概述超短波无线通信系统是无线通信技术的一种。
超短波通信具有传输距离远、抗干扰能力强等优点，广泛应用于政务、金融等领域。
在政务和公共安全领域中，超短波无线通信系统可以用于警务通信、紧急救援等方面，可以提高政务通信的保密性和抗干扰能力。
在金融领域中，超短波无线通信系统可以用于证券交易、银行转账等方面，可以保证通信的机密性和完整性。
1.1 超短波无线通信系统超短波无线通信系统是指利用超短波无线电波进行信息传输的通信系统，其工作频率范围通常为300 MHz ～3 GHz 。
与其他无线通信系统相比，超短波无线通信系统具有传输距离远、抗干扰能力强等优点。
由于其传输距离远，因此在政务、金融等领域得到广泛的应用。
超短波无线通信系统包括发射机和接收机两个部分。
发射机通过电路将电信号转换成无线电波，并将其通过天线发射出去；接收机负责接收来自天线的无线电波，并将其转换成电信号。
为了确保通信的机密性和完整性，超短波无线通信保密技术是在超短波通信的基础上结合各种加密、解密、密钥管理技术等，实超短波无线通信保密技术中关键跳频通信技术探究周 三（中国电子科技集团公司第三十研究所，四川 成都 610000）摘要：文章针对跳频通信技术展开了深入探究和分析。
首先，对超短波无线通信技术与跳频通信技术做了简要论述。
跳频通信系统(跳频同步)
2014-9-13
同步捕获算法——匹配滤波法
带通 滤波 平方率 检波器 延时 (N-1)Tb
f1
输入 f2 ...
带通 滤波 平方率 检波器 延时 (N-1)Tb 求 和 判决
输出
带通 滤波
...
平方率 检波器
...
延时 (N-1)Tb
...
门限
fN
2014-9-13
序列匹配滤波器
10
匹配滤波法的原理
同步字头法
优点：
同步头长度可根据需要调整，在效率和可靠 性方面进行折衷。 频谱效率和功率效率都有所损失； 需要在数据信息中插入同步信息以进行同步 保持。
缺点：
应用：大多数跳频通信系统采用此方案。
25
2014-9-13
等待搜索式自同步法
初始捕获：接收机与发射机具有相同的跳频图 案，只是所使用的频率相差一个固定的中频， 接收机在一个固定的频率上与接收到的信号做 相关，直到相关器的输出大于预定的门限，此 时控制本地跳频序列开始跟跳； 同步识别：初始捕获后，在连续的多个跳频周 期上得到大于门限的相关输出才认为捕获成功； 同步跟踪：同步识别后，收发双方的跳变沿还 没有完全对其，因此不断地调整跳频序列发生 器的时钟，已达到完全同步。
初始捕获
f8 f7 同步跟踪
2014-9-13
同步识别
f4 Th f12 Th 跳频状态
相关器输出的脉 冲信号与本地跳 频序列的比较
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同步字头法
同步序列 信息序列 勤务序列 信息序列 勤务序列
同步序列：又称同步头，用来实现初始同步； 勤务序列：可以用来进行同步保持，也可以用 作迟入网同步； 信息序列：传输有效信息
跳频扩频的原理和应用
跳频扩频的原理和应用1. 跳频扩频的原理跳频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum）是一种通过在通信中不断改变载波频率来实现抗干扰和安全性的技术。
它主要通过以下原理来实现：1.频率跳变：跳频扩频系统在通信过程中会周期性地改变使用的载波频率。
频率跳变可以将信号在不同频率上进行传输，以减少信号在特定频率上的干扰。
2.扩频技术：跳频扩频系统还会使用扩频技术，将原始信号进行扩频。
扩频技术会在发送端对原始信号进行调制，将其扩展到较宽的频带上。
接收端会利用和发送端相同的扩频码对信号进行解码，还原出原始信号。
3.码片序列：扩频技术中使用的扩频码片序列是跳频扩频系统中的核心要素。
