第五章 跳頻擴頻通信技術課件

第五章跳頻擴頻通信技術跳頻系統(tǒng)基本構成與調制基于MFSK的慢跳頻與快跳頻跳頻器跳頻通信的應用第五章跳頻擴頻通信技術5.1跳頻系統(tǒng)基本構成與調制基本構成

跳頻擴頻系統(tǒng)是用偽隨機序列構成跳頻指令來控制頻率合成器的，使信息調制譜在一個寬頻域內多個載波頻率中隨機跳變，從而有效地躲避干擾。第五章跳頻擴頻通信技術跳頻系統(tǒng)基本構成接收到的信號先解跳，采用本地同步的PN碼去控制頻率合成器，按信號s(t)的跳變規(guī)律發(fā)生頻率跳變，形成固定載頻的中頻信息調制信號ω(t)，經過中頻濾波與信息的解調可恢復數字信息。式中，ωI=ωj-ωj'。只要ωj和ωj'同步跳變，ωI就是固定的中頻載波。而Δφi是一個隨機量，每個跳變時刻都可能是隨機值。利用非相干方式解調信息。第五章跳頻擴頻通信技術相干解調與非相干解調的區(qū)別1、非相干解調就是說，在解調時不需要提取載波信息來進行解調；實現效果不太好，但電路簡單容易實現。2、相干解調就是說，在解調時，首先要通過鎖相環(huán)提取出載波信息，通過載波信息與輸入的信息來解調出信號；實現的質量好，但電路復雜，難以實現，需要同步解調信號因此，可以看出，相干解調的性能肯定要優(yōu)于非相干解調。而實際中，也是如此，大都采用相干解調，因此鎖相環(huán)也是實際中比較關鍵的部件。第五章跳頻擴頻通信技術跳頻系統(tǒng)基本構成

跳頻頻率在信道間隨機跳變，頻率跳變的示意圖如圖5-2所示。

第五章跳頻擴頻通信技術跳頻系統(tǒng)基本構成Tc：信號在某個跳變頻率（信道）上的駐留時間T':由一個頻率跳到另一個頻率的時間跳頻速率Rc:假設信息調制信號的頻譜寬度為B1，相鄰信道間隔Δf=|fi+1-fi|也應滿足

Δf≥B1，所以跳頻總信道數為N,則跳頻信號的射頻帶寬B為：B=NB1擴頻增益：Gp=N由k比特PN碼元組合的頻率控制字來決定一個頻率點，故2k決定了跳變頻率數：N=2k第五章跳頻擴頻通信技術跳頻系統(tǒng)基本構成例5-1若一跳頻系統(tǒng)的跳頻信號帶寬B=400MHz，信息調制信號帶寬等于400Hz。（1）求可用的跳頻頻率數N等于多少?（2）求頻率控制字所需的PN序列碼片的最小數目等于多少？該PN碼如果用m序列產生，則其階數和序列周期是多少？

解：（1）取信道間隔Δf等于信息調制信道帶寬400Hz，則有個（2）一個頻率控制字是由k個二元PN碼序列片確定的，故有若該PN碼由m序列產生，則需滿足在k=20位有全部排列組合方式，最少要求階數n=k=20,則該序列周期為p=2n-1=220-1=1048575

