跳频通信技术剖析

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跳频通信技术
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工作原理 FH/SS通信系统中的几个重要概念 跳频器 FH通信的特点 FH通信系统的主要技术指标
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跳频通信技术
3 跳频器
FH系统的核心是跳频器，是由伪码发生器和频率合 成器组成。
抗干扰能力强 具有选址能力，可实现码分多址通信 （FH_CDMA） 在多径和衰落信道中传输性能好 易于和其它调制类型的扩展频谱系统结合 易于与现有的常规通信体制兼容
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f f8 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1
跳频通信的特点
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1 工作原理
三、 FH/SS的基本工作原理
信号的带宽与功率谱
频谱仪上 观察到的 跳频信号 频谱
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1 工作原理
三、 FH/SS的基本工作原理
在接收端，首先要进行解跳（解扩）处理，假定 收发跳频码序列严格同步，收端可以产生相应的 本地跳变载波信号：
f f8 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1
t 0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T
时序为(f3,f7,f2,f4,f8,f1,f6,f5,f2)的时频矩阵图
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跳频通信技术
1 工作原理 二、FH/SS通信系统的基本模型
FH通信系统主要用于传输数字信号，调制方式 一般都采用二进制/多进制频移键控 （BFSK/MFSK）或差分相移键控（DPSK），其 主要原因有以下几点：
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跳频通信技术
1 工作原理 二、FH/SS通信系统的基本模型
频率跳变时间间隔的倒数称为跳频速率，简称跳 速，用Rh表示。 每一跳（Hop）的载波频率是由“伪随机码产生 器”产生的编码选定。 跳变规律又叫“跳频图案” 。
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以最简单的不编码的FH/BFSK系统为例来说明 FH/SS的基本原理 传统的BFSK调制信号可以表示成：
s BFSK (t) 2P cos(2 f 0 t 2 d n f t ) d n 1 , 1 nTb t n 1 Tb
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跳频系统抗单频干扰能力示意图
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FH通信技术的基本原理
工作原理 FH/SS通信系统中的几个重要概念 跳频器 FH通信的特点 FH通信系统的主要技术指标
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c(t ) cos(2 f1t 2 f n t ) nTb t n 1 Tb
用c(t)与输入信号进行混频和滤波，得到一个具 有固定频率的BFSK中频窄带信号
y (t ) 2 P cos(2 f 2t 2 d n f t ) nTb t n 1 Tb
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2 跳频通信系统的重要概念
2、码片速率 Rc
FH/MFSK跳频系统中，各离散单频信号按等间 隔排列，最小频率间隔等于离散单频信号的驻留 时间的倒数。 码片速率同时也表示FH/MFSK跳频系统的最高 系统时钟速率。
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跳频通信技术
1 工作原理 三、 FH/SS的基本工作原理
不编码的FH/BFSK信号可以表示为：
sFH / BFSK (t ) 2 P cos(2 f 0t 2 f nt 2 d n f t ) nTb t n 1 Tb
fn为第n个频率跳变时间间隔内的跳变载波频率。跳变载 波频率由二进制随机序列来控制。
跳频频率 频率合成器 （2L 个符号） 时钟 (Rh ) 跳频码发生器 （2L 个频率点）
跳频数和跳频速率是决定整个跳频系统 性能的主要参数。
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3 跳频器 跳频数和跳频速率是决定整个跳频系统 性能的主要参数
跳频数增加则扩展的频谱越宽，系统的处理增益 就愈大； 跳频速率越高，就可适应高速数据传输，并有效 地抑制干扰，特别是人为转发式干扰。 跳频数和跳频速率也决定了伪码发生器和频率合 成器的结构和指标，它要求频率合成器输出频谱 要纯，转换速率要高，达到稳定的时间要短，具 有低噪声性能。
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跳频通信技术
2 跳频通信系统的重要概念
2、码片速率 Rc
在跳频通信系统中也存在码片（Chip）速率的概 念，它与DS系统中码片速率概念不同。 在DS系统中，码片速率定义：扩频序列一个码元 占据的时间的倒数。 在跳频通信系统中，码片速率Rc代表FH/MFSK跳 频系统在频域的最小频率间隔。
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跳频通信技术
1 工作原理 二、FH/SS通信系统的基本模型
发送信息 信道编码 调制器 发 PN 码 同步 收 PN 码 跳频 发频合 收频合 信 道 （噪声） （干扰）
信道译码 接收信息
解调器
解跳
发射机的频率在一组预先指定的频率下跳变
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1 工作原理 二、FH/SS通信系统的基本模型
窄带信号在基于PN序列的不同载波频率上跳变
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跳频通信技术
1 工作原理 二、FH/SS通信系统的基本模型
跳频图案反映跳变规律，不同用户使用不同的跳 频图案，互不干扰。跳频图案通常用跳频时频矩 阵图表示。
f f8 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1
t 0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T
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跳频通信技术
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1 工作原理
三、 FH/SS的基本工作原理
信号的带宽与功率谱
单频脉冲 的功率谱
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5 跳频通信系统的主要技术指标
抗干扰能力指标（干扰容限） 多址通信能力指标（通信容量） 同步性能指标（平均捕获时间和同步精度） 解扩解调误码性能指标（误码率）
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FH通信技术的基本原理
工作原理 FH/SS通信系统中的几个重要概念 跳频器 FH通信的特点 FH通信系统的主要技术指标
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跳频通信的特点
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2 跳频通信系统的重要概念
1、快跳频和慢跳频
跳频系统可分为快跳频（Fast Frequency Hopped －FFH）系统和慢跳频(Slow Frequency Hopped －SFH)系统。 目前有两种定义快跳和慢跳的方法： 一种按绝对跳频速率来分，一般认为跳频速率小 于1000跳/秒的称为慢跳频，大于1000跳/秒的称 为快跳频。
跳频等效为用码序列进行多频频移键控的通信方式， 可以直接和频移键控调制相对应。 要求发端和收端的频合器之间保持相位相干是很困难 的，因此，在解跳后往往采用非相干解调方式，而 MFSK和DPSK具有良好的非相干解调性能。
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跳频通信技术
1 工作原理 三、FH/SS的基本工作原理
跳频通信技术
FH通信技术的基本原理 1 2 3 4 5 工作原理 几个重要概念 跳频器 FH通信的特点 FH通信系统的主要技术指标
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1 工作原理 一、跳频技术的概念
跳频/扩频（Frequency Hopping/Spreading Spectrum－FH/SS）技术是将传统的窄带调制信 号的载波频率在一个由伪随机序列控制下进行离 散跳变，从而实现频谱扩展的扩频技术。 FH技术以其优良的抗干扰性能和多址组网性能 在军事无线电抗干扰通信、民用移动通信、现代 雷达和声纳等电子系统中获得应用。
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跳频通信技术
1 工作原理
三、 FH/SS的基本工作原理
信号的带宽与功率谱
BFSK信号的带宽B=2Δf=1/Tb=Rb是一个窄带信号，而 FH/BFSK信号占据带宽Wss= 2LB。 同DS的瞬时宽带频谱不一样，跳频信号在每一瞬间是 窄带信号，但在一个足够长时间看为宽带信号。 跳频信号每个频率点上具有相同的功率。
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跳频通信技术
1 工作原理
三、 FH/SS的基本工作原理
FH系统的关键是同步。
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工作原理 FH/SS通信系统中的几个重要概念 跳频器 FH通信的特点 FH通信系统的主要技术指标
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t 0 f T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T
t 0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T
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t 0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T
跳频信号
干扰信号
跳频信号被压制