第五章 跳频扩频通信技术
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。
跳频扩频通信技术资料整理
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。
---------------------------------------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。
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。
跳频扩频通信技术资料整理
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。
跳频通信
跳频原理
跳频的原理是：按全预设的程序，自动操控内所有台站在一秒钟内同步改变频率多次，并在每个跳频信道上 短暂停留。周期性的同步信令从主站发出，指令所有的从站同时跳跃式更换工作频率。
为什么要使用跳频技术
采用跳频技术是为了确保通信的秘密性和抗干扰性。与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以被截获。只 要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获我方的通信内容。同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有 部分频点被干扰，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。由于跳频通信系统是瞬时窄带系统，它易于与 其他的窄带通信系统兼容，也就是说，跳频电台可以与常规的窄带电台互通，有利于设备的更新。
功能和特性
常规和自适应跳频
快速和慢速跳频
调制解调方法
跳频通信一般分为两种：跳频频率高于信元码率时，称作快速跳频。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。
慢速调频的特点是按照固定的间隔改变一个信道使用的频率。2G中GSM采用的就是慢速调频。根据GSM的建议， 基站无线信道的跳频是以每一个物理信道为基础的，因此对于移动台来说，只需要在每个帧的相应时隙跳变一次 即可，即每秒跳217次。它在一个时隙内用固定的频率发送和接收，然后在该时隙后需跳到下一个TDMA帧，由于 监视其它基站需要时间，故允许跳频的时间约为lms，收发频率为双工频率。相对来说实现简单。
跳频技术的发展
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 bps。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，软件无线电的概念也已逐渐应用到新型的跳频电台中。 短波自适应跳频电台已经在当前的军事通信中占有了很重要的一部分。与VHF/UHF频段不同，短波信道有许多固 有特点，例如，受多径时延、幅度衰落、天气变化等因素的影响，信道条件变化莫测。但是随着各种新技术的出 现，短波通信的可靠性得到了技术上的保证，而自适应跳频技术就是这些新技术中的一种。它通过分析波段上的 频率占用率，自动搜索无干扰或未被占用的跳频信道进行跳频，不仅避免了自然干扰，也不会受到短波频谱大量 占用的影响。它会根据需要自动地改变跳频序列，有效的适应恶劣环境。它在海湾战争中体现出的优越性引起了 各国的高度重视。
跳频扩频通信技术资料整理
跳频扩频通信技术资料整理跳频扩频（FHSS）和直接序列扩频（DSSS）是无线通信中的两种主要扩频技术。
这些技术被广泛应用于军事通信、卫星通信、蓝牙、Wi-Fi和无线局域网等领域。
该技术可提供更高的数据传输速率和更强的抗干扰性能。
接下来，本文将对跳频扩频技术进行资料整理。
跳频扩频（FHSS）是一种位于物理层的扩频技术，其原理是将信号频率在信号传输的过程中快速变化。
跳频通信利用一组由发送者和接收者共同协商的序列来决定在哪个频率上进行通信。
这些序列会在发送数据的过程中跳跃到不同的频率上，从而使信号分散，并且更难以被干扰或窃听。
不同的跳频序列可以使用不同的跳频速率，使得信号速率可以根据需求进行调整。
这一技术提供了更大的带宽，并使用户能够在具有多通道干扰的环境中进行通信。
跳频扩频通信系统具有良好的抗干扰性能，不易被干扰或窃听。
直接序列扩频（DSSS）是通过对数据流进行编码和调制来实现的扩频技术。
在DSSS中，发送数据的二进制编码在传输前被直接扩展为长码。
长码的位数比原二进制编码数高得多，因此可以用来扩展数据，使其在频域上占用更多带宽。
