跳頻組網(wǎng)及自適應跳頻

跳頻組網(wǎng)及自適應跳頻第1頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1一、跳頻網(wǎng)絡拓撲結構1.網(wǎng)絡拓撲結構

網(wǎng)絡拓撲結構：星形(a)、環(huán)形(b)、網(wǎng)形(c)、樹形(d)和總線形(e)，如圖示:第2頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月2網(wǎng)絡拓撲結構(a)星形網(wǎng)：星形網(wǎng)中心節(jié)點為控制節(jié)點，任意兩節(jié)點間的通信最多只要兩步。

優(yōu)點：傳送平均延時小、結構簡單、建網(wǎng)容易。

缺點：可靠性低、中心節(jié)點易成為網(wǎng)絡的瓶頸，一旦故障將導致整個網(wǎng)絡癱瘓。主要適用于集中控制系統(tǒng)。第3頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月3網(wǎng)絡拓撲結構(b)環(huán)形網(wǎng)：環(huán)形網(wǎng)為一個封閉的環(huán)形，各節(jié)點通過中繼器連入網(wǎng)內，各中繼器間由點到點鏈路首尾連接，信息沿環(huán)路單向傳送。

優(yōu)點：簡化路徑選擇的控制、可靠性高、當網(wǎng)絡確定后，延時固定不變，實時性強。

缺點：不便于擴充、節(jié)點較多時，影響傳輸率。第4頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月4網(wǎng)絡拓撲結構(c)網(wǎng)形網(wǎng)：網(wǎng)形網(wǎng)也稱全可聯(lián)形或者分布式結構，節(jié)點之間有多條路徑可供選擇，具有較高的可靠性。

優(yōu)點：通信速度快、網(wǎng)絡可靠性高。

缺點：建網(wǎng)投資大、靈活性差。第5頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月5網(wǎng)絡拓撲結構(d)樹形網(wǎng)：樹形網(wǎng)是天然的分級結構。

優(yōu)點：相對于星形網(wǎng)，節(jié)點擴充靈活，尋徑比較方便。

缺點：除葉節(jié)點及其相連的線路外，非主節(jié)點或其相連的線路出現(xiàn)故障都會使網(wǎng)絡局部受到影響，且一旦主節(jié)點發(fā)生故障會導致整個網(wǎng)絡癱瘓。適用于分級控制系統(tǒng)，在軍事上有廣泛應用。第6頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月6網(wǎng)絡拓撲結構(e)總線形網(wǎng)：總線形網(wǎng)中的各個節(jié)點連接在一條總線上。

優(yōu)點：結構簡單、節(jié)點擴展靈活方便。

缺點：網(wǎng)絡對總線本身的故障比較敏感，一旦總線某個部位開路，可造成整個網(wǎng)絡癱瘓。第7頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月7跳頻網(wǎng)絡拓撲結構2.跳頻網(wǎng)絡拓撲結構為了在強干擾環(huán)境中實現(xiàn)有效的通信，并避免己方電臺之間的互相干擾，必須合理組網(wǎng)。跳頻通信電臺組網(wǎng)，一般采用樹形拓撲結構。第8頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月8二、跳頻組網(wǎng)方式1.跳頻組網(wǎng)分類

跳頻通信裝備的組網(wǎng)，主要包括頻分組網(wǎng)和碼分組網(wǎng)兩大類。

頻分組網(wǎng)：不同的跳頻網(wǎng)絡使用不同的跳頻頻率。實現(xiàn)方法：（1）將工作頻段劃分為多個分頻段，不同的跳頻網(wǎng)絡工作在不同的分頻段；（2）在全頻段內選取頻率，但各跳頻網(wǎng)絡的跳頻頻率表彼此沒有相同的頻率。

碼分組網(wǎng)（跳頻序列不同）：所有跳頻網(wǎng)絡在相同的跳頻頻率表上跳頻，不同的跳頻網(wǎng)絡使用不同的跳頻序列，依靠跳頻序列的正交性或準正交性來區(qū)分不同的跳頻網(wǎng)絡。

第9頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月9跳頻組網(wǎng)分類實際應用中通常將頻分組網(wǎng)和碼分組網(wǎng)結合使用。首先，在可用的工作頻段上按照頻分組網(wǎng)方式編制出多個跳頻頻率表，將跳頻網(wǎng)絡數(shù)量基本均分在各跳頻頻率表上。然后，在各跳頻頻率表上進行跳頻碼分組網(wǎng)。

第10頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月10跳頻組網(wǎng)分類這樣安排的優(yōu)點：可以充分利用頻率資源不同的跳頻頻率表上的跳頻網(wǎng)絡之間基本不存在相互干擾，同一個跳頻頻率表上的跳頻網(wǎng)絡之間的相互干擾可大大減少可增加敵方偵查分選和跟蹤干擾的難度第11頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月11跳頻組網(wǎng)分類（1）根據(jù)是否具有統(tǒng)一的時間基準，跳頻碼分組網(wǎng)方式可分為同步組網(wǎng)和異步組網(wǎng)。（2）根據(jù)跳頻序列的漢明相關性能，跳頻碼分組網(wǎng)方式可分為正交組網(wǎng)和非正交組網(wǎng)。綜合考慮上述兩種情況可知，跳頻碼分組網(wǎng)方式有：同步正交組網(wǎng)同步非正交組網(wǎng)異步非正交組網(wǎng)第12頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月12同步正交組網(wǎng)2.同步正交組網(wǎng)