第五章跳頻擴頻通信技術非相干MFSK調制MFSK使基帶信號頻率按照M個不同的信息調制符號來改變，對應有M個頻位，其表示為

式中：Ts表示信息符號持續(xù)時間；fs=ωi/2π表示對應某個調制符號的載波頻率φi表示隨機初相位g(t-iT)表示歸一化矩形波g(t-iT)表示為：第五章跳頻擴頻通信技術非相干MFSK調制對于每個符號調制的頻率fi，在符號持續(xù)間隔內，圍繞著fi的功率譜分布都有sa2(t)形狀，所以主瓣頻率帶寬為2/Ts，若令相鄰信號音頻率之間頻率間隔Δf=2/Ts,則頻域上各符號調制的主瓣頻譜互不相交。非正交排列MFSK頻譜分布如圖5-3所示：非正交排列MFSK信號占據的頻帶寬度為：第五章跳頻擴頻通信技術非相干MFSK調制MFSK調制中任意兩個信號音頻率相關系數為若滿足ρij=0，則構成一個正交的MFSK信號音頻率集合。由于相位（φi-φj）的隨機性，滿足正交性條件的唯一方法是讓不同信號音頻率之間的頻率間隔為fi-fj=n/Ts

故給定的兩相鄰音頻率的最小頻率間隔Δf=1/Ts

正交排列下MFSK信號占據的頻帶寬度為：第五章跳頻擴頻通信技術非相干MFSK調制MFSK調制器：用頻率選擇方式實現的，M個頻率由k=lbM位輸入信息比特確定。第五章跳頻擴頻通信技術非相干MFSK調制MFSK解調器：由M個帶通濾波器及其后接M個包絡檢波器組成的能量檢測方式構成的。第五章跳頻擴頻通信技術5.2基于MFSK調制的慢跳頻和快跳頻

圖5-6非相干MFSK調制的跳頻發(fā)送器框圖

發(fā)送跳頻信號為：式中：fj表示用戶跳頻圖案中某個載頻；

φj為fj相應的隨機相位第五章跳頻擴頻通信技術5.2基于MFSK調制的慢跳頻和快跳頻

參數：信息比特的碼元寬度Ta(比特速率Ra=1/Ta)調制符號寬度Ts，由k比特信息碼元確定。Ts=kTa=TalbM調制符號速率Rs。跳頻的頻率駐留時間Tc，跳頻速率Rc慢跳頻方式

Ts=kTa,則Rs>Rc,表示一個頻率跳變點上對應著幾個調制符號或者多個信息比特快跳頻方式

若Tc=Ts/m，Rc>Rs,表示每個調制符號對應著多個頻率跳變。第五章跳頻擴頻通信技術基于MFSK調制的慢跳頻

MFSK調制是用k=lbM個信息碼元來表示一個調制符號，因此符號持續(xù)時間Ts等于k倍信息碼元寬度Ta,即Ts=kTa;M=2k,即k比特碼元組合可控制頻移鍵控的M個頻率點。正交MFSK信號占據頻帶寬度：Rc<Rs，這樣每個chip頻點上跳頻信號在MFSK調制符號持續(xù)時間內發(fā)送的是一個窄帶信號，瞬時頻帶寬度速率較高的Rs決定，也即MFSK占據的頻帶寬度確定：Rc<Rs，Tc=mTa;假設m=4，則有Tc=2Ts=4Ta,這樣一個Chip的頻率跳變點上可傳送2個調制符號（4比特信息）。系統(tǒng)帶寬第五章跳頻擴頻通信技術基于MFSK調制的慢跳頻

如圖5-7所示，4FSK(N=6,Ts=kTa)慢跳頻的時頻關系圖。2比特信碼組合與鍵控頻移點fi的關系為：“00”f0,“01”f1,“10”f2,“11”f3跳頻圖案{fj}:{f0,f3,f1,f4,f2,f5,f0,f3,f1,f4,f2,f5,...}圖5-74FSK(N=6,Ts=kTa)慢跳頻的時頻關系圖第五章跳頻擴頻通信技術基于MFSK調制的快跳頻

快跳頻特征:頻率跳變速率Rc大于調制符號速率Rs

，Rc>Rs.

