跳频扩频通信技术资料整理
跳频扩频简介.
域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳
变的。
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规格严格 功夫到家
二、扩展频谱通信
3.跳频扩频技术（FHSS）的原理
采用2FSK调制的跳频扩频通信系统如图所示。
用扩频码序列去进行频移键控(FSK)调 制，使载波的频率不断地跳变，跳频系统 的跳变频率有多个。发端信息码序列与扩 频码序列组合以后按照不同的码字去控制 频率合成器。传送的信息与这些扩频码的 组合进行选择控制，在传送中频率在整个 频带上不断变化。 在接收端，由于有与发送端完全相同 的本地发生器发生完全相同的扩频码进行 解扩，然后通过解调才能正确地恢复原有 的信息。 跳频系统占用了比信息带宽要宽得多 的频带。
线性调制 非线性调制
调制
按正弦载波 的受调参量分
m(t )
幅度调制 频率调制 相位调制
调制器
sm (t )
按载波信号 c(t)的类型分
连续波调制 脉冲调制
c(t )
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一、调制的概念
5.数字频移键控（FSK）
数字调制：用数字基带信号控制载波某个参数的过程。
原理： 数字信号s(t)控制载波频率 波形：10n规Fra bibliotek严格 功夫到家
一、调制的概念
●2FSK的产生
模拟调频法：相邻码元之间的相位是连续变化的。 键控法：相邻码元之间的相位不一定连续。
振荡器1
f1
选通开关
s (t )
基带信号
反相器 振荡器2
f2
s (t )
相加器
e2FSK (t )
选通开关
特点：转换速度快、电路简单、产生的波形好、频率稳定度高。
跳频扩频简介
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二、扩展频谱通信
4.跳频技术的分类
跳频可分为慢跳频和快跳频。慢跳频是指跳频速率低于信息比特
率，即每跳可传输连续几个信息比特。快跳频是指跳频速率高于信
息比特率，即一个信息比特需要多跳来传输。
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二、扩展频谱通信
5.跳频技术的优点
（1）保密性。即使是模拟话音的跳频通信，只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获通信内 容。当跳频图案的密钥足够大时，具有抗截获的能力。 （2）具有抗单频及部分带宽干扰的能力。由于载波频率是跳变的，当跳变的频率数目足够多时，
波长，Gt，Gr分别表示发射天线和接收天线增益，d为发射天 线和接收天线间的距离。
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一、调制的概念
●自由空间的电波传播
• 接收换算
P r (dBm) 10log P r (mW )
P r (dBW ) 10log P r (W ) P t • 自由空间的传播损耗 L 信号传播损耗与频率 P r 有关，因此需要在较
域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳
变的。
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二、扩展频谱通信
3.跳频扩频技术（FHSS）的原理
采用2FSK调制的跳频扩频通信系统如图所示。
用扩频码序列去进行频移键控(FSK)调 制，使载波的频率不断地跳变，跳频系统 的跳变频率有多个。发端信息码序列与扩 频码序列组合以后按照不同的码字去控制 频率合成器。传送的信息与这些扩频码的 组合进行选择控制，在传送中频率在整个 频带上不断变化。 在接收端，由于有与发送端完全相同 的本地发生器发生完全相同的扩频码进行 解扩，然后通过解调才能正确地恢复原有 的信息。 跳频系统占用了比信息带宽要宽得多 的频带。
跳频和扩频通信
跳频通信和扩频通信跳频通信是扩频通信的一个分支，它的突出优点是抗干扰性强，因而很适用于军事领域。
当70年代末第一部跳频电台问世以后，就预示着其发展势头锐不可挡。
到了８０年代，世界各国军队普遍装备跳频电台。
这十年是跳频电台发展速度最快的十年。
广泛使用跳频电台曾被誉为80年代ＶＨＦ频段无线电通信发展的主要特征。
90年代，跳频通信如虎添翼，在军用跳频通信领域已相当成熟的同时，跳频通信的应用又拓宽到民用领域。
业内人士指出，跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段，称其为无线电通信的“杀手锏”。
跳频通信是如此的神奇，以致于自其问世至今的短短30年间，倍受世界各国，特别是几大军事强国的青睐。
2 跳频通信的基本概念2.1 定义我们在用收音机收听某电台，当电台在中波和短波两个波段上播放同一个节目时，有这样的体会：若中波波段信号不好，则随即换到短波波段收听；当短波波段信号不好，则又换回到中波波段收听。