所有的網(wǎng)在統(tǒng)一的時鐘下使用同一個跳頻頻率表進行同步跳頻，在每個時刻，不同的網(wǎng)絡發(fā)射彼此互不相同的頻率。不同的網(wǎng)絡通常使用不同的跳頻序列，在每個時刻，不同的網(wǎng)絡發(fā)射彼此互不相同的頻率，如表1-1所列。不同的網(wǎng)絡也可以使用同一個跳頻序列（同一跳變規(guī)律），但在時間上必須是錯開的，如表1-2所列。第13頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月13同步正交組網(wǎng)第14頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月14同步正交組網(wǎng)部分觀點認為，同步正交組網(wǎng)必定如表1-2一樣使用同一個跳頻序列。這是片面的，如果存在傳輸延時，網(wǎng)絡之間的相互干擾將很大。實際上，表1-1中使用不同跳頻序列實現(xiàn)同步正交組網(wǎng)的效果更好，即使存在時間上的延時，網(wǎng)絡之間的相互干擾也很小。第15頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月15同步正交組網(wǎng)同步正交組網(wǎng)的特點：組網(wǎng)數(shù)量：通常小于跳頻頻率數(shù)，但仍遠大于異步組網(wǎng)的數(shù)量。建網(wǎng)速度：建網(wǎng)速度較慢，建立過程時間長。同步保持：必須依靠跳頻網(wǎng)絡間時鐘信息的頻繁交換來實現(xiàn)，難度較大。網(wǎng)間干擾：不存在跳頻網(wǎng)絡之間的相互干擾（不存在時延時）。第16頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月16同步正交組網(wǎng)抗偵察性：在任一時刻，各個網(wǎng)絡在所有頻率中選擇發(fā)射互不相同頻率，使得敵方偵察接收機難以確定跟蹤干擾對象?？垢蓴_性：只要阻塞跳頻頻率表中約1/3的頻率，就可以有效干擾所有跳頻網(wǎng)?？棺枞蓴_能力較差。安全性能：對于使用表1-2中的正交跳頻序列族的跳頻網(wǎng)（使用同一個跳頻序列，但在時間上頻率錯開），如果有一部參數(shù)未清除的電臺落入敵方手中，則敵方可監(jiān)聽我方所有的跳頻網(wǎng)，非常危險，安全性不好。因此，應當使用表1-1那樣的正交序列族（使用不同的跳頻序列）。實現(xiàn)難度：需要高精度的時間基準，實現(xiàn)難度很大。第17頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月17同步非正交組網(wǎng)3.同步非正交組網(wǎng)

所有的網(wǎng)在統(tǒng)一的時鐘下使用同一個跳頻頻率表進行同步跳頻，不同的網(wǎng)絡通常使用不同的跳頻序列，但是，在某些時刻，不同的網(wǎng)絡有可能發(fā)射相同的頻率，如表1-3所列。在同步組網(wǎng)時，如果允許不同網(wǎng)絡之間存在一定的碰撞次數(shù)，則可設計出更多的跳頻序列，分配給更多的網(wǎng)絡使用。例如，表1-3中的每一個跳頻序列的所有移位序列，都可以分配給不同的網(wǎng)絡使用，如表1-4所列。第18頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月18同步非正交組網(wǎng)第19頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月19同步非正交組網(wǎng)第20頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月20同步非正交組網(wǎng)

并不是所有網(wǎng)絡能夠同時工作，如果同時工作，每個網(wǎng)絡在任意時刻總會遇到其他網(wǎng)絡的干擾。例如，對于表1-4中的序列1a，在時刻0將會遇到序列2a，3a，4a，5a，6a的碰撞，在時刻1將會遇到序列2d，3e，4b，5c，6f的碰撞，在時刻2將會遇到序列2g，3b，4c，5e，6d的碰撞……，在時刻6將會遇到序列2e，3d，4g，5f，6c的碰撞。這樣每一時刻都有碰撞。第21頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月21異步非正交組網(wǎng)4.異步非正交組網(wǎng)異步組網(wǎng)時，系統(tǒng)中沒有統(tǒng)一的時間基準。由于各網(wǎng)互不同步，因而會產(chǎn)生網(wǎng)間頻率碰撞。不過，只要跳頻序列設計得好，可使頻率碰撞的次數(shù)控制在允許的限度內，各網(wǎng)仍可正常工作。第22頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月22異步非正交組網(wǎng)異步組網(wǎng)的特點：組網(wǎng)數(shù)量：約為跳頻頻率數(shù)的1/3。在最大組網(wǎng)數(shù)量時，抗干擾能力較低。建網(wǎng)速度：各跳頻網(wǎng)之間沒有時間約束，建網(wǎng)速度快。同步保持：不需要各跳頻網(wǎng)之間保持同步，只需網(wǎng)內保持同步即可，同步保持相對容易。第23頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月23異步非正交組網(wǎng)網(wǎng)間干擾：跳頻頻率表相同，沒有統(tǒng)一時間基準，多個網(wǎng)絡可能在同一時間跳變到同一個頻率，形成互相干擾。隨著網(wǎng)絡數(shù)量增加，互相干擾增大?？箓刹煨裕嚎箓刹煨阅懿蝗缤浇M網(wǎng)?？垢蓴_性：抗跟蹤干擾能力不如同步組網(wǎng)，抗阻塞干擾能力與同步組網(wǎng)相當。安全性能：不同的跳頻網(wǎng)使用不同的跳頻序列，如果丟失一部電臺，只對該電臺所在網(wǎng)絡構成威脅，對其他跳頻網(wǎng)不構成威脅。實現(xiàn)難度：對定時精度要求低，實現(xiàn)難度小。第24頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月24異步非正交組網(wǎng)對于異步組網(wǎng)時多個網(wǎng)絡之間的干擾的推導：q——每個網(wǎng)絡可供跳頻的頻率；1/q——一個干擾出現(xiàn)在跳頻網(wǎng)的一個頻率上的概率；U——同時工作的網(wǎng)絡數(shù)。則其他U-1個網(wǎng)絡都是干擾源。至少有一個干擾出現(xiàn)在網(wǎng)絡頻率上的概率：