意味著每個調制符號上可發(fā)生多次頻率跳變，Tc=Ts/m。滿足正交性的條件：正交MFSK調制所需最小帶寬：系統(tǒng)總頻帶：第五章跳頻擴頻通信技術基于MFSK調制的快跳頻

如圖5-8所示，4FSK(N=6,Tc=Ts/4=Ta/2)快跳頻的時頻關系圖。一個MFSK調制符號上存在4個Chip,一個信息比特上有2個Chip。跳頻圖案{fj}:{f0,f3,f1,f4,f2,f5,f0,f3,f1,f4,f2,f5,...}圖5-84FSK(N=6,Tc=Ts/4=Ta/2)快跳頻的時頻關系圖第五章跳頻擴頻通信技術快跳頻和慢跳頻對比

慢跳頻快跳頻Ts=kTa，Tc=mTaTc=Ts/m總頻帶優(yōu)點成本低頻率分集，有利于符號檢測，降低誤符號率缺點易受突發(fā)錯誤和多徑干擾的影響技術難度大，成本高第五章跳頻擴頻通信技術FH/MFSK信號的檢測

接收的跳頻信號可以表示為:經中頻濾波器后可得到固定的中頻頻率上MFSK信號rI(t):第五章跳頻擴頻通信技術FH/MFSK信號的檢測

SFH的每個MFSK調制符號是由單一跳頻頻率（或單一Chip）形成的，在信道傳輸中，如果該頻率遭受干擾，可能導致調制符號檢測錯誤而誤碼。FFH的每個MFSK調制符號是由信道傳輸中多個跳頻頻率（或多個Chip）形成的，在信道傳輸中多個Chip同時遭受干擾的概率很小。第五章跳頻擴頻通信技術FH/MFSK信號的檢測

SFH中，1個Chip對應一個MFSK調制符號，那么N個跳頻頻率中有J個遭受到相同頻率的窄帶干擾，而且干擾功率大于信號功率，檢測時出現J個符號錯誤，傳輸錯誤率為：FFH中，m個Chip對應一個MFSK調制符號，采用“m中取r”的大數判決，可降低符號檢測錯誤率。誤符號率為：式中：p1=J/N，為1個Chip傳送1個符號的錯誤率；q=1-p1，為1個Chip傳送的正確概率；r稱為使一個符號錯判所必須的誤Chip數；為m個Chip中受到干擾的Chip數x的組合。第五章跳頻擴頻通信技術FH/MFSK信號的檢測

SFH中，1個Chip對應一個MFSK調制符號，那么N個跳頻頻率中有J個遭受到相同頻率的窄帶干擾，而且干擾功率大于信號功率，檢測時出現J個符號錯誤，傳輸錯誤率為：例如：N=1000,J=1,則pe=10-3.FFH中，m個Chip對應一個MFSK調制符號，采用“m中取r”的大數判決，可降低符號檢測錯誤率。誤符號率為：式中：p1=J/N，為1個Chip傳送1個符號的錯誤率；q=1-p1，為1個Chip傳送的正確概率；r稱為使一個符號錯判所必須的誤Chip數；為m個Chip中受到干擾的Chip數x的組合。例如：p1=10-3,m=3，r=2,得到誤符號率為：采用FFH的錯誤率下降了第五章跳頻擴頻通信技術FH/MFSK信號的檢測

軍用上常用轉發(fā)式干擾機將FH信號接收下來，放大并加入噪聲污染，然后轉發(fā)出去對FH接收機實現干擾。此種轉發(fā)式干擾不僅干擾頻率相同，而且干擾功率大，危害嚴重。第五章跳頻擴頻通信技術FH/MFSK信號的檢測

設FH收發(fā)機之間的傳播時延為，干擾機接收轉發(fā)的傳播時延為，與的時延差為，只要滿足或者就可躲避轉發(fā)式干擾信號產生的同頻頻率的干擾。例如假定FH收發(fā)機之間的距離為18km，干擾機距FH發(fā)信機與收信機之間的距離和為30km，則，若不考慮干擾機的設備中繼時間，則最小跳頻速率應為