这种以更换波段的手段来改善收听效果的方法，就是跳频的通俗含义。
只不过这种跳频仅在接收端发生，而且是由人工干预来实施跳频的。
我们假设，当广播电台发送的频段也能“紧跟”收音机用户更换的话，那么，这种通信方式就是跳频通信。
因此，跳频通信可这样描述：通信收发双方同步地改变频率的通信方式称为跳频通信。
2.2 同步条件(通信条件)与定频通信相比，跳频通信的载波频率一直在跳变。
工作中，发方以相当快的速率（跳速）改变频率，收方必须与发方同步地改变频率，双方才能保持通信。
也就是说，跳频通信时，收发双方必须采用同一种跳频图案。
跳频电台之间要成功地进行跳频通信，收发双方必须同时满足三个条件：跳频频率相同；跳频序列相同；跳频的时钟相同（允许存在一定的误差）。
三个条件缺一不可，否则无法实现跳频通信。
3 跳频通信的主要特点3.1 抗干扰性强跳频通信抗干扰的机理是“打一枪换一个地方”的游击策略，敌方搞不清跳频规律，因而具有较强的抗干扰能力。
一方面，我方的跳频指令是个伪随机码，其周期可长达十年甚至更长的时间。
精编扩频通信的基本原理(直接序列扩频、跳频等)资料
扩频通信的理论基础1.1扩频通信的基本概念通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。
通信系统的有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。
这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。
在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。
显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。
在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。
通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。
由于信息在传输过程中受到干扰，收到的信息与发出的信息并不完全相同。
可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。
因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。
在模拟通信系统中，传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。
在数字通信系统中，传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。
扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了应用。
近年来，扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的应用。
扩频通信是扩展频谱通信的简称。
我们知道，频谱是电信号的频域描述。
承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。
信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。
频域和时域的关系由式(1-1)确定：⎰∞∞--=t e t f f F ft j d )()(π2⎰∞∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)内绝对可积，即t t f d )(⎰∞∞-必须为有限值。
扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息信号)(t f 无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。
跳频扩频的原理和应用
跳频扩频的原理和应用1. 跳频扩频的原理跳频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum）是一种通过在通信中不断改变载波频率来实现抗干扰和安全性的技术。
它主要通过以下原理来实现：1.频率跳变：跳频扩频系统在通信过程中会周期性地改变使用的载波频率。
频率跳变可以将信号在不同频率上进行传输，以减少信号在特定频率上的干扰。
2.扩频技术：跳频扩频系统还会使用扩频技术，将原始信号进行扩频。
扩频技术会在发送端对原始信号进行调制，将其扩展到较宽的频带上。
接收端会利用和发送端相同的扩频码对信号进行解码，还原出原始信号。
3.码片序列：扩频技术中使用的扩频码片序列是跳频扩频系统中的核心要素。
这些码片序列在发送端与接收端之间必须保持同步。
扩频码片序列的特点是具有良好的相关性，使得接收端可以通过将收到的信号与预期的码片序列进行比较，从而检测出有效的信号。
跳频扩频技术的原理在一定程度上提高了系统的抗干扰能力和安全性，常用于无线通信、军事通信、无线局域网等领域。