这些码片序列在发送端与接收端之间必须保持同步。
扩频码片序列的特点是具有良好的相关性，使得接收端可以通过将收到的信号与预期的码片序列进行比较，从而检测出有效的信号。
跳频扩频技术的原理在一定程度上提高了系统的抗干扰能力和安全性，常用于无线通信、军事通信、无线局域网等领域。
2. 跳频扩频的应用跳频扩频技术在现代通信领域得到广泛应用，以下是几个常见的应用场景：2.1 无线局域网（WLAN）跳频扩频技术在无线局域网中使用，可以提供更可靠、稳定的数据传输。
由于跳频扩频技术能够在不同的频率上进行传输，可以避免单一频率上的干扰，从而提高无线网络的抗干扰能力和传输质量。
2.2 蓝牙技术蓝牙技术中的传输方式就是基于跳频扩频技术的。
蓝牙设备会在跳频序列中选择一段频率范围，然后进行频率跳变进行数据传输。
这种方式不仅提高了蓝牙设备之间的通信质量，也增强了蓝牙设备的抗干扰能力。
2.3 军事通信由于跳频扩频技术能够有效抵御敌人的频率干扰和窃听，因此在军事通信中得到广泛应用。
军方可以利用跳频扩频技术提供安全可靠的通信，保障敏感信息的传输。
2.4 移动通信跳频扩频技术在移动通信中也有广泛的应用，尤其是在CDMA（Code Division Multiple Access）系统中。
跳频技术
跳频详解
跳频可分为快速跳频和慢速跳频,在GSM中采用的是慢速跳频,其特点是按照固定的间隔改变一个信道使用的频率.根据GSM的建议，基站无线信道的跳频是以每一个物理信道为基础的，因此对于移动台来说，只需要在每个帧的相应时隙跳变一次，其跳频速率为217跳/秒，它在一个时隙内用固定的频率发送和接收，然后在该时隙后需跳到下一个TDMA帧，由于监视其它基站需要时间，故允许跳频的时间约为1ms，收发频率为双工频率。
但对基站系统来说，每个基站中的TRX（收发信机）要同时于多个移动台通信，因此，对于每个TRX来说，能根据通信使用的物理信道，在其每个时隙上按照不同的跳频方案来进行跳变。
一、跳频的种类及各自实现的方法GSM中的跳频可分为基带跳频和射频跳频两种。
在北电系统中采用的是射频跳频。
基带跳频是通过腔体合成器来实现的，而射频跳频是通过混合合成器来实现的。
当采用基带跳频时，它的原理是在真单元和载频单元之间加入了一个以时隙为基础的交换单元，通过把某个时隙的信号切换到相应地无线频率上来实现跳频，这种做法的特点是比较简单，而且费用也底。
但由于采用的腔体合成器它要求其每个发信机的频率都是固定发射的，当发信机要改动其频率时，只能人工调谐到新的频率上，其话音信号随着时间的变化使用不同频率发射机发射，收发信机在跳频总线上不停的扫描观察，当总线发现有要求使用某一频率时，总线就自动指向拥有该频率的发信机上来发送信号。
采用基带跳频的小区的载频数与该小区使用的频点数是一样的。
当采用射频跳频时，它是在通过对其每个TRX的频率合成器进行控制，使其在每个时隙的基础上按照不同的方案进行跳频。
它采用的混合合成器对频带的要求十分宽松，每个发信机都可使用一组相同的频率，采用不同的MAIO加以区分。
但它必须有一个固定发射携带有BCCH的频率的发信机，其他的发信机可随着跳频序列的序列值的改变而改变。
两者的区别是：1、基带跳频采用的腔体合成器最多可配置8个发信机，而且衰耗小，此时衰耗仅为3.5dB;而射频跳频采用的混合合成器的容量较小,最多可配置4个发信机,而且衰耗大,当为H2D时,衰耗为4.5dB当为H4D 时,衰耗为8dB.显然,当基站配置较大时,采用混合合成器的基站的覆盖要小.2、腔体合成器对频段的要求不如混合合成器灵活,混合合成器所带的发信机可以使用一组频率,频点的间隔要求为200 K;腔体合成器的发信机仅能使用固定的频率发射,而且所用频点的间隔要求大于600K.3、基带跳频的每个发信机TX只能对应一个频点，而射频跳频的每个发信机TX能够发送所有参与跳频的频点。
