跳频通信系统

RFH 1 3 × 105 = = = 2 ×10 4 Tτ − Td 45 − 30
跳/秒
这一跳变速率在工程上是可以实现的。 美国的JTIDS系统跳变 率已做到38 000跳／秒。
跳频速率和跳频数的确定
跳频频道数的确定
从抗干扰角度来看,跳频数N越大越好,因跳频系统的处理增 益Gp=N,但N大了则系统结构就比较复杂。
跳频用频率合成器分为直接式和间接式两种。
直接式频率合成器
直接式频率合成器用混频、分频倍频构成,既能产生很多频 这是一种“和频”/“分频”方案。 “和频”/“分频”式频率合成器是由 率又能快速跳变频率。 一些完全相同的“和频”/“分频”基本单元串接而成的。 一个可以产生4096个频率的频率合成器例子如图6-24所示。
200 MHz
÷4
双双 电平 混中触
带带 自自触 C3 C4
÷4
C1 C2
门门自 f1 f2 f3 f4 f1 f2 f3 f4 f1 f2 f3 f4
C1
到门门自 输解输输
C12 5.0 MHz方自 电平混中触
…
…
自相输 组组
C9 C10
自相输 组组 C11 C1 2
双双 电平 混中触
带带 自自触
设s1(t)为发送的跳频信号，有
s1 (t ) = m(t ) cos[(ω0 + nωT )t + ϕn ]
其中, n=0,1,2,…,N-1；
(6-79)
cos[(ω 0 + nωT )t + ϕ n ] 为输出的FH信号(令振幅A=1)；
ωT 为FH合成器跳变间隔,每跳持续时间为T,一般取 ωT = 2π / T ;
∆F ⋅ K ∆F 率总数与参考频率的数目(K)及混频的次数(A)有关,即为KA ∆f = =
个频率。
KA
K A−1
直接式频率合成器
直接式频率合成器用混频、分频倍频构成,既能产生很多频 这是一种“和频”/“分频”方案。 “和频”/“分频”式频率合成器是由 率又能快速跳变频率。 一些完全相同的“和频”/“分频”基本单元串接而成的。 一个可以产生4096个频率的频率合成器例子如图6-24所示。
图中描绘了一个码元间隔(1／30 s)内的信号波形s(t),波形中部的 变化正是由一次新的频率跳变所致。 因为此例中跳频间隔比数据 码元间隔短,所以,一个码元对应于一跳,每个码片长度为码元的一半。
跳频速率和跳频数的确定
图6-27（a）是一个慢跳频的例子： 数据码元速率仍是30波特,而频率跳变速率变为10跳／秒。
m(t)是待传数字信息流；
ϕ n 为初相。
跳频通信的数学模型 跳频通信的数学模型
跳频系统模型图
噪噪n(t) sk(t) … m(t) s2(t) s1(t) cos[(ω 0＋nω T)t＋ϕn] k 触发
j =2
s i ( t ) = s1 ( t ) +
干干J(t)
∑
k
j=2
s j (t ) + n (t ) + J (t )
输输
门门自
f1 f2 f3 f4 晶晶自自触 30 f1 f2 f3 f4
35 40 37.5 MHz 45
间接式频率合成器
间接式频率合成器是用锁相环法实现，它的原理如 下图所示。
参考振荡器
f(s)
VCO
nf 1 + ∆Φ
÷n
nf1 + ∆Φ 频率控制 n
间接式频率合成器
跳频的两个基本要求：跳变要快和输出频谱要纯都与锁相环 路滤波器的基本性质是矛盾的,滤波器频带愈窄,输出相位噪声 就小,但是捕捉一个新频率的时间就要增加。 为了保证在低相位噪声的情况下加快频率跳变时间,一般可采 取下列各种措施： (1) 采用一个取样环路滤波器。 (2) 利用频率控制指令先将VCO预置在输出频率附近。 (3) 用n个锁相环路进行顺序输出。 (4) 在锁相环路内运用小数分频、 自适应相位补偿等技 术来加快入锁。
c
p=J/N 是只用一个频率传送时的误码率； q是传送一个频率的正确接收概率, q=1-p； c是传送1比特信息所用的频率数； r为使一个比特信息错判必须的错判频率数。