2. 跳频扩频的应用跳频扩频技术在现代通信领域得到广泛应用，以下是几个常见的应用场景：2.1 无线局域网（WLAN）跳频扩频技术在无线局域网中使用，可以提供更可靠、稳定的数据传输。
由于跳频扩频技术能够在不同的频率上进行传输，可以避免单一频率上的干扰，从而提高无线网络的抗干扰能力和传输质量。
2.2 蓝牙技术蓝牙技术中的传输方式就是基于跳频扩频技术的。
蓝牙设备会在跳频序列中选择一段频率范围，然后进行频率跳变进行数据传输。
这种方式不仅提高了蓝牙设备之间的通信质量，也增强了蓝牙设备的抗干扰能力。
2.3 军事通信由于跳频扩频技术能够有效抵御敌人的频率干扰和窃听，因此在军事通信中得到广泛应用。
军方可以利用跳频扩频技术提供安全可靠的通信，保障敏感信息的传输。
2.4 移动通信跳频扩频技术在移动通信中也有广泛的应用，尤其是在CDMA（Code Division Multiple Access）系统中。
扩频通信的基本原理(直接序列扩频、跳频等)
扩频通信的理论基础1.1扩频通信的基本概念通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。
通信系统的有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。
这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。
在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。
显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。
在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。
通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。
由于信息在传输过程中受到干扰，收到的信息与发出的信息并不完全相同。
可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。
因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。
在模拟通信系统中，传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。
在数字通信系统中，传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。
扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了应用。
近年来，扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的应用。
扩频通信是扩展频谱通信的简称。
我们知道，频谱是电信号的频域描述。
承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。
信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。
频域和时域的关系由式(1-1)确定：⎰∞∞--=t e t f f F ft j d )()(π2⎰∞∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)内绝对可积，即t t f d )(⎰∞∞-必须为有限值。
扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息信号)(t f 无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。
跳频扩频原理
跳频扩频原理跳频扩频技术（FHSS/DS）是一种广泛应用于近几十年来的人工无线通信中的数字信号传输技术。
它通过将信号转化为更宽带的带宽，并采用无线电频率跳跃技术来分散信号，从而达到抵御干扰和窃听攻击的目的。
跳频扩频技术被广泛应用于军事、民用、移动通信、工业自动化等领域，成为许多数字通信系统中最常见的技术之一。
跳频扩频技术有两种基本形式：扩频和跳频，其中扩频是将数据信息转换成一个更宽的频带，通过码序列进行编码分配的方式进行传输，达到了抗干扰和保密的目的。
而跳频技术则是将数据信息按照规定的频率顺序按照一定的规律进行跳变传输，从而使得频率难以被干扰和窃听攻击所感知。
由此可见，跳频扩频技术不仅具有高质量的信号传输能力，而且还具有防干扰和保密性的重要特点。
跳频扩频技术在数字通信系统中的原理，并不复杂，实现起来也相对简单。
跳频扩频技术的基本原理是，通过将数据信号在较短的时间内传输到较大的频带上，将其扩展成一个更宽的频带，在信号发送过程中将其随机和跳跃的变化频率进行传输，以达到正常通信数据传输的目的。
跳频扩频技术的系统中，数据经过多级编码和解码，最终被解码为原始数据信息。
在随机跳频频段的过程中，信号的转换和跳跃也对抗了干扰和窃听攻击。
1.在发送端，数据信号按照一定的规律通过加扰和功率控制经过扩频同步器，将原来窄带的信号转化为宽带信号。