（1-1）

第25頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月25異步非正交組網(wǎng)跳頻系統(tǒng)中，多個網(wǎng)絡在同一個頻段上獨立地跳頻，設調制方式為FH/BFSK。如果兩個網(wǎng)絡沒有同時使用同一個頻率，則比特差錯率（即2FSK的誤碼率）為：

（1-2）第26頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月26異步非正交組網(wǎng)如果兩個網(wǎng)絡同時使用同一個頻率，發(fā)生了碰撞，則可以合理的假設由此造成在該頻率上的錯誤概率為0.5。因此，總的比特差錯率為：

（1-3）式中——碰撞概率。第27頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月27異步非正交組網(wǎng)將式（1-1）代入式（1-3），得

（1-4）假設頻率數(shù)目q非常大，則有（1-5）第28頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月28異步非正交組網(wǎng)因此，比特差錯率約為

（1-6）

當只有一個網(wǎng)絡用戶在工作時，U=1，比特差錯率簡化為式（1-2），這是BFSK調制方式的比特差錯率。第29頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月29異步非正交組網(wǎng)如果非常大，有

（1-7）第30頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月30同步組網(wǎng)的時基同步5.同步組網(wǎng)的時基同步標準時基同步法（外基準同步法）：網(wǎng)絡中所有節(jié)點的時鐘基準都依靠該節(jié)點接收到的外來基準時鐘信號，用鎖相環(huán)路將本地節(jié)點時鐘鎖定到外來基準時鐘信號上，以實現(xiàn)和維持各網(wǎng)之間的定時同步。主從同步法（分級同步法）：首先由上級網(wǎng)中的主臺先完成該網(wǎng)各屬臺的跳頻同步，然后各屬臺按相同的方法完成各自下屬臺的跳頻同步。

第31頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月31同步組網(wǎng)的時基同步主從同步法示意圖：第32頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月32同步組網(wǎng)的時基同步主從同步法的優(yōu)缺點：優(yōu)點：單向傳輸控制，實現(xiàn)相對簡單，成本較低，特別適合于星形或者樹形網(wǎng)絡結構。缺點：一旦節(jié)點的基準時鐘失效，將會導致整個網(wǎng)絡或者局部失去同步能力，因此需要設置備份基準時鐘。第33頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月33三、跳頻組網(wǎng)過程1.跳頻工作狀態(tài)及其轉移關系跳頻通信電臺通常有8種工作狀態(tài)：掃描狀態(tài)呼叫設置狀態(tài)發(fā)送呼叫狀態(tài)定頻通信狀態(tài)遲入網(wǎng)申請狀態(tài)收到遲入網(wǎng)申請信息狀態(tài)發(fā)送遲入網(wǎng)引導狀態(tài)跳頻通信狀態(tài)第34頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月34跳頻工作狀態(tài)及其轉移關系圖1-3為一種轉換方法實例：第35頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月35呼叫2.呼叫跳頻網(wǎng)呼：一部電臺呼叫本網(wǎng)或者其他網(wǎng)內的所有電臺，實現(xiàn)跳頻通信。如圖1-4,1-5所示。跳頻選呼：某一部電臺呼叫本網(wǎng)內的另一部電臺，實現(xiàn)跳頻通信。如圖1-6所示。定頻呼叫：跳頻電臺可以工作在定頻通信狀態(tài)，在選定的信道上與定頻電臺進行通信。第36頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月36呼叫第37頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月37呼叫第38頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月38呼叫第39頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月39遲入網(wǎng)3.遲入網(wǎng)三種入網(wǎng)方式：主動申請遲入網(wǎng)被動牽引遲入網(wǎng)勤務同步遲入網(wǎng)有的跳頻電臺采用其中一種遲入網(wǎng)方式，有的跳頻電臺采用多種遲入網(wǎng)方式。第40頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月40遲入網(wǎng)1）主動申請遲入網(wǎng)：未進入跳頻通信網(wǎng)內工作的電臺主動發(fā)出入網(wǎng)申請，再由網(wǎng)內電臺發(fā)送遲入網(wǎng)引導信號的入網(wǎng)方式。其過程分為4個階段：發(fā)送遲入網(wǎng)申請信息階段收到遲入網(wǎng)申請信息階段發(fā)送遲入網(wǎng)引導信息階段遲入網(wǎng)建立狀態(tài)階段第41頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月41遲入網(wǎng)2）被動牽引遲入網(wǎng)：網(wǎng)內電臺在組網(wǎng)后通過點名方式發(fā)現(xiàn)有未入網(wǎng)電臺，通過遲入網(wǎng)功能，引導未入網(wǎng)電臺進入通信網(wǎng)的一種遲入網(wǎng)方式。