第五章跳頻擴頻通信技術FH/MFSK信號的檢測

設一跳頻系統(tǒng)，在跳頻頻段內有1000個可用跳頻數，在信道傳輸中可能有50個Chip遭遇同頻的強干擾，系統(tǒng)采用非相干8FSK快跳頻方式，每個調制符號用5個Chip傳送，已知信息比特速率Ra=2.4kb/s。（1）求MFSK的頻譜占據的頻帶寬度BdF及系統(tǒng)總頻帶寬度。（2）求MFSK解調采用“5中取3”大數判決的誤符號率。（3）如果FH機收發(fā)信機傳播距離為30km，干擾機應處在什么范圍內才能發(fā)揮干擾功能？解：（1）k=lbM,M=8,得k=3.已知Ra=2.4kb/s，則

第五章跳頻擴頻通信技術FH/MFSK信號的檢測

設一跳頻系統(tǒng)，在跳頻頻段內有1000個可用跳頻數，在信道傳輸中可能有50個Chip遭遇同頻的強干擾，系統(tǒng)采用非相干8FSK快跳頻方式，每個調制符號用5個Chip傳送，已知信息比特速率Ra=2.4kb/s。（1）求MFSK的頻譜占據的頻帶寬度BdF及系統(tǒng)總頻帶寬度。（2）求MFSK解調采用“5中取3”大數判決的誤符號率。（3）如果FH機收發(fā)信機傳播距離為30km，干擾機應處在什么范圍內才能發(fā)揮干擾功能？解：（2）MFSK解調，采用“5中取3”大數判決的誤符號率，m=3,r=3,則有其中，所以（3）由于FH發(fā)/收傳播距離為30km，因此根據，可得當干擾機才不發(fā)生轉發(fā)式干擾；反之，當就能產生干擾效能，即對應的轉發(fā)傳播距離為

第五章跳頻擴頻通信技術5.3跳頻器

跳頻器是跳頻通信系統(tǒng)的核心部分包括跳頻頻率合成器、產生跳頻碼的偽隨機序列發(fā)生器以及跳頻碼控制生成的跳頻圖案。跳頻通信對跳頻器性能的要求：頻率合成器的頻率范圍要寬；頻率轉換時間要短；頻率合成器輸出頻率的頻率穩(wěn)定度和準確度要高；跳頻圖案。

第五章跳頻擴頻通信技術直接頻率合成器

直接頻率合成器是直接利用一個或多個高穩(wěn)定、高頻譜純度的參考晶振，通過混頻、倍頻、分頻和濾波實現對參考頻率的加、減、乘、除運算生成大量所需的頻率。如圖5-12所示，是一種和頻-分頻方案，由一些完全相同的和頻-分頻基本單元串接而成。提供的頻率數為幾千個至220個離散頻率。

第五章跳頻擴頻通信技術直接頻率合成器

和頻-分頻基本單元：平衡混頻器、帶通濾波器、分頻器（分頻比為M）以及門控電路組成。

第五章跳頻擴頻通信技術直接頻率合成器

直接式頻率合成器能提供的頻率總數與參考頻率數目K級及混頻次數A有關，為KA個頻率。如圖5-13：分頻比為M。每增加一級分頻，輸出跳頻頻率間隔就減少為前一級的1/M，若參考頻率間隔為ΔF，則輸出頻率間隔Δf為直接式頻率合成器的優(yōu)點：頻率轉換速度快，帶寬較寬，相位噪聲性能好，適合快速跳頻；直接式頻率合成器的缺點：需要復雜的濾波、屏蔽、消除射頻干擾等措施，功耗大，體積大，成本高，難以保證高的頻譜純度。