2.在跳频序列生成器中，随机生成一个跳频序列，然后将其与数据信号进行按位异或运算，得到加密的数据信号。
3.通过根据规律时钟定时跳频，将加密后的信号发送出去。
4.当接收方收到加密的信号时，通过解密器进行解密，将加密的数据信号转化为原始数据信号。
跳频扩频技术是一种数字通信系统中重要的信号传输技术，具有高质量、高速率、防干扰和保密性等特点。
通过随机跳跃频率和扩频码的组合，可以实现防窃听、反干扰和无线电频率资源共享的目的。
在军用、民用和通信领域中，跳频扩频技术已成为基本的数字信号传输技术，发挥着越来越重要的作用，将随着科技的发展和技术的进步不断完善和逐步广泛应用。
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3.1.3自适应跳频adaptive frequency hopping在WIA-PA超帧簇内通信阶段的每个时隙，根据实际的信道状况更换通信信道。
3.1.20跳频frequency hopping收发信道切换方法，目的为抗干扰和减少信号衰落。
3.1.40时隙跳频timeslot hopping为了避免干扰和衰减，按照一定规律，在每个时隙改变收发频率。
AFH Adaptive Frequency Hopping 自适应跳频AFS Adaptive Frequency Switch 自适应频率切换FH Frequency Hopping 跳频TH Timeslot Hopping 时隙跳频WIA-PA 数据链路层支持基于时隙的跳频机制、重传机制、时分多路访问（TDMA）和载波侦听多路访问CSMA）混合信道访问机制，保证传输的可靠性和实时性。
---------------------------------------8.4.3 时隙通信8.4.5 信道跳频WIA-PA 支持跳频通信方式，跳频序列由网络管理者指定。
WIA-PA 支持以下3 种跳频机制：——自适应频率切换（AFS）：在WIA-PA 超帧中，信标Beacon、CAP 和CFP 段在同一个超帧周期内使用相同的信道，在不同的超帧周期内根据信道状况切换信道。
信道质量差时，即丢包率高于“PLRThreshold”时设备改变通信信道。
参数“PLRThreshold”的内容详见6.9.1.2.1；——自适应跳频（AFH）：在WIA-PA 超帧的每个时隙，根据信道状况更换通信信道。
信道状况通过重传次数进行评价。
信道质量差时，如果发送端统计的重传次数达到了“ChannelThreshold”，则从可用信道“IntraChanel[ ]”中按顺序选择下一信道，同时在下一重传时隙利用主信道通知所在簇的接收端（通知过程详见图43）。
如果接收端没有接收到信道切换通知，继续统计接收端的重传次数，达到“ChannelThreshold”时从可用信道“IntraChanel[ ] ”中按顺序选择下一信道在第（ChannelThreshold+2）个重传时隙进行通信。
跳频扩频
历史
在90年代初，出现了基于模糊（Fuzzy)规则的跳频图案产生器。在这种系统中，由模糊规则、初始条件以及 采样模式共同来决定系统的输出序列。只要窃听者不知道模糊规则、初始条件、采样模式三者的任何一个，就无 法预测到系统的输出频率，由此就提高了系统的抗窃听能力和抗干扰能力。模糊跳频给出的跳频码序列与传统的 跳频码序列相比更加均匀，也更难预测。90年代末有人提出了混沌（chaotic)跳频序列。其基本思想是通过混沌 系统的符号序列来生成跳频序列。在这个混沌系统中要确定一个非线性的映射关系、初始条件和混沌规则，三者 唯一确定一个输出序列。由此确定的混沌跳频序列体现了良好的均匀性，低截获概率，良好的汉明相关特性以及 具有理想的线性范围。
原理
FHSS在同步、且同时的情况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器， FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-toMany的非重复的频道，并且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求，使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率 的最大时间间隔(Dwell Time)为400ms。
应用
跳频（frequency hopping）是用于扩频信号传输中的两种基本调制技术中的一种。它在无线电传输过程中 反复转换频率，通常能将电子对抗（就是未经授权的对无线电通讯的中途拦截或人为干扰）影响减少到最小。它 也被认为是分配多重通路的调频代码（FH-CDMA）。
扩频调制（spread spectrum modulation）技术在近几年越来越普及。扩频能使信号通过频率带传输，这 个频率带比信息信号要求的最小带宽要宽很多。发送器“展开”最初集中于窄带的能量，通过在一个宽的电磁频 谱上的大量的频率带频道。优点包括改进私密性、减少窄带干扰以及增加信号容量。
扩频通信知识点总结
扩频通信知识点总结一、扩频通信概述扩频通信是一种通过在信号中加入噪声或码元序列，使得信号带宽大于信息带宽的通信方式。