在接收端，需要使用相同的长码来解码接收信号。
DSSS技术可以在信号传输过程中伪装数据，从而提高传输数据的安全性。
DSSS可以减少其他通信设备对传输信号的干扰，并提供全双工通信功能。
这一技术在高速数据传输和较短距离的无线连接等应用中广泛应用。
为了实现跳频扩频技术，需要使用一些特定的硬件和软件组件，包括跳频序列产生器、频道扫描机和信号误差控制器。
这些设备和组件可以提供更高的数据传输速率、更好的抗干扰性能和更安全的通信环境。
一般来说，跳频扩频技术的应用需要进行一定的设备配置和技术支持，在实际应用中需要谨慎考虑。
需要注意的是，跳频扩频技术并不是万能的，对其的攻击方式也会随着技术的发展而不断升级。
例如，攻击者可以利用定向天线、模拟拦截器、信号干扰发生器等设备对跳频扩频通信进行攻击。
因此，在实际应用中应该密切关注技术的演进，并将需要进行相应的安全措施和设备防御。
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 )
09
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。
05
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
12
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。
10
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 )
跳频扩频技术-毕业论文外文翻译
跳频扩频技术跳频扩频（FHSS）的传输无线电信号，通过快速切换方法的载波频率在许多渠道，使用伪随机序列发射器和接收器。
它是利用作为多址接入方法在跳频码分多址接入（FH-CDMA）的计划。
扩频传输提供一个固定的频率传输的三个主要优点：1.扩频信号是高抗窄带干扰。
重新收集传播信号的过程中展开的干扰信号，使其回落到后台。
2.扩频信号是难以拦截。
一个跳频信号只出现在窄带接收机的背景噪声的增加。
窃听者只能够拦截传输，如果被称为伪随机序列。
3.扩频传输，可以与许多传统的传输类型的频带，以最小的干扰。
扩频信号加噪音极小狭窄的高频通信，反之亦然。
作为一个结果，可以更有效地利用带宽。
历史跳频的概念跳频首次提到在1903年美国专利723188 美国专利725605 特斯拉在1900年7月。
特斯拉来到展示了世界上第一个无线电遥控潜水船在1898年，当它成为明显的控制无线信号的船需要的是从安全“受到干扰，拦截，或以任何方式干预后的想法。
”他的专利涉及两个根本不同的技术实现的抗干扰能力，这两个的作用，通过改变载波的频率或其他专属特性。
首先有一个发射器，同时在两个或两个以上的不同频率和一个接收器，在每一个人的传播频率进行调整，为了控制电路响应，工作。
第二种方法使用可变频率的发射器，由一个编码轮，在预定的方式改变发射频率控制。
这些专利描述跳频频率的基本原则和频分复用，电子与门的逻辑电路。
跳频无线电先驱乔纳森Zenneck的书无线电报（德国，1908年，英文翻译McGraw Hill出版社，1915）也提到，虽然Zenneck自己指出，德律风根已经尝试过了几年前。
zenneck的书是一个时间领先的文本，它是可能的，许多后来的工程师们意识到这一点。
德国军队在第一次世界大战中，英国的力量，没有技术，按照顺序，以防止窃听有限使用固定指挥点之间的通信跳频。
一位波兰工程师，伦纳德Danilewicz ，来到了在1929年的想法。
在20世纪30年代被其他几个专利，包括一个由威廉Broertjes（德国1929年，美国专利1869695 ，1932年）。
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
扩频通信系统中跳频技术的研究的开题报告
扩频通信系统中跳频技术的研究的开题报告一、研究背景随着通信技术的发展，移动通信、卫星通信、无线局域网等通信技术的普及，对于频率资源的要求越来越高，频率资源的稀缺性和有限性也愈发明显。
扩频通信技术具有带宽利用率高、抗干扰能力强等优点，在现代通信系统中得到了广泛的应用。
而在扩频通信系统中，跳频技术是一种既能提高系统安全性，又能增加频率资源利用效率的重要技术。
二、研究内容本文将对跳频技术在扩频通信系统中的应用进行研究，主要包括以下内容：1. 跳频技术在扩频通信系统中的基本原理和特点，以及与传统频分复用技术的比较分析。
2. 跳频序列设计的方法和技巧，以及跳频序列的评价指标和分析方法。
3. 跳频信号的特性和传输过程中的抗干扰性能，包括干扰模式分析、抗干扰技术优化等。