工作過程：未入網(wǎng)電臺處于掃描狀態(tài)，網(wǎng)內電臺在跳頻通信狀態(tài)下，直接發(fā)送遲入網(wǎng)引導信號，未入網(wǎng)電臺被牽引進入跳頻通信網(wǎng)。第42頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月42遲入網(wǎng)3）勤務同步遲入網(wǎng)：未入網(wǎng)電臺既不主動申請，網(wǎng)內電臺又不點名，而是通過接收跳頻數(shù)據(jù)流中插入的勤務同步信息實現(xiàn)遲入網(wǎng)的一種遲入網(wǎng)方式。

工作過程：

所有網(wǎng)內電臺在正常的跳頻通信過程中，每隔一定的時間，在預定的勤務頻率上發(fā)送勤務同步信息，未入網(wǎng)電臺在預定的勤務頻率上搜索跳頻數(shù)據(jù)流中插入的勤務同步信息。未入網(wǎng)電臺接收到的所有必需的同步信息后，調整實時時鐘，就實現(xiàn)了遲入網(wǎng)。

值得指出的是，有的跳頻電臺沒有采用任何遲入網(wǎng)方式，因此不能實現(xiàn)遲入網(wǎng)。第43頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月43四、跳頻參數(shù)管理1.跳頻參數(shù)管理的作用實現(xiàn)跳頻通信裝備的協(xié)同互通避免跳頻通信網(wǎng)絡的相互干擾

頻率選擇需要滿足以下條件：1）禁止選用與當?shù)貜V播電臺、電視臺一致的頻率2）在制定跳頻頻率表時應為常規(guī)電臺留出保護頻段3）同一臺車內的幾部電臺同時工作時，彼此的頻率間隔應大于最高工作頻率的10%；當最高工作頻率低于50MHz時，頻率間隔應不小于5MHz4）最好與敵方使用相同的頻段，可以避免敵方施放干擾提高跳頻通信網(wǎng)絡的整體性能第44頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月44跳頻參數(shù)管理的內容2.跳頻參數(shù)管理的內容

跳頻參數(shù)包括跳頻時間參數(shù)和跳頻信道參數(shù)。跳頻時間參數(shù)：就是實時時間TOD，可以是絕對時間，也可以是相對時間。TOD主要有兩個作用：1）用于跳頻同步；2）參與跳頻序列的運算。跳頻信道參數(shù)：包括跳頻頻率參數(shù)、跳頻序列參數(shù)、跳頻網(wǎng)絡參數(shù)和跳頻速率參數(shù)。第45頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月45跳頻參數(shù)管理的內容跳頻頻率參數(shù)：就是跳頻頻率表。跳頻序列參數(shù)：包括跳頻密鑰和跳頻序列產(chǎn)生算法控制參數(shù)。跳頻網(wǎng)絡參數(shù)：包括組網(wǎng)數(shù)量、網(wǎng)號（鏈路號）、臺號（站號）、互通關系、互通權限等。跳頻速率參數(shù)：跳頻通信裝備通常有幾種跳頻速率可供選擇使用，不同單位、不同時期研制生產(chǎn)的跳頻通信裝備在跳頻速率方面也有差異。第46頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月46跳頻參數(shù)管理的設備3.跳頻參數(shù)管理的設備

跳頻參數(shù)管理設備是跳頻通信裝備戰(zhàn)場統(tǒng)一管理的平臺，通常包括跳頻參數(shù)管理終端、跳頻參數(shù)注入器和配套的跳頻參數(shù)分配器。如圖1-7所示。第47頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月47跳頻參數(shù)管理的設備管理終端的作用：主要解決戰(zhàn)術想定、已有資源與跳頻通信裝備之間的匹配問題。分配器的作用：主要解決跳頻通信參數(shù)的快速分發(fā)和注入器的維護保存等問題。注入器的作用：主要用于解決操作員快速開通跳頻通信裝備的問題。第48頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月48跳頻參數(shù)管理的實施4.跳頻參數(shù)管理的實施跳頻參數(shù)管理設備的使用步驟：明確需求資源獲取參數(shù)規(guī)劃參數(shù)分配參數(shù)注入第49頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月49多臺同車的跳頻參數(shù)管理5.多臺同車的跳頻參數(shù)管理多臺同車帶來的問題：由于各個電臺屬于不同的網(wǎng)絡，使用不同的跳頻序列，跳頻序列之間會發(fā)生頻率重合干擾；一部電臺在發(fā)射時，其發(fā)射功率將堵塞處于接收狀態(tài)的其他電臺，使接收機性能顯著下降，甚至擊穿接收機前端，造成通信中斷。第50頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月50多臺同車的跳頻參數(shù)管理

