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跳频通信技术 无线通信抗干扰技术 跳频通信技术的基本原理 2020 1 8 1 FH通信技术的基本原理 1工作原理2几个重要概念3跳频器4FH通信的特点5FH通信系统的主要技术指标 2 2020 1 8 1工作原理 一 跳频技术的概念跳频 扩频 FrequencyHopping SpreadingSpectrum FH SS 技术是将传统的窄带调制信号的载波频率在一个由伪随机序列控制下进行离散跳变 从而实现频谱扩展的扩频技术 FH技术以其优良的抗干扰性能和多址组网性能在军事无线电抗干扰通信 民用移动通信 现代雷达和声纳等电子系统中获得应用 2020 1 8 3 1工作原理 4 2020 1 8 二 FH SS通信系统的基本模型 发射机的频率在一组预先指定的频率下跳变 1工作原理 二 FH SS通信系统的基本模型频率跳变时间间隔的倒数称为跳频速率 简称跳速 用Rh表示 每一跳 Hop 的载波频率是由 伪随机码产生器 产生的编码选定 跳变规律又叫 跳频图案 5 2020 1 8 1工作原理 二 FH SS通信系统的基本模型 6 2020 1 8 窄带信号在基于PN序列的不同载波频率上跳变 1工作原理 二 FH SS通信系统的基本模型跳频图案反映跳变规律 不同用户使用不同的跳频图案 互不干扰 跳频图案通常用跳频时频矩阵图表示 时序为 f3 f7 f2 f4 f8 f1 f6 f5 f2 的时频矩阵图 2020 1 8 7 1工作原理 二 FH SS通信系统的基本模型FH通信系统主要用于传输数字信号 调制方式一般都采用二进制 多进制频移键控 BFSK MFSK 或差分相移键控 DPSK 其主要原因有以下几点 跳频等效为用码序列进行多频频移键控的通信方式 可以直接和频移键控调制相对应 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 8 2020 1 8 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 9 2020 1 8 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 10 2020 1 8 fn为第n个频率跳变时间间隔内的跳变载波频率 跳变载波频率由二进制随机序列来控制 1工作原理 三 FH SS的基本工作原理信号的带宽与功率谱BFSK信号的带宽B 2 f 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 11 2020 1 8 1工作原理 三 FH SS的基本工作原理信号的带宽与功率谱 12 2020 1 8 单频脉冲的功率谱 1工作原理 三 FH SS的基本工作原理信号的带宽与功率谱 13 2020 1 8 频谱仪上观察到的跳频信号频谱 1工作原理 三 FH SS的基本工作原理在接收端 首先要进行解跳 解扩 处理 假定收发跳频码序列严格同步 收端可以产生相应的本地跳变载波信号 用c t 与输入信号进行混频和滤波 得到一个具有固定频率的BFSK中频窄带信号 14 2020 1 8 2020 1 8 15 1工作原理 三 FH SS的基本工作原理FH系统的关键是同步 16 2020 1 8 1工作原理2FH SS通信系统中的几个重要概念3跳频器4FH通信的特点5FH通信系统的主要技术指标 17 2020 1 8 2跳频通信系统的重要概念 1 快跳频和慢跳频跳频系统可分为快跳频 FastFrequencyHopped FFH 系统和慢跳频 SlowFrequencyHopped SFH 系统 目前有两种定义快跳和慢跳的方法 一种按绝对跳频速率来分 一般认为跳频速率小于1000跳 秒的称为慢跳频 大于1000跳 秒的称为快跳频 18 2020 1 8 2跳频通信系统的重要概念 2 码片速率Rc在跳频通信系统中也存在码片 Chip 速率的概念 它与DS系统中码片速率概念不同 在DS系统中 码片速率定义 扩频序列一个码元占据的时间的倒数 在跳频通信系统中 码片速率Rc代表FH MFSK跳频系统在频域的最小频率间隔 19 2020 1 8 2跳频通信系统的重要概念 2 码片速率RcFH MFSK跳频系统中 各离散单频信号按等间隔排列 最小频率间隔等于离散单频信号的驻留时间的倒数 码片速率同时也表示FH MFSK跳频系统的最高系统时钟速率 20 2020 1 8 1工作原理2FH SS通信系统中的几个重要概念3跳频器4FH通信的特点5FH通信系统的主要技术指标 21 2020 1 8 3跳频器 FH系统的核心是跳频器 是由伪码发生器和频率合成器组成 22 2020 1 8 跳频数和跳频速率是决定整个跳频系统性能的主要参数 3跳频器 跳频数和跳频速率是决定整个跳频系统性能的主要参数跳频数增加则扩展的频谱越宽 系统的处理增益就愈大 跳频速率越高 就可适应高速数据传输 并有效地抑制干扰 特别是人为转发式干扰 跳频数和跳频速率也决定了伪码发生器和频率合成器的结构和指标 它要求频率合成器输出频谱要纯 转换速率要高 达到稳定的时间要短 具有低噪声性能 23 2020 1 8 1FH通信技术的基本原理 1工作原理2FH SS通信系统中的几个重要概念3跳频器4FH通信的特点5FH通信系统的主要技术指标 24 2020 1 8 4跳频通信的特点 抗干扰能力强具有选址能力 可实现码分多址通信 FH CDMA 在多径和衰落信道中传输性能好易于和其它调制类型的扩展频谱系统结合易于与现有的常规通信体制兼容 2020 1 8 25 4跳频通信的特点 跳频信号干扰信号跳频信号被压制 跳频系统抗单频干扰能力示意图 2020 1 8 26 1FH通信技术的基本原理 1工作原理2FH SS通信系统中的几个重要概念3跳频器4FH