第五章跳頻擴頻通信技術間接頻率合成器

間接頻率合成器是用參考晶振通過鎖相環(huán)路（PLL），利用環(huán)路中可變分頻器去控制環(huán)路壓控振蕩器（VCO）產生不同的高穩(wěn)定度輸出頻率。鎖相頻率合成器如圖5-14所示。VCO的頻率f0被可變分頻器N分頻，得到頻率f0/N的反饋信號，與參考頻率（fr/M）信號進行比相，用相位誤差信號經環(huán)路濾波器濾波后再去控制VCO頻率，環(huán)路鎖定后，VCO輸出頻率為f0=(N/M)fr

第五章跳頻擴頻通信技術間接頻率合成器

為克服頻率分辨率與頻率轉換時間的矛盾，常采用乒乓式雙環(huán)或多環(huán)頻率合成器。如圖5-15所示。采用兩個相同的鎖相環(huán)輪流工作可使PLL頻率合成頻率轉換時間減少。鎖相頻率合成器PLL-FS1和完全相同，一個工作，一個預置，輪流交替，在時鐘信號的同步控制下，選擇器依次選擇工作的鎖相頻率合成器輸出。因此，如果采用單環(huán)鎖相頻率合成器時的轉換時間占跳頻駐留時間的10%，那么采用雙環(huán)結構后，每一跳的駐留時間就可等于環(huán)路轉換時間，使跳頻速率提高到單環(huán)的10倍。

第五章跳頻擴頻通信技術直接數字頻率合成器

DDS的原理組成框圖如圖5-16所示。DDS由相位累加器、只讀存儲器（ROM）、數/模轉換器（D/A）和低通濾波器組成。

第五章跳頻擴頻通信技術DDS直接激勵PLL的頻率合成器

DDS直接激勵PLL的頻率合成器是DDS與PLL結合的最基本的結合方式。如圖5-17所示。PD為鑒相器；LF為環(huán)路濾波器，VCO為壓控振蕩器由PLL輸出的頻率f0為：f0=M·fDDS=M·(K/2N)·fs頻率分辨率Δf為：Δf=(M/2N)·fs故f0=K·ΔfDDS帶寬：

第五章跳頻擴頻通信技術環(huán)內插入混頻DDS/PLL頻率合成器

輸出頻率f0為：為保證頻率覆蓋，要求DDS輸出帶寬BDDS>fr。由于DDS輸出不經過PLL倍頻，因而DDS輸出的相位噪聲及近區(qū)雜散不會在輸出端惡化，故該方案具有低的相位噪聲和雜散。整個頻率合成器的頻率分辨率完全由DDS決定，Δf=fs/2N。

第五章跳頻擴頻通信技術環(huán)外混頻式DDS/PLL頻率合成器

輸出頻率f0為：

第五章跳頻擴頻通信技術跳頻圖案設計

跳頻序列：用來控制載波頻率跳變的多值序列。跳頻圖案：在跳頻序列控制下載波頻率跳變的規(guī)律。跳頻序列或跳頻圖案是由偽隨機序列與控制方法共同形成的，不是偽隨機序列簡單地直接運用。跳頻圖案設計的一般要求：（1）每一跳圖案都可以使用傳輸頻帶內頻率集合中的所有頻率，以獲得最大的跳頻增益；（2）跳頻圖案集合中的任意兩個跳頻圖案，在所有相對時延下發(fā)生頻率重合的次數盡可能少；（3）跳頻圖案集合中圖案數盡可能多，能在多址通信中提供更多用戶使用。（4）跳頻間隔滿足要求，能實現寬間隔跳頻。（5）跳頻圖案應具有較好隨機性、均勻性及較大線性復雜度，使之不易破譯，具有良好的抗干擾性能。（6）產生電路簡單。

第五章跳頻擴頻通信技術跳頻圖案設計

跳頻圖案表示方法一般有兩種：（1）時頻矩陣表示法：橫坐標表示時隙，縱坐標表示頻率。如圖5-20。（2）序列表示法：用符號或者數字表示。圖5-20時頻矩陣對應的序列可表示為{f0,f2,f5,f10,f7,f8,f3,f4,f1,f6,f9}或者{0,2,5,10,7,8,3,4,1,6,9}

第五章跳頻擴頻通信技術跳頻圖案設計

跳頻圖案設計與TOD跳頻序列周期越長，非通信方就越不容易從已接收的頻率信息中預測后面的頻率跳變規(guī)律，這樣保密性與抗偵破能力就越高，但是周期長不利于收、發(fā)雙方的快速同步。例如：m序列周期長度為：p=232-1=4.3*109.