与窄带通信相比，扩频通信在抗干扰、抗截获、抗多径等方面具有很大的优势。
扩频通信主要应用于军事通信、卫星通信、无线宽带接入等领域。
二、扩频通信的原理1. 扩频技术扩频技术通过在传输信号中引入宽带扩频信号，使得信号的带宽远大于原始信号带宽。
扩频技术的好处是可以增强信号的抗干扰性能。
常见的扩频技术包括直接序列扩频、频率跳变扩频和混合扩频等。
2. 扩频信号的产生扩频信号的产生可以采用伪随机序列（PN序列）或正交码。
PN序列是一种特殊的二进制序列，具有良好的自相关性和互相关性，可以用来实现扩频。
正交码是一组互相正交的码元序列，也可以用来实现扩频。
3. 扩频信号的调制扩频信号的调制方式有较多种，常见的有BPSK、QPSK、DSSS、FHSS等。
其中，直接序列扩频（DSSS）和频率跳变扩频（FHSS）是应用最广泛的两种方式。
三、扩频通信的技术特点1. 高抗干扰性能扩频通信能够对抗窄带干扰、宽带干扰等多种干扰形式，具有很高的抗干扰性能。
2. 低信噪比下的通信扩频通信允许在低信噪比环境下进行通信，这对于一些特殊环境下的通信，比如地下、水下通信具有重要意义。
3. 码分多址扩频通信可以实现码分多址通信，多个用户可以共享同一频段进行通信，提高信道的利用率。
4. 低发射功率扩频通信可以通过改变扩频系数的大小来控制发射功率，实现低发射功率通信。
5. 导频和载波同步扩频通信需要高精度的导频和载波同步技术，这是扩频通信技术的难点之一。
四、扩频通信的应用1. 军事通信扩频通信在军事通信领域得到了广泛的应用，其抗干扰、抗截获等优势使得其成为军事通信的主流技术。
2. 卫星通信卫星通信需要具有很强的抗多径干扰能力，扩频通信正好满足了这一需求，因此在卫星通信中也得到了广泛的应用。
3. 无线宽带接入无线宽带接入需要具有较高的抗干扰、抗多径等能力，扩频通信可以满足这一需求，因此在无线宽带接入中得到了广泛的应用。
跳频扩频简介
调制
按正弦载波 的受调参量分
m(t )
幅度调制 频率调制 相位调制
调制器
sm (t )
按载波信号 c(t)的类型分
连续波调制 脉冲调制
c(t )
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规格严格 功夫到家
一、调制的概念
5.数字频移键控（FSK）
数字调制：用数字基带信号控制载波某个参数的过程。
原理： 数字信号s(t)控制载波频率 波形：
波长，Gt，Gr分别表示发射天线和接收天线增益，d为发射天 线和接收天线间的距离。
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规格严格 功夫到家
一、调制的概念
●自由空间的电波传播
• 接收换算
P r (dBm) 10log P r (mW )
P r (dBW ) 10log P r (W ) P t • 自由空间的传播损耗 L 信号传播损耗与频率 P r 有关，因此需要在较
跳变的规律 由扩频码序 列决定
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规格严格 功夫到家
二、扩展频谱通信
2.伪随机序列
伪随机序列可以应用于扩频通信中的扩频码序列 最长线性移位寄存器反馈序列——m序列
1) 伪随机性
m序列的性质
2) 均衡性 在m序列的一周期中，“1”和“0”的数目基本相等。“1”的个数比“0” 的个数多一个。 3）而且在长度为k的游程中[l≤k≤(n – 2)]，连“ l”的游程和连“0” 的游程各占一 半。
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n
规格严格 功夫到家
一、调制的概念
●2FSK的产生
模拟调频法：相邻码元之间的相位是连续变化的。 键控法：相邻码元之间的相位不一定连续。
振荡器1
f1
选通开关
s (t )
第五章 跳频扩频通信技术
FH/MFSK信号的检测
❖ 设一跳频系统，在跳频频段内有1000个可用跳频数，在信道传输中可能有 50个Chip遭遇同频的强干扰，系统采用非相干8FSK快跳频方式，每个调制 符号用5个Chip传送，已知信息比特速率Ra=2.4kb/s。
（1）求MFSK的频谱占据的频带宽度BdF及系统总频带宽度。
（2）求MFSK解调采用“5中取3”大数判决的误符号率。
解：（1）取信道间隔Δf等于信息调制信道带宽400Hz，则有
N
B
400 106
106
个
f 400
（2）一个频率控制字是由k个二元PN码序列片确定的，故有
N
2k
k
lg106
lg 2
6
lg
2
20
若该PN码由m序列产生，则需满足在k=20位有全部排列组合方式，最少要
可传送2个调制符号（4比特信息）。
❖ 系统带宽
Bs
NBF
N
g(2k k
1)
gRa
基于MFSK调制的慢跳频
❖ 如图5-7所示，4FSK(N=6,Ts=kTa)慢跳频的时频关系图。2比特信码组合与 键控频移点fi的关系为：“00” f0,“01” f1,“10” f2,“11” f3
