广播知识 跳频通信技术

跳频是最常用的扩频方式之一，是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式。也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化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，也是一种码控载频跳变的通信系统。

跳频通信技术的由来

跳频信号的发明极其具有传奇色彩。1940年，海蒂·拉玛与安塞尔由电子钢琴音符的跳动产生灵感，通过信号频率跳变隐藏通信信号，并由此发明了能够抵挡电波干扰的军事通讯系统，它就是“跳频通信技术”，也就是CDMA的前身。海蒂·拉玛曾是艳绝一时的明星，被称为“世界上最美丽的女人”，而她的另一个身份是一位女发明家，她与伙伴合作发明了“跳频通信技术”，被广泛用于今天的手机、卫星通讯和无线互联网，她也由此而被后世尊为“CDMA之母”。

跳频通信技术的原理和优点

跳频通信的原理：它是在普通无线电短波通信基础上增加一个“码控跳频器”，它的主要作用是使跳频通信发射的载波按一定规则的随机跳变序列发生变化。实现跳频通信的关键是：收发双方受伪随机码控制的、用来改变载频频率的本振频率必须严格同步。

跳频通信系统模块

跳频通信具体的实现过程如上图所示：在跳频通信中，收发双方具有相同的跳频序列，发送端利用此跳频序列最终控制产生按照一定规律不断跳变的载波频率，从而使得所发送的信号能够不断跳变；接收端在接收到来自发送端的该信号后，采用相同跳频序列所控制的跳变速度和规律，对该信号进行解调，从而实现数据通信。

跳频通信的优点：

相比于传统的定频信号，跳频信号主要有以下优点：

1.抗干扰能力强：宽频带范围内，不同时刻频率不断跳变。

2.低截获概率：跳频信号载频是不断跳变的，以及跳频序列的伪随机性。

3.易组网：能实现多址通信，不同用户被分配的地址码不同。

4.宽频带：占用信号频带宽（信号传输所使用的射频带宽是原信号带宽的几十倍、几百倍以至几千倍），保证信息传输的可靠性。

跳频通信技术的分类

按跳频频率可分为：快速跳频和慢速跳频

当跳频频率高于信元码率时，称作快速跳频；当跳频频率低于信元码率时，称作慢速跳频。

快速跳频抗干扰能力极强，基本上认为是不可被破解的，但系统成本较高，目前只用在军事通信领域。

慢速跳频的特点是按照固定的间隔改变一个信道使用的频率，收发频率为双工频率，相对来说实现简单。

按跳频方式可分为：常规跳频和自适应跳频

通信收发双方的跳频图案是事先约好的，同步地按照跳频图案进行跳变，这种跳频方式称为常规跳频。随着现代战争中的电子对抗越演越烈，在常规跳频的基础上又提出了自适应跳频，它增加了频率自适应控制和功率自适应控制两方面。

跳频通信技术的关键技术

1、同步技术

与一般的数字通信系统一样，跳频系统要求实现载波同步、位同步、帧同步。此外，由于跳频系统的载频按伪随机序列变化，为了实现电台间的正常通信，收发信机必须在同一时间跳变到同一频率。跳频系统对同步有两个基本要求：一是同步速度快，二是同步能力强。跳频电台的同步方法有精确时钟法、同步字头法、自同步法、FFT捕获法、自回归谱估计法等等。

2、跳频频率合成器

频率合成器是跳频系统的心脏，跳频系统的快慢取决于频率合成器换频时间的快慢，跳变频率的总数和跳频速率决定了系统的能力。

市场大多数跳频电台中使用的频率合成器采用的是锁相环（PLL）频率合成技术，但是该技术的频率转换速度已经接近其极限，要进一步改善的技术难度越来越大，而且分辨率较低。为了能够进一步提高跳频速率，提出了直接式数字频合器(DDS）。它采用全数字技术，具有频率分辨率高，频率转换时间快，输出频率可以很高而且稳定性好，相位噪声低等优点，可满足快速跳频电台对频率合成器的要求。

3、跳频图案

跳频频率的跳变是由跳频图案决定的，跳频图案反映了通信双方信号载波频率的规律，保证了通信方发送频率有规律可循。跳频图案通过长周期的伪随机序列控制，使敌方很难预测出来，线性伪随机序列和非线性码序列都可用于跳频图案。

4、跳频电台的组网

跳频电台在实际应用中通常要组成跳频通信网，以实现网中的任何两个通信终端均能够做到点到点的正常通信。组网除了要避免近端对远端的干扰、码间干扰、电磁干扰等其它干扰以及由系统引起的热噪声等噪声干扰以外，还要注意避免由组网引起的同道干扰、邻道干扰、互调干扰、阻塞干扰等。采用跳频的多址通信网具有很多优点：如抗干扰能力强，低截获概率，低检测概率，对频率选择性衰落有很好的抑制作用等等。

跳频通信技术的发展

随着跳频技术的不断发展，其应用也越来越广泛，战术电台中采用跳频技术的主要目的是提高通信的抗干扰能力。早在70 年代，就开始了对跳频系统的研究，现已开发了跳频在VHF 波段(30—300MHz）的低端30—88MHz、UHF波段(300MHz 以上）以及HF 波段(1.5—30MHz)的应用。随着研究的不断深入，跳频速率和数据数率也越来越高，现在美国Sanders 公司的CHESS 高速短波跳频电台已经实现了5000跳/秒的跳频速率，最高数据数率可达到19200bps。此外，CHESS跳频电台与一般的跳频电台还有所不同，它以DSP 为基础，采用了差动跳频（DFH)技术。通过现代数字处理技术，CHESS跳频电台较好解决了短波系统带宽有限(导致数据速率低的原因)、信号间相互干扰、存在多径衰落等的问题。同时，它的瞬时信号带宽很窄，对其它信号的影响很小。可以看到，实现更高跳速、更高数据速率的跳频电台正是跳频通信系统的未来发展方向。

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