跳频的原理与应用

跳频的应用与发展

南山电视转播台 张卫东

关键字：

跳频，带宽

背景：

军事无线通信是保障现代作战指挥的主要通信手段，特别是在对飞机、舰艇,坦克等运动目标进行指挥时，是唯一的通信手段，在我军信息化建设中占有十分重要的地位。

随着通信领域的电波斗争愈演愈烈，惯用的定频通信受到了严重威胁。为了保证己方正常可靠的通信，一种抗干扰的通信体制—涡濒通信系统应运而生。如果军事无线通信装备不采用抗干扰措施，在现代战争的大规模对抗环境条件下，就会出现通信中断、指挥失灵，从而陷入被动挨打的局面，最近的几次战争中的高科技电子战已经证明了这一点。可以说，在现代战争中，如果无线通信装备不采用抗干扰措施，就没有生存能力。

西方国家早在20世纪50年代就开始进行了一系列的抗干扰通信体制和抗干扰技术的理论研究工作。到了20世纪80年代初期，大部分抗干扰技术都已经陆续应用于新的通信装备和系统中，而且还在不断地改进和完善。跳频通信是现代军事无线通信抗干扰的主要手段，对于在恶劣的电磁环境中保障我军畅通的通信指挥，具有重大的军事意义。

一 跳频原理与应用

跳频（FH ）是一种无线通信中最常用的扩频方式。工作原理是收发双方传输信号的载波频率按照预定规律（一组伪随机码PN ，Pseudo-Noise ）进行离散变化，通信中使用的载波频率受伪随机码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，跳频是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式；从时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号；从频域上来看，跳频信号是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的信号。因此，跳频通信在某一特定频点上仍为普通调制技术。跳频系统根据频率变化的快慢，通常分为快跳频和慢跳频。目前在军事领域广泛应用了快跳频通信技术。随着电子对抗的加剧，在快跳频的基础上，产生了自适应跳频，进一步提高抗截获和抗干扰目的。慢跳频则主要应用于民用领域。

1.1.跳频技术原理

跳频系统的原图及跳频信号数学描述：跳频系统的简单原理图如图1-1所示

其数学模型如（1-1）。在发送端，输入信息码序列进行基带调制得到宽度为m B 的

调制信号()m t 。独立产生的伪随机码序列作为跳频序列去控制频率合成器，使其输出频率按不同的跳频图案或指令随机跳跃地变化。调制信号m(t)对随机载频进行调制，得到跳频信号()1S t ，可表示为:

()()()11cos n S t m t n t ωωϕ0=++⎡⎤⎣⎦ （1-1）

其中跳频频率间隔一般取为2/T ωπ= ，因此，跳频信号带宽为c B 与调制信号的关系为c m B nB =，其中，

n 为形频频率集频率个数(频率集中频率连续正交情况时)。(注:跳须信号带宽为c B 是跳频信号所占的频带宽度，和频率集中的取有关，不一定是连续取，一般是随机间隔的选取)

()1S t 在信道上与其他地址信号()j S t 、噪声()n t 以及于扰信号()J t 组合后进入接收机的信号()S t 为：

()()()()()12

k

j

j S t S t S t J t n t ==+++∑ （1-2） 在按收端，为了对输入信号解跳，需要有与发端相同的本地伪码发生器生成的跳频指令去控制本地频率合成器，使其输出的本振信号频率随发方频率相应地跳变，跳变的本振信号对接收到的跳频信号进行变频，再通过低通滤波器，实现解跳，得到调制信号m(t)。图1-2中Sp(t)可表示为：

()()()()()()102cos k p j n j S t S t S t J t n t n t ωωϕ=⎡⎤=+

++++⎢⎥⎣⎦

∑ （1-3） 经低通滤波器后，可得

()()121

2S t m t = （1-4）

最后经基带解调，得到原始信息，带宽也由跳频信号c B 恢复为调制信号宽m B 。

按跳频时隙大小和时隙中信号码元的多少，可分为慢跳频，快跳频，还有根据信息决定跳频频率的差分跳频。当跳频速率低于信息比特率时，即连续几个信息比特跳频一次时，称为慢跳频。高于或等于信息比特率时，即每个信息比特跳频一次以上时，称为快跳频。跳频方式应根据跳频信号的特点进行选择。

图1-1 跳频系统的简单原理图

Cos[(ω0+nω△)t+ϕn Cos[(ω0+nω△)t+ϕn

图1-2 跳频信号实现图

频隙：跳频信号在每一跳时间内占据的一段频率叫一个频隙。频隙带宽:频隙的宽度。它一般等于基带信号带宽的2倍。

跳频带宽：跳频信号占据的频率宽度。它由频隙带宽、频隙数目、频隙排列方式即跳频频率集的配置决定。若调制信号的码元速率为1/T,根据奈奎斯特第一准则，带信号带宽应为1/(2T)（不考虑滚降），调制信号带宽应为1/T,频隙带宽为1/T,为了尽可能减少邻近干扰，跳频频率间隔应选择为1/T,这样，频率i f的谱状零值正好处于i f＋1/T的峰值处，构成了频率的正交关系（即正交频率配置），因此，若频隙数为N，则跳频信号带宽等于N*(1/T)。

跳频速率：单位时间内，载频跳变的次数。若要求单位时间内无重复跳频，则跳频速率最大不能超过频率集中的频隙数，若为正交配置，若可用带宽最大为BWFN，频隙带宽为BWSL,则最大速率为BWFH/BWSL。

汉明相关，分为自相关和互相关。自相关是指频隙集合A上的某一跳频序，在相对时延为τ时的相关系数，互相关指指频隙集合A上的两个跳频序列，在相对时延为τ时的相关系数。该参数表示了系统内用户碰撞的概率。

在这些参数中，起决定作用的是调制信号带宽、频率率置方式和系统可用带宽。选择合适的调制方式是忧化跳领系统性能的首要因素。

二跳频通信的应用与发展

1. 跳频通信在军事通信中的应用与发展

跳频通信自问世以来之所以如此迅猛发展，这主要得益于跳频通信本身所具备的突出优点。这些优点又能符合现代信息战条件下电子对抗的要求。海湾战争表明，跳频电台在通信中发挥了突出的作用。目前，跳频系统的跳速维持在如下水平：短波电台——100跳/秒，超短波电台——500跳/秒。但每秒千跳以上的跳频电台也已问世。可以乐观地预测，到