解決多臺同車問題的辦法：分頻段跳頻，提供一定的保護頻段。如英國Jaguar-V電臺，如圖1-8所示。第51頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月51多臺同車的跳頻參數(shù)管理幾種典型跳頻電臺的多臺同車工作技術指標：型號生產(chǎn)廠家工作頻段與跳頻方式多臺同車性能RF-3090美國Harris30MHz~90MHz內劃分12個分頻段，每個分頻段5MHz，在分頻段上跳頻多部電臺相隔15MHz（跨越3個分頻段），天線相距1.3m，可以跳頻工作Jaguar-V英國Racal30MHz~88MHz內劃分9個頻段，每個分頻段6.4MHz，在分頻段上跳頻在同一分頻段內跳頻，天線相距必須大于100m；在相鄰分頻段內跳頻，天線相距必須大于20m；相隔1個分頻段跳頻，天線相距2mScimitar-V英國Marconi30MHz~88MHz內全頻段跳頻，每張?zhí)l頻率表有256個頻率，可組成9個頻分網(wǎng)，然后在每一張?zhí)l頻率表上進行同步組網(wǎng)，理論上可組成9x256=2304個網(wǎng)精心安排選擇跳頻頻率表，多臺同車性能每一瞬時都與定頻多臺同車性能相同PR4G法國Thomson-CSF30MHz~88MHz內分頻段跳頻裝有減少共扯干擾的跳頻濾波器。天線相距大于1.5m，頻率偏移5%~9%，幾部電臺可以安裝在同一輛車內，不會產(chǎn)生相互干擾。天線間的非耦合值為20dB，頻率偏移5%~9%，幾部電臺可以安裝在同一架飛機內，不會產(chǎn)生相互干擾第52頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月52五、跳頻通信系統(tǒng)的密鑰槍1.概念密鑰槍是與跳頻電臺相配套使用的一個獨立的通信部件通過與計算機或跳頻電臺之間進行數(shù)據(jù)傳輸來完成跳頻保密信息的接收、存儲和轉發(fā)，同時對于外界具有保密性第53頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月53密鑰槍的傳輸格式2.密鑰槍的傳輸格式1）跳頻加密文件的傳輸格式：跳頻加密文包括4個傳輸標志S1~S4、4個用戶輸入密鑰KEY1~KEY4及4個所用頻率集。跳頻加密文件的具體結構如圖1-9示。第54頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月54密鑰槍的傳輸格式

如圖示，傳輸標志S1～S4各占一個字節(jié)；用戶輸入密鑰KEY1～KEY4均為64個比特，共占32個字節(jié)；頻率集1～頻率集4中的頻率數(shù)根據(jù)用戶的選擇可以為128個或64個，每個頻率值占2個字節(jié)，以BCD碼的形式存放，低位在前，高位在后。例如：1234這個頻率值存放的格式如圖1-10所示。

第55頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月55密鑰槍的傳輸格式2）數(shù)據(jù)幀的傳輸格式密鑰槍與計算機或跳頻電臺之間以幀的形式傳輸數(shù)據(jù)時，要將傳輸幀頭、傳輸幀的長度、系統(tǒng)標準時間以及校驗位等信息與數(shù)據(jù)文件一起按照固定的幀格式進行傳輸，具體傳輸?shù)膸袷揭妶D1-12。如圖所示，第一個數(shù)據(jù)11000100(C4H)為幀頭，占1字節(jié)；DNL與DNH分別是傳輸幀長（即幀的總字節(jié)數(shù)，但不包括幀頭的一個字節(jié)）的低位字節(jié)和高位字節(jié)；秒，分，時，日，月，年為系統(tǒng)標準時鐘，共占6個字節(jié)；數(shù)據(jù)文件為用戶選擇的跳頻加密文件或話音加密文件，所占字節(jié)數(shù)根據(jù)所選情況而定。最后兩個字節(jié)是CRC校驗字節(jié)，通過它對不包括幀頭的幀的全部字節(jié)進行校驗，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_無誤。第56頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月56密鑰槍的通信協(xié)議2.密鑰槍的通信協(xié)議1）計算機向密鑰槍發(fā)送數(shù)據(jù)幀的通信協(xié)議

第57頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月57密鑰槍的通信協(xié)議2）密鑰槍向電臺發(fā)送數(shù)據(jù)幀的通信協(xié)議

第58頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月58密鑰槍的硬件構成與實現(xiàn)3.密鑰槍的硬件構成與實現(xiàn)密鑰槍的硬件構成：密鑰槍的硬件構成主要包括AT89C51單片機、MAX232電平轉換器、SN74LS373鎖存器、DS1643帶電RAM、POW7805穩(wěn)壓器、IMP811復位信號產(chǎn)生器等器件。整體硬件框圖如圖1-15所示。

密鑰槍的硬件實現(xiàn)思想：根據(jù)用戶輸入選擇而形成的數(shù)據(jù)幀經(jīng)過計算機的串行口輸入到密鑰槍中。經(jīng)過電平轉換器MAX232后進入單片機的輸入串口RXD，單片機在對數(shù)據(jù)幀進行CRC校驗之后，將它們按照地址存入DS1643中；當密鑰槍向跳頻電臺傳輸數(shù)據(jù)時，單片機按照地址依次從DS1643中取出數(shù)據(jù)并加上CRC校驗字節(jié)，再經(jīng)過輸出串口TXD傳輸給跳頻電臺的串行接口。第59頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月59密鑰槍的硬件構成與實現(xiàn)第60頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月60自適應跳頻通信技術概述自適應跳頻關鍵技術短波自適應跳頻通信技術藍牙自適應跳頻技術第61頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月61一、概述1.基本概念：