跳频速率和跳频数的确定
(J／N)与Pe的关系曲线如图6-29所示。
10－0
10－1
10－2
10－3
3中中2 5中中3 7中中4
跳频通信系统的性能
跳频速率和跳频数的确定 频率跳变系统： 慢频率跳变系统和快频率跳变系统两种。
慢跳频：若在每个跳频间隔内存在多个调制码元，系统中 最短的不间断波形是数据码元。 快跳频：每个调制码元间隔内存在多次频率跳变，系统中 最短的不间断波形是跳频波形。
跳频速率和跳频数的确定
图6-27（a）是一个快跳频的例子： 数据码元速率为30波特,而频率跳变速率为60跳／秒。
带带 m(t) s1(t) sP(t) s12 (t) 解解
ω
I
ω s p (t ) = [s1 (t ) + ∑ s j (t ) + n(t ) + J (t )]cos[( r mωT )t + ϕr ]
cos[(ω r＋nω T)t＋ϕr]
收发
1 = m ( t ) cos( ω I t )ϕ i s12 ( t ) 1 = m(t ){cos( I t + ϕ j ) + cos[(ω0 + ωr + 2nωT )t + ϕnϕ2]} ω n
增加冗余度：用若干个频率(一般是取奇数个)传输一个比特 的信息,接收机按多数准则判决。这样,即使某 一瞬间某些频率受到干扰,发生了错误,但只要 大多数频率正确,通过多数判决,就能减少差错率。
跳频速率和跳频数的确定
采用如前提出的增加冗余度的方法时跳频系统的误码率,可由 积累二项分布的表达式给出：
c x c− x Pe = ∑ p q r x=r
从实现通信技术来说，“跳频”是一种用码序列进行多频、 选码、频移键控的通信方式，即用为码序列构成跳频指令 来控制频率合成器，并在多个频率中进行选择的频移键， 是一种码控载频跳变的通信系统。
跳频通信的基本原理 跳频通信的基本原理
跳频系统简单原理如下图所示。 跳频系统简单原理如下图所示。 接受端
1 2 混中触 4 5 到解解触
Pjo = Pj 4
(6-84)
在一个码周期中输出的平均功率为
Pj 4N

Pjo =
(6-85)
跳频系统的处理增益
干扰信号的输入功率可求得为，输入到解调器的有用信号功率 可用S1来表示。设本地跳频指令码与发射端同步，且解调器是 理想的，并能无损的让S1通过，则系统的处理增益为：
G pFH =
时码
为跳频持续时间。
数数 100 101
解码抽 续时码
(a)
011 110 000 101 011 110
中频
图6-28（b）是一个2FSK调制的 慢跳频系统。在此,对于SFH,码片 持续时间即为比特持续时间。
时码 解码抽 续时码
(b)
跳频速率和跳频数的确定
FH必须有大量按指令码可供选用的频率,所需的频率数取决 于系统差错率。
另外也要考虑系统的预期的误码率。
如跳频数太多,会增加频带宽度,使频谱利用率不高,如果缩小频道间隔, 则会由于振荡器的漂移,以及收发信机间相对位置不定性,易产生多个 用户同时跳到一个频率上去的击中现象,击中会造成干扰,导致产生误码。
双通道跳频系统
双通道跳频：每一信息比特(可能是“0”或“1”)需用两个频率进 行发送,其中,一个频率代表“1”,另一个频率代表“0”。
S1 /( P j / 4 N ) S1 /( P j / 4)
=N
其中N是跳变频总数。
6.3.2 跳频器及其频率合成器
跳频系统中，由伪码发生器和频率合成器组成了跳频器， 它是跳频系统的核心。
跳频系统对伪码发生器没有直扩DS中那么高，但对频率 合成器的要求则比较苛刻，即要求频率合成器输出频谱纯， 可供选用的频率数N大，频谱转换时间短，频率锁定时间 小，跳频图案转换速度快等。
200 MHz
÷4
双双 电平 混中触
带带 自自触 C3 C4
÷4
C1 C2
门门自 f1 f2 f3 f4 f1 f2 f3 f4 f1 f2 f3 f4
C1
到门门自 输解输输
C12 5.0 MHz方自 电平混中触
…
…自相Leabharlann 组组C9 C10自相输 组组 C11 C1 2
双双 电平 混中触
带带 自自触
传输中,占用的频道称为发送通道,未被占用的频道称为互补通道。 图6-32是双通道跳频的示意图。
跳频速率和跳频数的确定
将接收到的本系统的FH信号加以放大并用噪声污染之后再 发射出来,称为转发性干扰,如图6-34所示。
Td 跳 中 触发发 Ti Tr T r＝T i＋T T 跳 中 接收发
干干发
跳频速率和跳频数的确定
FH中收、 发设备间的直接传输路径时延为Td,从发射机到干扰 机再由干扰机到接收机的时延之和为Tr=Ti+TT, 于是希望跳频速率 应该大于1/(Tr-Td)。 设发射机和接收机设备之间距离是30km，发射机和干扰机 相距30 km,接收机距干扰机15 km。 若不考虑回答式干扰机延 迟时间,最小跳频速率为
跳频速率和跳频数的确定
由上述可知,在信码率已给定和“冗余度”已选定之后,系统的 跳频速率也随之而定了。
不过尚有一个因素也影响跳变速率的选定,即与有用信号同 频但不同相的无用信号的影响。
这种同频不同相的信号,一方面来自传播过程中有用信号本 身的多径时延;另一方面来自人为的转发性干扰(即敌方设置 的)或称中继转发干扰。 在一般情况下,多径信号比有用信号小得多,故没有多大影响。