❖ 跳频图案{fj} :{f0,f3,f1,f4,f2,f5,f0,f3,f1,f4,f2,f5,...}
跳频系统基本构成
• 跳频频率在信道间随机跳变，频率跳变的示意图如图5-2所示。
跳频系统基本构成
• Tc：信号在某个跳变频率（信道）上的驻留时间 • T':由一个频率跳到另一个频率的时间
扩频通信技术概述
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直接序列-跳频混合扩频（DS/FH）
直接序列-跳频混合扩频系统可以看成是一个载波频率 作随机跳变的直接序列扩频系统，通信隐蔽性更好。
40
(4)“远—近”效应。“远—近”效应对直扩 系统影响很大，而对跳频系统的影响就小得多。
(5)同步。由于直扩系统的伪随机码速率比跳 频的伪随机码速率要高得多，因此直扩系统的 同步精度要求高，因而同步时间也长，入网慢。 直扩同步时间一般在秒级，而跳频可以在毫秒 级完成，因此在同步方面，跳频优于直扩。
保密通信、测距和定位等方面。
30
跳频扩频（frequency hopping spread spectrum, FHSS）
跳频扩频系统方框图
31
跳频扩频示意图
32
慢跳频系统跳频图案
33
快跳频系统跳频图案 34
跳频系统可根据跳频速率分为快速跳频 (FFH)、中速频跳(MFH)和慢速跳频 (SFH)。
14
1976年第一部扩频通信的概述性专著： Spread Spectrum Systems发表。
1978年在日本举行的国际无线通信咨询 委员会(CCIR)全会对扩频通信进行专门 研究。
15
1982年美国第一次军事通信会议展示了 扩频通信在军事通信中的主导作用，报 告了扩频通信在军事通信各领域的应用， 并开始民用扩频通信的调查。
8
5) 天线零相技术 这种技术是将天线方向图的零点对准干扰机, 而将
主瓣对准发信机, 这样, 对接收机而言, 既能接收 到有用信号, 又可将干扰信号大大地衰减, 从而达 到抗干扰的目的。 6) 分集技术 分集技术包括空间分集、 频率分集、 角度分集、 极化分集等。 其中扩频通信是其中发展较快应用广泛的一种技术。
直接序列扩频和跳频技术
那么，试想如果我们能减少不可再生能源的使用，而大力发展可 再生能源的利用，势必会对我国的经济和社会的发展起到巨大的推动 作用。 因为没有了能源，就不用再提高速发展，因为能源的利用造成了 环境的污染，最终受到伤害将还是我们人类。
1．扩 频 通 信 技 术 基 本 原 理 扩频通信的理论基础是仙农定理：C=W Log 2 (1+S / N )。 式 中: C— ——信道容量，W— ——传输带宽，S / N— ——信号功率/噪声功率。 由此
可得：在信息速率一定时，可以用不同的信号带宽和相应的信噪比来 实现传输，即信号带宽越宽则传信噪比可以越低，甚至在信号被噪声 淹没的情况下也可以实现可靠通信。 因此，将信号的频谱扩展，则可以 实现低信噪比传输，并且可以保证信号传输有较好的抗扰干性和较高 的保密性。
生物质能在建筑采暖热水供应炊事方面的应用若采用固化方式使用为生物质压块专门设计的采暖系统工作原理如同家里的采暖炉只不过采用这里炉子是专门为生物质压块专门设计的采暖炉同时可以配套和普通热水或蒸汽采暖系统类似的散热器片实现和常规燃煤采暖炉相同的采暖效果
科技信息
○机械与电子○
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
2．2．2 跳频扩频技术的优点如下： （1 ） 抗 干 扰 能 力 强 由于在实际通信中，通信频率一直是变化不定的，控制跳频的 PN 码序列其周期可以长达数年，跳变的频率可以达到成千上万个，因此 对于干扰信号来说基本上不可能捕捉到传输信号，对于固定频率干扰 也可以跳变一个频点避开。 相对于直序扩频，跳频技术具有更好的保 密性和抗干扰性能。 由于跳频通信本身也是属于宽带传输，按照仙农定理，它也可以 实现低信噪比传输，即信号可以淹没在噪声里传输。 （2 ） 系 统 兼 容 性 兼容性是指，跳频通信系统可以与一个不跳频的定频再带通信系 统在莫个固定频点上进行通信。 也可以在定频通信电台上增加跳频模 块使其具有跳频通信能力而与跳频电台进行通信。 （3 ） 便 于 实 现 多 址 通 信 应用跳频通信可以很容易地组建一个多址网络，网络内的各个用 户都被分配了一个互不相同的地址码，就象电话号码一样。 每个用户 只能接收其他用户针对其地址码发送来的信息，对发送给其他用户的 信息，则不会解调出来。 2．3 直序扩频技术与跳频扩频技术相比较 ， 跳频通信技术具有比 较强的抗干扰能力，是特别适合于军事领域的通信手段。 正是它的独 特的优点使得它符合了现代信息战争中电子对抗的需求，因此在现代 军事通信中成为重要的通信手段。 在海湾战争中，多国部队就大量的 使用了采用跳频通信技术的通信设备。 目前，跳频 系 统 跳 速 基 本 水 平 是 ：短 波 电 台-100 跳/秒 ，超 短 波 电 台-500 跳/秒。 每秒数千跳的扩频电台也已经问世，预计未来十年，跳 频电台的发展可以达到每秒几万甚至几十万，上百万跳。 目前，跳频系 统的同步时间基本在几百毫秒的水平，今后也必将越来越短。 