跳頻通信是通信雙方按相同規(guī)律（跳頻序列）改變通信頻率的一種通信方式。廣義自適應技術：頻率自適應功率自適應速率自適應自適應調零天線技術第62頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月62基本概念廣義自適應跳頻技術，采用前面所述的頻率自適應、功率自適應、自適應數(shù)據(jù)傳輸速率、自適應調零天線、自適應調制解調、自適應均衡等技術。狹義上，自適應跳頻主要是指頻率自適應。第63頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月63基本概念自適應跳頻類型：一是在跳頻同步建立前，通信雙方首先在預定的頻率表中，通過自適應選頻功能選出好的頻率作為跳頻中心頻率生成跳頻頻率表進行跳頻；二是在跳頻同步建立前，通信雙方首先在預定的頻率表中，通過自適應技術選出好頻率生成新的跳頻頻率表進行跳頻；三是跳頻通信過程中，自動進行頻譜分析，不斷將壞頻率從跳頻頻率表中剔除，將好頻率增加到頻率表中，以提高通信系統(tǒng)的抗干擾性能并盡可能增加系統(tǒng)的隱蔽性。此技術是最常用的自適應跳頻技術。第64頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月64基本概念自適應跳頻技術特點：智能化程度高，避免了壞頻率的重復出現(xiàn)，抗干擾性能更好，傳輸數(shù)據(jù)時誤碼率更低，可通率得到提高；和寬帶跳頻結合起來，可大大提高抗干擾性能；由于需要搜索較多的信道，因此所需時間較長；組網(wǎng)時操作過程復雜，確定可用頻率的時間較長。第65頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月65自適應跳頻系統(tǒng)的結構2.自適應跳頻系統(tǒng)的結構第66頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月66自適應跳頻通信過程簡介3.自適應跳頻通信過程簡介頻率分析

對信道質量進行評估，刪除干擾頻率，并使雙方頻率表一致。通信鏈路建立

發(fā)射功率最大，建立跳頻同步。通信保持

干擾頻率去除，并保證跳頻序列同步，以最小的發(fā)射功率保證雙方可靠通信。第67頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月67二、自適應跳頻關鍵技術1.實時信道評估技術（誤碼率和信噪比評估）門限誤碼率判決準則應用于功率自適應控制時，由猝發(fā)干擾或其他原因引起的瞬間高誤碼率應該從誤碼率計算中去除。應用于頻率自適應控制時，注意避免偶爾猝發(fā)干擾而被認定為是被干擾信道，從而作為壞頻率從跳頻頻率表中去除。實時誤碼率測定誤碼率可在頻率分析階段評估，也可在通信過程中評估（用一定的已知信息）。第68頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月68頻率自適應控制技術2.頻率自適應控制技術1）跳頻頻率表的配置（兩種方法）一種是將頻率分為使用頻率和備用頻率；另一種是將全部頻率組成一個跳頻頻率表。2）跳頻頻率表的更新根據(jù)信道評估結果，收方通過反饋信道，要求發(fā)方更換壞頻率，雙方使用更新后的頻率表。第69頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月69頻率自適應控制技術3）主要技術指標：

常規(guī)跳頻通信系統(tǒng)技術性能參數(shù)：跳頻速率、跳頻帶寬、跳頻頻率表、跳頻序列、跳頻增益、跳頻同步方式、時間、概率（漏同步、假同步）等。除以上參數(shù)外，還應考慮：每個受干擾頻率的處理時間、最多能處理的受干擾頻率數(shù)、抗阻塞干擾能力。第70頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月70頻率自適應控制技術（1）每個受干擾頻率的平均處理時間

處理時間均值為：

（2-1）

其中表示受干擾的頻率數(shù)。

第71頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月71頻率自適應控制技術可分為3個部分：受干擾頻率的檢測與估計時間、報告信令正確傳輸時間和應答信令正確傳輸時間，所以有

（2-2）第72頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月72頻率自適應控制技術跳頻頻率表中每個頻率出現(xiàn)的概率為1/q,所以每個頻率受干擾的檢測與估計平均時間近似為（2-3）式中——頻率表中的頻率數(shù)目；——跳頻周期；——對某個頻率的觀察次數(shù)。

所有頻率觀察k次，才能保證一個頻率觀察K次，因跳頻頻率表中每個頻率等概出現(xiàn)（為1/q）。第73頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月73頻率自適應控制技術在干擾報告信令傳輸中，由于只要一跳收到即可，能容忍的最多受干擾頻率數(shù)為q-1，所以的最大值約為（跳頻周期）（2-4）

第74頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月74頻率自適應控制技術由于應答信令傳輸過程及機理與報告信令類似，所以有（2-5）（2-6）(2-7)當K=3，q=64時，=4ms時，。第75頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月75頻率自適應控制技術當頻率集中只有一個頻率受到干擾時，得到的最小值當K=3，q=64時，。第76頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月76頻率自適應控制技術由于跳頻圖案的遍歷性，假設跳頻序列中相鄰時間兩個頻率不重復，根據(jù)式（2-2）可以得出(2-8)由式（2-8），對于不同的受干擾頻率點數(shù)，完成每個頻率自適應處理所需要時間如圖2-2所示。第77頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月77頻率自適應控制技術第78頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月78頻率自適應控制技術（2）最多能處理的受干擾頻率數(shù)

(2-9)頻率表中只要有一個無干擾頻率，即可在該頻率上進行“單跳頻”通信。這只是一個理論值或理想值，對實際中的有

（2-10）第79頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月79頻率自適應控制技術（3）抗阻塞干擾能力

