跳频通信技术资料课件.ppt

1、跳频通信技术2解放军理工大学通信工程学院22022-5-30FH通信技术的基本原理通信技术的基本原理1 工作原理工作原理2 几个重要概念几个重要概念 3 跳频器跳频器4 FH通信的特点通信的特点5 FH通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标22022-5-30跳频通信技术3解放军理工大学通信工程学院32022-5-301 工作原理工作原理一、跳频技术的概念一、跳频技术的概念跳频跳频/扩频（扩频（Frequency Hopping/Spreading SpectrumFH/SS）技术是）技术是将传统的窄带调制信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号的载波频率在一个由

2、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。雷达和声纳等电子系统中获得应用。跳频通信技术4解放军理工大学通信工程学院42022-5-301 工作原理工作原理发送信息发送信息 接收信息接收信息 信道编码信道编码 信道译码信道译码 调制器调制器 跳频跳频 解调器解调器 解跳解跳 信信 道道 （噪声）（噪声） （干扰）（干扰） 同步同步 发频合发频合 收频合

3、收频合 发发 PN 码码 收收 PN 码码 42022-5-30二、二、FH/SS通信系统的基本模型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发射机的频率在一组预先指定的频率下跳变 跳频通信技术5解放军理工大学通信工程学院52022-5-301 工作原理工作原理二、二、FH/SS通信系统的基本模型通信系统的基本模型频率跳变时间间隔的倒数称为频率跳变时间间隔的倒数称为跳频速率跳频速率，简称跳，简称跳速，用速，用Rh表示。表示。每一跳（每一跳（Hop）的载波频率是由）的载波频率是由“伪随机码产生伪随机码产生器器”产生的编码选定。产生的编码选定。跳变规律又叫跳变规律又叫“跳频图案跳频

4、图案” 。52022-5-30跳频通信技术6解放军理工大学通信工程学院62022-5-301 工作原理工作原理二、二、FH/SS通信系统的基本模型通信系统的基本模型62022-5-30窄带信号在基于窄带信号在基于PNPN序列的不同载波频率上跳变序列的不同载波频率上跳变跳频通信技术7解放军理工大学通信工程学院72022-5-301 工作原理工作原理二、二、FH/SS通信系统的基本模型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频图案，互不干扰。跳频图案通常用跳频时频矩阵图表示。阵图表示。 时序为

5、时序为(f3,f7,f2,f4,f8,f1,f6,f5,f2)的时频矩阵图的时频矩阵图 跳频通信技术8解放军理工大学通信工程学院82022-5-301 工作原理工作原理二、二、FH/SS通信系统的基本模型通信系统的基本模型FH通信系统主要用于传输数字信号，通信系统主要用于传输数字信号，调制方式调制方式一般都采用二进制一般都采用二进制/多进制频移键控多进制频移键控（BFSK/MFSK）或差分相移键控（）或差分相移键控（DPSK），），其主要原因有以下几点：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，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

6、。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，而的，因此，在解跳后往往采用非相干解调方式，而MFSK和和DPSK具有良好的非相干解调性能。具有良好的非相干解调性能。82022-5-30跳频通信技术9解放军理工大学通信工程学院92022-5-301 工作原理工作原理三、三、FH/SS的基本工作原理的基本工作原理以最简单的不编码的以最简单的不编码的FH/BFSK系统为例来说明系统为例来说明FH/SS的基本原理的基本原理 传统的传统的BFSK调制信号可以表示成：调制信号可以表示成：

7、 92022-5-30BFSK0nnbbs(t)2 cos(2t2) 1 , 1 1 Pfdf tdnTtnT 跳频通信技术10解放军理工大学通信工程学院102022-5-301 工作原理工作原理三、三、 FH/SS的基本工作原理的基本工作原理不编码的不编码的FH/BFSK信号可以表示为：信号可以表示为：102022-5-30/0( )2cos(222) 1 FH BFSKnnbbstPf tf tdf tnTtnT fn为第为第n个频率跳变时间间隔内的跳变载波频率。跳变载波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。频率由二进制随机序列来控制。跳频通信技术11解放

8、军理工大学通信工程学院112022-5-301 工作原理工作原理三、三、 FH/SS的基本工作原理的基本工作原理信号的带宽与功率谱信号的带宽与功率谱BFSK信号的带宽信号的带宽B=2f=1/Tb=Rb是一个窄带信号，而是一个窄带信号，而FH/BFSK信号占据带宽信号占据带宽Wss= 2LB。同同DS的瞬时宽带频谱不一样，跳频信号在每一瞬间是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。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。跳频信号每个频率点上具有相同的功率。112022-5-30跳频通信技术12解放军理工大学通信工程

9、学院122022-5-301 工作原理工作原理三、三、 FH/SS的基本工作原理的基本工作原理信号的带宽与功率谱信号的带宽与功率谱122022-5-30单频脉冲的功率谱跳频通信技术13解放军理工大学通信工程学院132022-5-301 工作原理工作原理三、三、 FH/SS的基本工作原理的基本工作原理信号的带宽与功率谱信号的带宽与功率谱132022-5-30频谱仪上频谱仪上观察到的观察到的跳频信号跳频信号频谱频谱跳频通信技术14解放军理工大学通信工程学院142022-5-301 工作原理工作原理三、三、 FH/SS的基本工作原理的基本工作原理在接收端，首先要进行解跳（解扩）处理，假定在接收端，首