4. 基于跳频技术的扩频通信系统的系统设计和实现，包括构建跳频序列、系统参数设置、硬件实现等。
5. 系统性能测试和仿真分析，包括系统的抗噪声性能、误码率等指标的测试、仿真分析等。
三、研究意义1. 探究跳频技术在扩频通信系统中的应用流程和工作原理，为设计更加安全、稳定、高效的扩频通信系统提供参考。
2. 系统研究跳频技术的序列设计与编码技术、抗干扰技术等，确保系统的稳定性和抗干扰能力。
3. 对于扩频通信系统的性能测试和仿真分析，有助于评估系统的抗干扰性、数据传输速率和误码率等参数，为系统的实际应用提供支持。
四、研究方法和技术路线本文采用文献和资料研究法、理论分析和实验数据对比法相结合的研究方法，具体研究路线为：1. 文献调研和综述：对跳频技术在扩频通信领域的发展历史、研究现状、应用现状等进行综述和总结。
2. 理论分析和算法设计：通过理论分析和算法设计，探究跳频技术在扩频通信系统中的基本原理和特点，同时设计跳频序列和编码技术。
3. 抗干扰技术研究：研究跳频信号传输过程中的干扰模式和抗干扰技术优化，提高系统的抗干扰能力和通信质量。
4. 系统设计和实现：基于理论分析和算法设计，进行系统设计和实现。
物联网无线通信模块跳频扩频技术
无线通信秘密之——跳频扩频
什么是跳频扩频技术？
跳频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum , FHSS）是指用伪随机码序列进行频移键控（FSK），使载波频率不断跳变而扩展频谱的一种方法，它利用整个带宽（频谱）并将其分割为更小的子通道。
发送方和接收方在每个通道上工作一段时间，然后转移到另一个通道。
这样就能保证在数据传输的时候，这样即使在通信线路受到阻碍（干扰）或者信道损坏的情况下，无线通信也能使用自动检测跳频技术，通过其他的信道正常的进行数据传输，非常适用于对于通信抗干扰要求高的应用场景。
自动跳频扩频技术的具体应用
目前在市面上采用FHSS技术所开发的产品不在少数，用途也是千变万化，但是基本理论以及应用原理是不变的，亿佰特的E62系列就是应用其跳频技术的一员，今天我们以亿佰特的 E62-433T20D为例，来具体了解一下如何实现跳频。
1.跳频指令设置
（1）出厂默认参数
（2）跳频参数设置指令
随着跳频技术的发展，其应用也越发广泛，战场通讯、GSM手机、Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等中都可见到它的身影。
无线通信主要面临两方面的挑战：外部干扰和多径衰退。
使用跳频技术最主要的目的就是提高通信的抗干扰能力。
不过跳频本身也存在一些局限性，比如信号隐蔽性差、抗多频干扰以及跟踪式干扰能力有限等。
现在大多数应用更多是将直接序列扩频和跳频进行组合应用，以提高其综合性能。
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 ）
跳频通信技术.正式版PPT文档
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。
解放军理工大学通信工程学院
2021/6/18
8 88
跳频通信技术
1 工作原理
三、FH/SS的基本工作原理
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：
sBFSK(t) 2Pcos(2f0t2dnft)
dn1, 1
nTbtn1Tb
解放军理工大学通信工程学院
2021/6/18
9 99
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：
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。
f
f8
f7
f6
f5
f4
f3
f2
f1
t
0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T
y(t) 2Pcos(2f2t2dnft)
nTbtn1Tb
解放军理工大学通信工程学院
2021/6/18
14144
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。
解放军理工大学通信工程学院
2021/6/18
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
FH/MFSK信号的检测
❖ SFH中，1个Chip对应一个MFSK调制符号，那么N个跳频频率中有J个遭受到相同
频率的窄带干扰，而且干扰功率大于信号功率，检测时出现J个符号错误，传输错误
率为： ❖ 例如：N=1000,J=1,则pe=10-3.