同步时 间越短，信息被地方发现、截获和测向的概率越低 通信的保密性、 隐蔽性越好。 当然通信干扰与反干扰是一对矛盾， 互相制约又互相促进发展。 跳频通信可以有效的避开单频干扰和多频干扰，但是现在电子对抗中 的跟踪干扰是它的“天敌”，跟踪干扰的步骤是：侦听、处理、施放干扰。 当本方截获到地方的跳频序列后， 迅速以同样的跳频序列施放干扰， 由于跳频序列相同，预先设定的跳频序列就无法实现正常通信，这时 只有通过转换跳频序列才能恢复通信， 但是又会被从新跟踪并干扰。 因此只有提高系统性能，提高跳频速度，防止被敌方侦听到跳频序列， 才能达到反侦听目的，这又促进了研究更高速的跳频设备的竞赛。 由于受到技术条件、元器件技术的限制，跳频速度也不可能不限 制提高，今后的跳频通信应该会是跳频和直序扩频技术的综合，或者 跳频直序扩频、跳时技术的综合。 随着现代网络技术的发展和广泛应用，网络已经成为通信技术的 重要应用领域， 各种通信业务也都逐渐趋向于借助网络平台上实现。 现在 IP 电话技术已经比较成熟，也得到了广泛的应用，其传输质量也 得到了好评。IP 图象传输系统也由于传输效果比较好，设备简单，使用 方便，已经得到了广泛的应用。 因此，现代的网络技术为话音、数据、图 象的综合业务提供了良好的平台。 在此基础上，借助无线网络技术构 建移动网络平台，便可以实现一种新的移动话音、数据、图象传输系 统。 这种移动的网络平台可以提供移动工作条件下的快速、灵活建立 和应用， 可以根据需要建立在节点限制数量内的任意点数之间的通 信，还可以根据需要将网络设置成为无中心的网状工作模式，这种无 中心的模式为战争、自然灾害（水灾、地震等 ）的 工 作 （下 转 第 141 页 ）
扩频通信技术简介
卫星通信系统对通信的可靠性要求较高，扩频通信技术可 以通过提高信号的抗干扰能力和抗多径效应能力，保证通 信的可靠性。
大容量传输
卫星通信系统需要实现大容量的数据传输，扩频通信技术 可以通过采用高效的调制方式和多址接入技术，提高系统 的传输容量。
无线局域网（WLAN）中的应用
01
高数据传输速率
扩频通信基本原理
在发送端，扩频通信使用特定的扩频码对原始信号进行调制，将其频谱扩展至 更宽的频带范围内。在接收端，通过相同的扩频码对接收信号进行解扩，恢复 出原始信号。
发展历程及现状
发展历程
扩频通信技术经历了从直接序列扩频、跳频扩频到混合扩频 等多个发展阶段。随着无线通信技术的不断进步，扩频通信 技术也在不断发展和完善。
现状
目前，扩频通信技术已广泛应用于军事、民用等各个领域。 在军事领域，扩频通信技术主要用于提高抗干扰能力和保密 性；在民用领域，扩频通信技术则主要用于提高无线通信的 可靠性和数据术可应用于无线通信、卫星通信、移动通信、物联网等领域。其中， 在无线通信领域，扩频通信技术可用于提高抗干扰能力和数据传输速率；在卫星 通信领域，则可提高信号传输的抗干扰性和保密性。
高速移动环境下的性能问题
在高速移动环境下，由于多普勒效应等因素的影 响，扩频通信系统的性能会受到一定影响。解决 方法包括采用抗多普勒效应的技术、设计适用于 高速移动环境的扩频通信系统等。
05
扩频通信技术在现代通信系 统中的应用
移动通信系统中的应用
抗干扰能力强
扩频通信技术通过扩展信号的频谱，使得信号在传输过程中具有较 强的抗干扰能力，能够在复杂的电磁环境中保证通信质量。
混合扩频技术
原理
混合扩频技术是将直接序列扩频、跳频扩频和跳时扩频等多种扩频方式相结合，形成一 种综合的扩频通信技术。通过混合使用不同的扩频方式，可以进一步提高通信系统的抗
第4章跳频扩频通信系统
二、 FH/SS技术的基本原理
2、几个基本概念 快跳频、慢跳频、跳频数N 跳频速率Rh ：频率跳变时间间隔的倒数 码片速率Rc ：频域的最小频率间隔， max (Rh, Rb)，chip 系统总带宽Wss ： N Rc 跳频图案（跳频规律）：通常用时频矩阵图表示。 比如：一个时序为f2、 f4、 f7、 f5、 f3、 f0、 f6的时频矩阵图。 处理增益Gp=N 跳频器：由PN码发生器和频率合成器组成，是FH/SS核心。
c i
pi
qci
3 i2
c i
pi
qci
3p2q
3106
[例4]：c=5， N=1000， NJ=1，则误码率约为
Pe
c irc i源自piqci5 i3
c i
pi
q
ci
10 p3q2
1108
三、 FH/SS系统抗干扰性能分析
[例5]：Rb=1kbps， Wss=15MHz， 试确定跳频数N和跳频速率Rh， 要求在干扰与信号功率比为100:1的情况下，最大误码率为 0.001。
一、概述
用高速PN码选择载波频率，相当于MFSK调制 抗干扰能力极强 本节以BFSK调制为例
二、FH/SS技术的基本原理
1、FH/SS通信系统基本模型
发送信息 信道编码
调制器
跳频
同步 接收信息
信道译码
发PN码 收PN码 调器解
发频合 收频合 解跳
信道 （噪声） （干扰）
二、 FH/SS技术的基本原理
N
Wss Rc
15106 6 103
2500
p N J 100 0.04 N 2500
Pe 3 p2q 0.0046
三、 FH/SS系统抗干扰性能分析