10、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：本地跳变载波信号：用用c(t)与输入信号进行混频和滤波，得到一个具与输入信号进行混频和滤波，得到一个具有固定频率的有固定频率的BFSK中频窄带信号中频窄带信号142022-5-301nbbc( ) cos(22) 1 tf tf tnTtnT 2( )2cos(22) 1 nbby tPf tdf tnTtnT 跳频通信技术15解放军理工大学通信工程学院152022-5-301 工作原理工作原理三、三、 FH/SS的基本工作原理的基本工作原理FH系统的关键是同步。

11、系统的关键是同步。152022-5-30跳频通信技术16解放军理工大学通信工程学院162022-5-301 工作原理工作原理2 FH/SS通信系统中的几个重要概念通信系统中的几个重要概念 3 跳频器跳频器4 FH通信的特点通信的特点5 FH通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标162022-5-30跳频通信技术17解放军理工大学通信工程学院172022-5-302 跳频通信系统的重要概念跳频通信系统的重要概念1、快跳频和慢跳频、快跳频和慢跳频跳频系统可分为快跳频（跳频系统可分为快跳频（Fast Frequency HoppedFFH）系统和慢跳频）系统和慢跳频(Slow Frequenc

12、y HoppedSFH)系统。系统。目前有两种定义快跳和慢跳的方法：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一种按绝对跳频速率来分，一般认为跳频速率小于于1000跳跳/秒的称为慢跳频，大于秒的称为慢跳频，大于1000跳跳/秒的称秒的称为快跳频。为快跳频。172022-5-30跳频通信技术18解放军理工大学通信工程学院182022-5-302 跳频通信系统的重要概念跳频通信系统的重要概念2、码片速率、码片速率 Rc在跳频通信系统中也存在码片（在跳频通信系统中也存在码片（Chip）速率的概）速率的概念，它与念，它与DS系统中码片速率概念不同。系统中码片速率概念不同

13、。在在DS系统中，码片速率定义：扩频序列一个码元系统中，码片速率定义：扩频序列一个码元占据的时间的倒数。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跳频系统在频域频域的最小频率间隔。182022-5-30跳频通信技术19解放军理工大学通信工程学院192022-5-302 跳频通信系统的重要概念跳频通信系统的重要概念2、码片速率、码片速率 RcFH/MFSK跳频系统中，各离散单频信号按等间跳频系统中，各离散单频信号按等间隔排列，隔排列，最小频率间隔等于离散单频信号的驻留最小频率间隔等于离散单频信号的驻留时间的倒数时间的倒数。码片速率同时也表示码片速率同时也表示FH/MFSK

14、跳频系统的最高跳频系统的最高系统时钟速率。系统时钟速率。192022-5-30跳频通信技术20解放军理工大学通信工程学院202022-5-301 工作原理工作原理2 FH/SS通信系统中的几个重要概念通信系统中的几个重要概念 3 跳频器跳频器4 FH通信的特点通信的特点5 FH通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标202022-5-30跳频通信技术21解放军理工大学通信工程学院212022-5-303 跳频器跳频器FH系统的核心是跳频器，是由伪码发生器和频率合系统的核心是跳频器，是由伪码发生器和频率合成器组成。成器组成。212022-5-30 跳频频率 （2L个频率点） （2L个符号）

15、时钟 (Rh) 频率合成器 跳频码发生器 跳频数和跳频速率是决定整个跳频系统跳频数和跳频速率是决定整个跳频系统性能的主要参数。性能的主要参数。跳频通信技术22解放军理工大学通信工程学院222022-5-303 跳频器跳频器跳频数和跳频速率是决定整个跳频系统跳频数和跳频速率是决定整个跳频系统性能的主要参数性能的主要参数跳频数跳频数增加则扩展的频谱越宽，系统的处理增益增加则扩展的频谱越宽，系统的处理增益就愈大；就愈大；跳频速率跳频速率越高，就可适应高速数据传输，并有效越高，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。地抑制干扰，特别是人为转发式干扰。跳频数和跳频速率跳频数和跳频速

16、率也决定了伪码发生器和频率合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，具要纯，转换速率要高，达到稳定的时间要短，具有低噪声性能。有低噪声性能。 222022-5-30跳频通信技术23解放军理工大学通信工程学院232022-5-301FH通信技术的基本原理通信技术的基本原理1 工作原理工作原理2 FH/SS通信系统中的几个重要概念通信系统中的几个重要概念 3 跳频器跳频器4 FH通信的特点通信的特点5 FH通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标232022-5-30跳频通信技术24解

17、放军理工大学通信工程学院242022-5-304跳频通信的特点跳频通信的特点 抗干扰能力强抗干扰能力强具有选址能力，可实现码分多址通信具有选址能力，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易于与现有的常规通信体制兼容跳频通信技术25解放军理工大学通信工程学院252022-5-304跳频通信的特点跳频通信的特点 跳频信号跳频信号 干扰信号干扰信号 跳频信号被压制跳频信号被压制跳频系统抗单频干扰能力示意图跳频系统抗单频干扰能力示意图跳频通信技术26

18、解放军理工大学通信工程学院262022-5-301FH通信技术的基本原理通信技术的基本原理1 工作原理工作原理2 FH/SS通信系统中的几个重要概念通信系统中的几个重要概念 3 跳频器跳频器4 FH通信的特点通信的特点5 FH通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标262022-5-30跳频通信技术27解放军理工大学通信工程学院272022-5-305跳频通信系统的主要技术指标跳频通信系统的主要技术指标 抗干扰能力指标（干扰容限）抗干扰能力指标（干扰容限）多址通信能力指标（通信容量）多址通信能力指标（通信容量）同步性能指标（平均捕获时间和同步精度）同步性能指标（平均捕获时间和同步精度）解扩解调误码性能指标（误码率）解扩解调误码性能指标（误码率）