若跳變速率為1000跳/秒，則每跳駐留時間為Tc=1ms,則序列重復周期為T=pTc=4.3*109*10-3=4.3*106s≈1194h≈50d用戶實際用的跳頻序列只是整個周期中的很短的一部分，收信方要做到與該片段部分的跳頻序列同步，必須引入發(fā)方的實時時間TOD（TimeOfDay）.第五章跳頻擴頻通信技術跳頻圖案設計

跳頻圖案設計與TOD在實際跳頻通信中，有兩種使用TOD方法。（1）TOD只用來確定收、發(fā)雙方的勤務頻率，不參與跳頻圖案的生成。按壓PPT鍵，發(fā)信方通過勤務頻率將跳頻序列當前狀態(tài)發(fā)給收信方，收信方可以據此來控制跳頻序列狀態(tài)以實現同步跳頻。（2）TOD既用來確定收、發(fā)雙方的勤務頻率，也參與跳頻圖案的生成。在這種方法中，任一時刻的跳頻頻率由TOD初始狀態(tài)值、跳頻密鑰所決定。

第五章跳頻擴頻通信技術跳頻圖案設計

基于L-G模型構造跳頻圖案直接使用m序列來構造跳頻圖案，這樣構造出的跳頻序列任兩個序列之間互相關性能差，會發(fā)生跳頻頻率的多次重合，極易破譯，不易使用。L-G模型是基于有限域GF(p)上的n級m序列發(fā)生器，以序列發(fā)生器的k個相鄰級移位寄存器的抽頭輸出與用戶地址位進行逐位“異或”，產生最佳漢明相關性能跳頻碼序列族去控制頻率合成器，如圖5-22所示。缺點：嚴重的頻率泄露問題。改進：非連續(xù)抽頭模型、時鐘采樣模型和一般模型。第五章跳頻擴頻通信技術跳頻圖案設計

寬間隔跳頻圖案寬間隔跳頻圖案是指跳頻圖案中相鄰跳變間隔在一個給定的間隔寬帶上，它有利于抗干擾。對于跳頻圖案Su={S(j),j=1,2,...,q},q為圖案序列長度，如果對所有j均滿足[Su(j+1)-Su(j)]≥d，d為設計要求的跳頻間隔，則Su(j)為寬間隔跳頻圖案。常用的寬間隔跳頻圖案構造方法有:(1)去中間頻帶法；(2)對偶頻帶法。第五章跳頻擴頻通信技術跳頻圖案設計

寬間隔跳頻圖案(1)去中間頻帶法：該方法是將整個跳頻頻段的之間d個頻隙去掉。具體做法：如果跳頻頻段為F，去掉中間的d個頻隙，兩邊余下的頻帶分別為F1和F2，F1和F2的頻率點數相同；如果當前跳的頻點在F1，則下一次跳到F2內，再下一次又跳回到F1,來回交替。相鄰頻點之間的間隔大于d.缺點：頻帶利用率低，可用頻率數目不能充分地利用，無法實現最大的跳頻增益。(2)對偶頻帶法：將跳頻頻段F分為兩個對偶的區(qū)間頻帶F1和F2，即這樣每對頻率之間間隔為[(q+1)/2]。在F1和F2上建立對偶的頻隙對fjfj+q-[q/2],0≤j≤[q/2].先在建立區(qū)間跳頻序列，同時通過對偶關系在上建立對應的跳頻序列，然后通過一種組合方式，得到一個完整的跳頻序列。第五章跳頻擴頻通信技術跳頻同步