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3.1.3
自适应跳频adaptive frequency hopping
在WIA-PA超帧簇通信阶段的每个时隙，根据实际的信道状况更换通信信道。
3.1.20
跳频frequency hopping
收发信道切换方法，目的为抗干扰和减少信号衰落。
3.1.40
时隙跳频timeslot hopping
为了避免干扰和衰减，按照一定规律，在每个时隙改变收发频率。
AFH Adaptive Frequency Hopping 自适应跳频
AFS Adaptive Frequency Switch 自适应频率切换
FH Frequency Hopping 跳频
TH Timeslot Hopping 时隙跳频
WIA-PA 数据链路层支持基于时隙的跳频机制、重传机制、时分多路访问（TDMA）和载波侦听多路访问CSMA）混合信道访问机制，保证传输的可靠性和实时性。
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8.4.3 时隙通信
8.4.5 信道跳频
WIA-PA 支持跳频通信方式，跳频序列由网络管理者指定。
WIA-PA 支持以下3 种跳频机制：——自适应频率切换（AFS）：在WIA-PA 超帧中，信标Beacon、CAP 和CFP 段在同一个超帧周期使用相同的信道，在不同的超帧周期根据信道状况切换信道。
信道质量差时，即丢包率高于“PLRThreshold”时设备改变通信信道。
参数“PLRThreshold”的容详见6.9.1.2.1；——自适应跳频（AFH）：在WIA-PA 超帧的每个时隙，根据信道状况更换通信信道。
信道状况通过重传次数进行评价。
信道质量差时，如果发送端统计的重传次数达到了“ChannelThreshold”，则从可用信道“IntraChanel[ ]”中按顺序选择下一信道，同时在下一重传时隙利用主信道通知所在簇的接收端（通知过程详见图43）。
如果接收端没有接收到信道切换通知，继续统计接收端的重传次数，达到“ChannelThreshold”时从可用信道“IntraChanel[ ] ”中按顺序选择下一信道在第（ChannelThreshold+2）个重传时隙进行通信。
如果接收端接收到信道切换通知，则更换通信信道,且返回确认信息ACK。
如果发送端没有收到确认信息ACK，则不更换信道，仍然采用主信道重传数据。
如果发送端达到重传上限值“macMaxFrameRetries”，则丢弃当前包，且利用主信道发送下一个包。
如果接收端在切换信道后仍然没有接收到发送端的包，则认为切换信道失败，返回主信道进行通信。
如果发送端在达到重传上限值“macMaxFrameRetries”前与接收端在备选信道上通信成功，则发送端选用备选信道发送下一个包。
非活动期的簇通信段采用AFH 跳频机制。
“ChannelThreshold”、和“IntraChanel[ ]”的取值和含义见6.9.1.2.1。
“macMaxFrameRetries”的含义见IEEE STD 802.15.4-2006；
——时隙跳频（TH）：为了避免干扰和衰减，按照一定规律，在每个时隙改变通信信道。
非活动期的簇间通信段采用TH 跳频机制。
跳频序列的结构为：<timeslot 1, channel 1>
<timeslot 2,channel 2>… <timeslot i, channel i>。
表 28 为WIA-PA 数据链路子层采用的跳频机制。
此外，不同路由设备的活动期使用不同的信道。
如果信道数量不足，则通过 TDMA 来扩大系统容量。
超帧的激活时间由NM 配置。
如图37 所示，假设网络中有3 个路由设备R1，R2，R3，对应的超帧长度分别为1 倍、2 倍和4 倍WIA-PA 基本时间单位。
按照超帧的定义，由于R1 的活动期无法与R2和R3 的活动期实现时间上的复用，而R2 和R3 的活动期可以实现时间上的复用，所以R1 活动期要与R2 和R3 活动期采用不同的信道，而R2 和R3 的活动期可以采用相同的信道。
8.4.7 重传机制
网状结构中的网络管理者和星型结构中的路由设备需要为重传分配时隙。
重传过程同样支持跳频机制。
注：重传次数的阈值在IEEE STD 802.15.4-2006 中定义为“macMaxFrameRetries” ，具体容见IEEE STD 802.15.4-2006。
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为了支持三种跳频机制, 相关设备需要维护一组信道表,包括优质信道表、劣质信道表和回收信道表。
通过信道质量检测指标( RSSI \ LQI \ PRR) 对当前使用信道进行实时监测, 从优质信道表中选取可用信道; 信道质量下降至门限后, 扔到劣质信道表; 周期性更新劣质信道表, 将较好信道送至回收信道表, 在无可用信道后, 从回
收信道表筛选较好信道晋级为优质信道。
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