通信系统学习-跳频系统的信号分析
经波后为
= s′′(t)
1 2
a(t
)
cos(ω′= j − ωi )t
1 2
a(t
)
cos
ωIt
(4-10)
第4章 跳频通信系统
对n′(t)分量：由于n(t)为高斯白噪声， 经混频后， 噪声 分量与一般的非跳频系统一样，没有变化，也就是说，跳频 系统对白噪声无处理增益。
干扰分量J′(t)：由于不知道跳频频率的变化规律，即不 能得到跳频系统的信息，经混频后，被搬移到中频频带以外， 不能进入解调器，也就不能形成干扰，从而达到了抗干扰的 目的。J(t)要有效地干扰跳频信号s(t)，就必须与s(t)的频率 始终相同， 否则是无能为力的。
GP
=
BW Ba
≤N
可见，跳频系统的抗干扰性能即处理增益是与跳频系 统的可用频道数N成正比的，N越大，射频带宽BW越宽，抗 干扰能力越强。
+ J (t) cosω′jt + sJ (t) cosω′jt
= s′(t) + n′(t) + J ′(t) + s′J (t)
(4-7)
信号分量s′(t)：
= s′(t) s= (t) cosω′jt a(t) cosωit cosω′jt
(4-８)
经混频，信号分量为
= s′(t) a(t) cosωit • cosω′jt
第4章 跳频通信系统 跳频系统与直扩系统的抗干扰机理差异性： ■跳频系统：以躲避干扰的方式抗干扰，可以认为是一 种主动式抗干扰方式。 ■直扩系统：用把干扰功率分散的方法来降低干扰功率， 提高解调器的输入信干比，以此来达到抗干扰的目的，故可 以认为是一种被动式的抗干扰方式。
第4章 跳频通信系统
跳频测试实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解跳频通信系统的基本原理和特点。
2. 掌握跳频通信系统测试方法及步骤。
3. 分析跳频通信系统的性能指标，评估系统性能。
二、实验原理跳频通信系统是一种利用频率跳变技术实现信息传输的通信方式。
其基本原理是在通信过程中，发送端和接收端在预设的跳频序列上按一定规律跳变频率，从而实现信号的传输。
跳频通信系统具有抗干扰能力强、保密性好、频谱利用率高等优点。
三、实验装置1. 跳频通信实验平台：包括跳频发射机、跳频接收机、频率合成器、示波器、计算机等。
2. 实验软件：跳频通信实验软件。
四、实验内容1. 跳频通信系统基本参数设置：设置跳频频率、跳频速率、跳频序列等参数。
2. 跳频发射机与跳频接收机连接：将跳频发射机与跳频接收机通过射频同轴电缆连接。
3. 跳频通信系统测试：在跳频通信实验平台上进行跳频通信测试，包括以下内容：（1）测试跳频通信系统的频率跳变特性：观察跳频发射机与跳频接收机输出信号的频率变化情况，确保频率跳变符合预设要求。
（2）测试跳频通信系统的误码率：通过增加干扰信号，观察跳频通信系统的误码率变化，评估系统抗干扰能力。
（3）测试跳频通信系统的传输速率：观察跳频通信系统的传输速率，确保传输速率满足实际需求。
4. 数据分析：对测试数据进行整理和分析，评估跳频通信系统的性能指标。
五、实验步骤1. 连接跳频通信实验平台，设置跳频通信系统基本参数。
2. 将跳频发射机与跳频接收机通过射频同轴电缆连接。
3. 打开跳频通信实验软件，进行跳频通信测试。
4. 观察跳频通信系统的频率跳变特性，确保频率跳变符合预设要求。
5. 通过增加干扰信号，观察跳频通信系统的误码率变化，评估系统抗干扰能力。
6. 观察跳频通信系统的传输速率，确保传输速率满足实际需求。
7. 对测试数据进行整理和分析，评估跳频通信系统的性能指标。
六、实验结果与分析1. 频率跳变特性：实验结果显示，跳频通信系统的频率跳变符合预设要求，跳频频率在预设范围内变化，跳频速率稳定。