跳頻同步(1)跳頻同步：跳頻收信機能夠正確接收跳頻信號并從中獲取其攜帶信息的前提是，收、發(fā)雙方有相同的跳頻圖案，而且在相同時刻使用跳頻圖案中相同的頻率。(2)實現同步的主要問題：如何保證收發(fā)雙方的頻率跳變的起、止時刻相同。(3)跳頻同步的要求:快速、可靠、抗干擾，失步后能迅速同步。(4)實現跳頻同步的步驟：同步信息的捕獲，同步信息的跟蹤。(5)同步信息：TOD、時鐘校正、網號等信息內容。(6)傳送同步信息的方法：參考時鐘法、自同步法及同步字頭法等。(7)參考時鐘法：依靠網內中心播發(fā)高精度時鐘信息，網內用戶依次標準時鐘來控制收/發(fā)信機的同步定時，實現收、發(fā)雙方同步。(8)自同步法：發(fā)信端在發(fā)送信息序列中隱含有同步信息，收信機將該同步信息提取出來，從而實現同步。(9)同步字頭法：收、發(fā)雙方建立通信之前，先發(fā)送一個同步字頭，同步字頭中含有生成跳頻圖案的全部信息，收信機依靠接收的同步信息實現跳頻同步，再進行信息檢測。第五章跳頻擴頻通信技術跳頻同步

同步信息的捕獲跳頻同步信息是由跳頻序列發(fā)生器產生帶有同步信息的碼序列控制頻率跳變的。這種帶有同步信息的跳變頻率在傳送幀中可以是集中的，也可以離散的，收信方則用來捕獲同步信息，又稱同步引導碼。（1）并行捕獲方式第五章跳頻擴頻通信技術跳頻同步

同步信息的捕獲（1）并行捕獲方式并行的匹配濾波器個數等于同步引導碼的個數，設為M個，它遠小于跳頻圖案的N個跳頻數。捕獲過程：各調諧濾波器的輸出經過平方律包絡檢波，依次延時一個Tc（Tc為跳頻時間間隔），然后再相加在一起，形成累加值輸出，并與門限比較。若每個支路包絡檢測值為U，則最大累加值為MU，超過門限值A，表明已取得起始同步捕獲，通過置位電路啟動本地跳頻圖案實現同步解跳?？紤]漏檢與虛警，一般門限值取為A=KU，K是小于M的整數。即只要M個同步引導頻率中檢測到了K個就判定為已取得了同步。第五章跳頻擴頻通信技術跳頻同步

同步信息的捕獲（1）串行捕獲方式搜索指令啟動本地PN序列，生成同步引導碼，控制頻率合成器輸出頻率跳變。如果與輸入跳頻信號的跳變同步，則每個跳變頻率駐留時間間隔上由相乘器及中頻帶通濾波器組成的相關器中有中頻信號輸出，經包絡檢波器輸出高電平，判決電路輸出“1”，計數器計入“1”的個數，當計得K個“1”時，就判定取得同步信息捕獲，發(fā)出“停止搜索”指令，進入同步跟蹤。第五章跳頻擴頻通信技術跳頻同步

同步信息的捕獲例5-4若一跳頻系統(tǒng)，同步引導碼的頻率為100個，跳變速率為500跳/秒，同步引導頻率集中配置并以幀格式重復傳送直至同步，假定檢測不考慮噪聲干擾。試比較并行與串行兩種捕獲方式的平均捕獲時間Tacq.第五章跳頻擴頻通信技術跳頻同步

同步跟蹤當已同步的跳頻圖案在運行過程中又發(fā)生相對的時間偏差時，要用適當方法檢測出該偏差，將反映偏差大小與方向的誤差信號作為控制信號再去驅動本地跳頻碼，修正偏差，維持同步跳變狀態(tài)，這就是同步跟蹤。第五章跳頻擴頻通信技術跳頻同步