pe
J N
❖ FFH中，m个Chip对应一个MFSK调制符号，采用“m中取r”的大数判决，可降低
由于相位（φi-φj）的随机性，满足正交性条件的唯一方法是让不同信号音频率之
间的频率间隔为 fi-fj=n/Ts
故给定的两相邻音频率的最小频率间隔Δf=1/Ts
❖
正交排列下MFSK信号占据的频带宽度为：BF
1 (M 1) Ts
非相干MFSK调制
MFSK调制器：用频率选择方式实现的，M个频率由k=lbM位输入信息比特确定。
误率为：
pe
J N
❖ FFH中，m个Chip对应一个MFSK调制符号，采用“m中取r”的大数判决，可降 低符号检测错误率。误符号率为：
m
ps Cmx p1xqmx xr
❖ 式中：p1=J/N，为1个Chip传送1个符号的错误率； q=1-p1，为1个Chip传送的正确概率； r称为使一个符号错判所必须的误Chip数； Cmx 为m个Chip中受到干扰的Chip数x的组合。
求阶数n=k=20,则该序列周期为 p=2n-1=220-1=1048575
非相干MFSK调制
• MFSK使基带信号频率按照M个不同的信息调制符号来改变，对应有M个 频位，其表示为
si (t) Acos(it i )g(t iTs )
式中：Ts表示信息符号持续时间； fs=ωi/2π表示对应某个调制符号的载波频率 φi表示随机初相位
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,...}
也应满足 Δf≥B1，所以跳频总信道数为N,则跳频信号的射
频带宽B为：
B=NB1
• 扩频增益：
Gp=N
• 由k比特PN码元组合的频率控制字来决定一个频率点，故
2k决定了跳变频率数：
N=2k
跳频系统基本构成
• 例5-1 若一跳频系统的跳频信号带宽B=400MHz，信息调制信号带宽等于 400Hz。
（1）求可用的跳频频率数N等于多少? （2）求频率控制字所需的PN序列码片的最小数目等于多少？ 该PN码如果用m序列产生，则其阶数和序列周期是多少？
符号检测错误率。误符号率为：
m
ps Cmx p1xqmx xr
❖ 式中：p1=J/N，为1个Chip传送1个符号的错误率；
q=1-p1，为1个Chip传送的正确概率；
r称为使一个符号错判所必须的误Chip数；
采用FFH的错误 率下降了
Cmx 为m个Chip中受到干扰的Chip数x的组合。
非相干MFSK调制
MFSK解调器：由M个带通滤波器及其后接M个包络检波器组成的能量检测方式构 成的。
5.2 基于MFSK调制的慢跳频和快跳频
发送跳频信号为： s(t) A cos[2 ( fi f j )t i j ] 式中：fj表示用户跳频图案中某个载频；
φj为fj相应的随机相位
FH/MFSK信号的检测
❖ 接收的跳频信号可以表示为:
r(t) Ar cos[2 ( fi f j )t r ]
❖ 经中频滤波器后可得到固定的中频频率上MFSK信号rI(t):
rI (t) Ar cos[2 ( fi fI )t r ']
FH/MFSK信号的检测
❖ SFH的每个MFSK调制符号是由单一跳频频率（或单一Chip）形成的，在信道传 输中，如果该频率遭受干扰，可能导致调制符号检测错误而误码。
❖ FFH的每个MFSK调制符号是由信道传输中多个跳频频率（或多个Chip）形成的， 在信道传输中多个Chip同时遭受干扰的概率很小。
FH/MFSK信号的检测
❖ SFH中，1个Chip对应一个MFSK调制符号，那么N个跳频频率中有J个遭受到相同
频率的窄带干扰，而且干扰功率大于信号功率，检测时出现J个符号错误，传输错
❖ 例如假定FH收发机之间的距离为18km，干扰机距FH发信机与收信机之间