用系統(tǒng)誤碼率改善倍數(shù)（誤碼率增益）和抗阻塞干擾門限值來衡量。為能處理的受干擾頻率數(shù)。經(jīng)頻率自適應處理后系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤碼率近似為

（2-11）在同樣干擾情況下，常規(guī)跳頻系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤碼率為

（2-12）第80頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月80頻率自適應控制技術

常規(guī)跳頻通信和頻率自適應跳頻通信的穩(wěn)態(tài)誤碼率比較如圖2-3所示（受干擾頻率63個，頻率表頻率64個）。第81頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月81頻率自適應控制技術在同樣阻塞干擾情況下，頻率自適應跳頻誤碼率比常規(guī)跳頻誤碼率改善的倍數(shù)為

（2-13）其變化曲線如圖2-4所示（受干擾頻率63個，頻率表頻率64個）。第82頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月82頻率自適應控制技術第83頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月83頻率自適應控制技術

當時，，，此時系統(tǒng)由于干擾造成的誤碼率為0，只剩下由于傳輸損耗、系統(tǒng)的執(zhí)行損耗等固有因素造成的誤碼率。因此，盡管有很多頻率被干擾，系統(tǒng)也將獲得在無干擾頻率上跳頻通信的效果。第84頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月84頻率自適應控制技術頻率自適應跳頻處理使得常規(guī)跳頻抗阻塞干擾的相對門限值從30%提高到了，改善的倍數(shù)為。從30％可提高到＝63/64=98.4%。抗阻塞干擾能力大幅度提高，可以打破“三分之一頻率干擾”策略。第85頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月85功率自適應控制技術3.功率自適應控制技術

目的：用最小的發(fā)射機輸出功率獲得正常通信效果，以達到極大地降低被有意探測竊聽和測距的概率。第86頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月86功率自適應控制技術功率自適應控制（目的：對付噪聲）原則：比特誤碼率最小原則（達到門限值即可）等信干比（各個頻率上的）原則功率自適應控制策略：同步頭發(fā)送階段：可以用最大額定發(fā)射功率頻率分析和通信階段：根據(jù)門限誤碼率準則進行功率自適應調整。功率自適應控制技術要求：發(fā)射機功率可動態(tài)調整范圍、調整步長、響應時間。第87頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月87自適應跳頻通信協(xié)議4.自適應跳頻通信協(xié)議頻率分析協(xié)議（頻率分析信息的傳輸?shù)龋╂溌方f(xié)議（跳頻同步）通信協(xié)議（同步保持）其他協(xié)議（遲入網(wǎng)等）可靠性、安全性和效率（協(xié)議的頑健性等）第88頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月88三、短波自適應跳頻通信技術1.概述發(fā)展基礎：短波自適應通信技術和短波跳頻通信技術。

現(xiàn)狀：短波自適應跳頻通信系統(tǒng)把普通窄帶頻率自適應系統(tǒng)的自動鏈路建立功能、寬帶擴頻系統(tǒng)的抗干擾能力及低截獲率等優(yōu)勢結合在一起，在改善誤碼率、信噪比等性能方面潛力巨大。

體制發(fā)展：正逐步實現(xiàn)由窄帶模擬跳頻向寬帶數(shù)字跳頻轉變，并重點發(fā)展自適應跳頻技術體制，以提高對抗干擾能力。第89頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月89概述

短波自適應跳頻通信技術較常規(guī)跳頻通信技術的抗干擾能力強，但也存在著一些潛在弱點：頻率易暴露信道搜索時間過長寬帶跳頻問題（還未很好解決）第90頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月90短波自適應通信技術2.短波自適應通信技術短波自適應通信技術通常指實時信道評估技術和自適應技術的結合。較早的短波通信系統(tǒng)：采用電離層探測方法選頻，屬于單一的信道探測系統(tǒng)。

20世紀70年代初：Barry公司研制了寬帶chirp系統(tǒng)，于1976年發(fā)展成為美軍第一代戰(zhàn)術頻率管理系統(tǒng)。

20世紀80年代后：短波自適應通信系統(tǒng)成為主流。源于美國原子彈防御研究所的一項研究計劃。第91頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月91短波自適應通信技術

短波自適應通信系統(tǒng)的核心是短波自動鏈路建立系統(tǒng)，它具有以下特征：通過信令交換，而不是人工呼叫來建立鏈路具有選擇最優(yōu)信道進行呼叫和信道評估功能具有自動信道掃描功能自動地建立短波通信鏈路，降低了對電臺操作員熟練程度的要求第92頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月92短波自適應通信技術典型的短波自動鏈路建立系統(tǒng)：Collins公司的Selscan和ALQA；Harris公司的Autolink和AutolinkII；Siemens公司的CHX-200；RohedeSchwarts公司的ALIS；Tadiran公司的MESA和HF-2000等。第93頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月93短波自適應通信技術在有關短波自動鏈路建立系統(tǒng)實施的標準中，最具權威性的有：美國標FED-STD-1045美軍標MIL-STD-188-141A美軍標MIL-STD-188-141B美軍標MIL-STD-188-141C第94頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月94短波自適應通信技術（1）MIL-STD-188-141A簡介MIL-STD-188-141A和FED-STD-1045被稱為第二代短波自動鏈路建立系統(tǒng)。在MIL-STD-188-141A標準中規(guī)定：自動鏈路建立為短波臺站與其他臺站和網(wǎng)路提供通信鏈路，并可在無操作人員的情況下自動完成。第95頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月95短波自適應通信技術（2）MIL-STD-188-141B簡介1999年，美國國防部推出了第三代短波自動鏈路建立標準MIL-STD-188-141B，該標準在支持第二代標準規(guī)定的話音通信和小型網(wǎng)絡的前提下，有效的支持大規(guī)模、數(shù)據(jù)密集型快速高質量的短波通信系統(tǒng)。第96頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月96短波自適應通信技術MIL-STD-188-141B內容共分為5個方面：鏈路建立管理數(shù)據(jù)流管理數(shù)據(jù)連接管理高速數(shù)據(jù)連接管理低速數(shù)據(jù)連接管理電路連接管理物理層管理第97頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月97短波自適應通信技術