同步跟蹤假定接收跳頻信號u1(t)與本地跳頻信號u2(t)之間存在時差，中頻濾波器輸出信號占據寬度由一個碼片間隔Tc減少為,包絡檢波輸出ub(t)波形可表示這種狀態(tài)。ub(t)與VCO輸出的周期為Tc的時鐘信號相乘，產生不對稱的三值信號控制成分。通過環(huán)路濾波器，可以控制時鐘(VCO)超前或滯后，使之朝著減小時差的方向變化，最終將時差穩(wěn)定在較小值上，完成跟蹤功能。第五章跳頻擴頻通信技術跳頻同步

同步跟蹤第五章跳頻擴頻通信技術跳頻通信的應用

軍用戰(zhàn)術電臺民用通信系統(tǒng)歐洲GSM采用過跳頻技術，速率為217跳/秒。GSM慢跳頻方式為每幀改變頻率方式，一個數據幀為4.615ms,則每一個幀時隙按某種跳頻圖案改變載頻，故速率為1/4.615*10-3=217跳/秒。無線局域網短距離無線通信的藍牙技術使用跳頻技術來抑制與防止衰落。第五章跳頻擴頻通信技術Chess短波跳頻電臺

Chess短波跳頻電臺是由美國Samders公司20世紀90年代后期研制的產品，采用了多項新技術，跳頻速率高達5000跳/秒。Chess系統(tǒng)由射頻前端和數字信號處理單元兩部分組成。下變頻接收機寬度功率放大器A/DD/A數字接收單元數字激勵單元CPU終端射頻前端數字信號處理單元圖5-28Chess系統(tǒng)結構圖第五章跳頻擴頻通信技術Chess短波跳頻電臺

如圖5-28所示，Chess系統(tǒng)的發(fā)射部分，關鍵技術為差分跳頻（DFH）技術。信源編碼后數據為若干個字符，每個字符包含BPH個比特，每個跳頻時隙發(fā)送一個字符的數據。傳送的數據打包成幀流形式，一個幀為一個跳組，包括幀頭和數據塊。信道編碼DDSDFH數據跳頻序列調制后的射頻FH信號圖5-29Chess系統(tǒng)跳頻發(fā)送過程第五章跳頻擴頻通信技術Chess短波跳頻電臺

差分跳頻技術當前發(fā)射頻率fn由當前數據符號xn和上一個發(fā)射頻率fn-1共同決定的，可用一個隱式差分方程表示：fn=G(fn-1,xn)G(.)稱為G函數或者信息轉移函數。Gfn-1xnfnG-1fn-1fnxn(a)G函數的正變換(b)G函數的逆變換圖5-30G函數的正變換和逆變換表示第五章跳頻擴頻通信技術Chess短波跳頻電臺

在G函數正變換中，由頻率和數據經G函數形成的跳頻圖案為一顆隨機的倒立樹，樹根為最初的起始頻率，每個節(jié)點有h=2BPH個分支邊，每邊都表由于當前傳送的比特符號。假定N=16，BPH=2，初始頻率從fi=f9開始，待發(fā)送的數據流為10011100，則發(fā)送的頻率序列為：{f9,f12,f14,f2,f3}第五章跳頻擴頻通信技術藍牙中跳頻技術

藍牙技術是一個近距離無線數字通信的技術標準，主要面向網絡中的各種數據及語音設備，如PC、網絡撥號、筆記本電腦、PDA、打印機、傳真機、數碼相機、移動電話等。藍牙工作在全球通用2.4GHzISM免付費、免申請的無線電頻段。藍牙系統(tǒng)支持點對點及點對多點連接，形成了兩種網絡拓撲結構：

微微網和散射網(a)微微網(b)散射網MasterSlave圖5-32藍牙網絡拓