的距离和为30km，则
d
18 103 3108
60 s
， r
30 103 3108
100s
若不考虑干扰机的设备中继时间，则最小跳频速率应为
Rc
r
1 d
1 40 106
25000跳 / s
第五章 跳频扩频通信技术
❖
❖
❖
❖
跳 跳 基跳
频 频 于频
MFSK
通器
系
信
统
的
的基
应
慢本
用
跳构
频成
与与
快调
跳制
频
5.1 跳频系统基本构成与调制
• 基本构成 跳频扩频系统是用伪随机序列构成跳频指令来控制频率
合成器的，使信息调制谱在一个宽频域内多个载波频率中随 机跳变，从而有效地躲避干扰。
跳频系统基本构成
相干解调与非相干解调的区别
• 1、非相干解调就是说，在解调时不需要提取载波信息来进行 解调； 实现效果不太好，但电路简单容易实现。
• 2、相干解调就是说，在解调时，首先要通过锁相环提取出载 波信息，通过载波信息与输入的信息来解调出信号； 实现的质量好，但电路复杂，难以实现，需要同步解调信号
• 因此，可以看出，相干解调的性能肯定要优于非相干解调。 而实际中，也是如此，大都采用相干解调，因此锁相环也是 实际中比较关键的部件。
4000跳/s
BdF (2k 1)Rc 9 4 103 36kHz
Bs NBdF 1000 36 103 36MHz
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。
BF
1 Ts
(M
1)
(2k 1) kTa
❖ Rc<Rs，这样每个chip频点上跳频信号在MFSK调制符号持续时间内发送的
是一个窄带信号，瞬时频带宽度速率较高的Rs决定，也即MFSK占据的频
带宽度确定：
Bds
BF
(2k 1) k
Ra
❖ Rc<Rs，Tc=mTa;假设m=4，则有Tc=2Ts=4Ta,这样一个Chip的频率跳变点上
图5-6 非相干MFSK调制的跳频发送器框图
5.2 基于MFSK调制的慢跳频和快跳频
❖ 参数：
① 信息比特的码元宽度Ta(比特速率Ra=1/Ta) ② 调制符号宽度Ts，由k比特信息码元确定。Ts=kTa=TalbM ③ 调制符号速率Rs。 ④ 跳频的频率驻留时间Tc，跳频速率Rc
❖ 慢跳频方式
Ts=kTa,则 Rs>Rc,表示一个频率跳变点上对应着几个调制符号或者多个信 息比特
图5-8 4FSK(N=6,Tc=Ts/4=Ta/2)快跳频的时频关系图
快跳频和慢跳频对比
慢跳频
快跳频
总频带 优点 缺点
Ts=kTa，Tc=mTa
Tc=Ts/m
Bs
N
g(2k k
1)
gRa
成本低
易受突发错误和多径干扰的影响
Bs N (2k 1)Ra
频率分集，有利于符号检测， 降低误符号率 技术难度大，成本高
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。
例如：p1=10-3,m=3，r=2, 得到误符号率为：
3
ps C3x p1x (1 p1 )3x 3 p12 (1 p1) p13 3106 x2
FH/MFSK信号的检测
❖ 军用上常用转发式干扰机将FH信号接收下来，放大并加入噪声污染，然后 转发出去对FH接收机实现干扰。
（3）如果FH机收发信机传播距离为30km，干扰机应处在什么范围内才能发 挥干扰功能？
解：（1）k=lbM,M=8,得k=3.已知Ra=2.4kb/s，则
Ta
1 2.4
103 s
Ts
kTa
3Ta
3 2.4
103 s
Tc
Ts m
Ts 5
3 103 s 12
Rc
1
TC
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
• 跳频速率Rc:
11 Rc Tc T ' Tc