相對于第二代短波自動鏈路建立系統(tǒng)，第三代采用了許多新技術，主要表現(xiàn)在：數(shù)字PSK調制解調方式BW系列波形傳輸呼叫信道的同步掃描將網(wǎng)絡內的電臺劃分為不同的駐留組信道分離時隙信道訪問方式信道使用前采用載波監(jiān)聽技術避免沖突提供了與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的接口第98頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月98短波自適應通信技術第三代短波自動鏈路建立系統(tǒng)的技術特點：波形：BW0~BW4共5種；信道分離；鏈路建立的同步性：提供了異步和同步兩種方式，其中同步模式性能更優(yōu)，延時更??；駐留組劃分：將所有電臺劃分成不同的駐留組；劃分時隙：電臺在一個信道上的駐留時間為4s，分為5個時隙Slot0~Slot4；自動重發(fā)請求協(xié)議；探測信號的作用（兼顧信道質量評估）。第99頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月99短波自適應跳頻過程3.短波自適應跳頻過程根據(jù)簡單的雙狀態(tài)干擾模型，可以成功地把自適應跳頻技術應用到短波通信中。在雙狀態(tài)干擾模型中，每個頻率都可以看作處于兩個狀態(tài)之一，即擁塞狀態(tài)（Bad）和暢通狀態(tài)（Good）。用P(B)表示某一頻率處于擁塞狀態(tài)的概率，P(G)表示處于暢通狀態(tài)的概率。令r=P（B/G）、s=P（G/B）分別表示轉移概率，則這兩種狀態(tài)之間的轉換可以用馬爾科夫鏈來描述，且假設每一頻率狀態(tài)之間的轉換是獨立的。第100頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月100短波自適應跳頻過程no用Q來表示任一頻率上的干擾超過提前設置的門限的概率，則

(2-14)其大小由接收端所定的干擾門限值、信號概率和干擾源概率等因素共同決定。第101頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月101短波自適應跳頻過程no設頻率處于擁塞狀態(tài)的平均時間為，則有

（2-15）

用表示第跳中在所選的個好頻率中出現(xiàn)的壞頻率數(shù)量，則有（2-16）式中——在初始狀態(tài)下，個好頻率中處于擁塞狀態(tài)的頻率數(shù)。第102頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月102短波自適應跳頻過程no令為第跳時的誤碼率，為頻率處于擁塞狀態(tài)時的誤碼率，為頻率處在暢通狀態(tài)時的誤碼率。假設，則有(2-17)

第103頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月103短波自適應跳頻過程no把和分別用和代替，得（2-18）則在一幀中平均比特誤碼率為（2-19）第104頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月104短波自適應跳頻過程no

假設完成一幀數(shù)據(jù)傳送后，通過鏈路質量分析選擇的個新頻率中壞頻率的平均數(shù)為，則經(jīng)過了長為的反向頻率傳輸時間后，得到開始傳輸數(shù)據(jù)時的平均壞頻率數(shù)為（2-20）第105頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月105短波自適應跳頻過程no將式（8-20）代入式（8-19），得到最終的比特誤碼率為（2-21）（2-22）將式（2-22）代入式（2-21）可得到最終的結果。第106頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月106四、藍牙自適應跳頻技術1.概述藍牙工作在ISM頻段即工業(yè)，科學和醫(yī)用頻段，無需許可證，只需要遵守一定的發(fā)射功率(一般低于1W)，并且不要對其它頻段造成干擾即可

。ISM頻段的應用開放性決定了干擾種類的多樣性并呈不斷增加的趨勢。對于藍牙系統(tǒng)至少存在以下幾種干擾：家用電器的干擾同頻段其他擴頻通信系統(tǒng)的干擾藍牙系統(tǒng)的自干擾工作在同一頻段的其他系統(tǒng)的干擾第107頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月107概述現(xiàn)有的對干擾問題的解決方案（針對IEEE802.11b對和藍牙相互干擾而給出的）：在2.4GHz頻段上對藍牙的使用范圍做修正，使其只工作在ISM頻段的一部分上；對兩種系統(tǒng)均做修正，都采用帶有碰撞檢測的載波偵聽多路訪問協(xié)議；采用藍牙中延長跳頻時隙的選項以減少干擾。第108頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月108概述藍牙自適應跳頻技術的特點：（1）跳頻序列可使用的頻率數(shù)目是動態(tài)變化的，但必須有一個最小值，。藍牙規(guī)范1.2版中規(guī)定