跳频图案的产生及跳频同步方法
1跳频图案的产生1.1 什么是跳频图案？为了不让敌方知道我们通信使用的频率，需要经常改变载波频率，即“打一枪换一个地方”似地对载波频率进行跳变，跳频通信中载波频率改变的规律，叫作跳频图案。
通常我们希望频率跳变的规律不被敌方所识破，所以需要随机地改变以至无规律可循才好。
但是若真的无规律可循的话，通信的双方（或友军）也将失去联系而不能建立通信。
因此，常采用伪随机改变的跳频图案。
只有通信的双方才知道此跳频图案，而对敌方则是绝对的机密。
所谓“伪随机”，就是“假”的随机，其实是有规律性可循的，但当敌方不知跳频图案时，就很难猜出其跳频的规律来。
图1-1所示为一个跳频图案。
图中横轴为时间，纵轴为频率。
这个时间与频率的平面叫作时频域。
也可将这个时频域看作一个棋盘，横轴上的时间段与纵轴上的频率段构成了棋盘格子。
阴影线代表所布棋子的方案，就是跳频图案；它表明什么时间采用什么频率进行通信，时间不同频率也不同。
图1-1图1-1中所示为一跳频图案，它是在一个时间段内传送一个或多个比特信息。
通常称此时间段叫跳频的驻留时间，称频率段为信道带宽。
在时频域这个“模盘”上的一种布子方案就是一个跳频图案。
当通信收发双方的跳频图案完全一致时，就可以建立跳频通信了。
图1-2所示就是建立跳频通信的示意图图1-2其中t表示时间，s表示空间，f表示频率。
当收、发双方在空间上相距一定距离时，只要时频域上的跳频图案完全相重合，就表示收、发双方同步跳频地进行通信。
1.2跳频图案与跳频频率表跳频图案是由跳频指令控制频率合成器所产生的频率序列。
跳频系统中，跳频带宽和可供跳变的频率（频道）数目都是预先定好的。
比如说，跳频带宽为5MHz跳频频率的数目是64个，频道间隔是25kHz。
这样，在5MHz带宽内可供选用的频道数远大于64个，那么你怎样选择出64个频率来呢？这就是所谓的跳频频率表。
根据电波传播条件、电磁环境条件以及敌方干扰的条件等因素来制定一张或几张具有64个频率的频率表，即fl，f2，…f64，另一张可以是fl '，f2 '，…f64 '。
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跳频系统中跳频图案的生成方法和性能分析跳频通信系统具有抗干扰、抗截获、码分多址和频带共享等优良特点。
因此一出现便在军事通信中得到了广泛的应用。
现在该技术在民用移动通信中也扮演了重要的角色，如GSM、HomeRF(家庭射频)、Bluetooth(蓝牙)中都采用了跳频技术，成为当前研究的热点。
在跳频序列的控制下，载波频率随机跳变的规律称为跳频图案，跳频图案的设计直接关系到跳频通信系统的抗干扰能力和多址能力，因此，如何设计好的跳频图案是该技术的核心之一，是保证跳频通信质量良好的前提条件。
本文在掌握跳频通信基本原理和特点的基础之上，首先学习研究了跳频图案设计的理论限制：汉明相关理论限制、序列数目和序列长度的理论限制、非重复跳频序列族的理论限制、宽间隔非重复跳频序列族的理论限制等，这些理论限制为评价各种跳频图案的性能明确了判别标准；依次讨论了基于m序列、RS码、和素数序列构成跳频图案的方法，其中包括L-G及其改进模型、不同组网方式下RS码的生成条件等；设计给出了各种跳频图案生成和性能分析的MATLAB仿真程序；对某些跳频图案进行宽间隔处理，介绍了对偶频带法的基本思想；利用软件程序对不同跳频图案的相关特性和多址能力等性能进行了仿真；依据大量仿真数据和图形，对不同通信条件下的跳频图案的性能进行了对比、分析；在对比分析的基础上验证和得出了基于RS码的跳频图案性能优于基于m序列生成的跳频图案、基于素数序列生成的跳频图案是唯一全部达到理论限制的跳频图案、宽间隔跳频图案能更好地增强系统的抗干扰和多径衰落的能力等相关
结论。