跳频组网及自适应跳频.ppt

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1、跳频组网n跳频网络拓扑结构n跳频组网方式n跳频组网过程n跳频参数管理n跳频通信系统的密钥枪1一、跳频网络拓扑结构1.1.网络拓扑结构网络拓扑结构 网络拓扑结构：星形(a)、环形(b)、网形(c)、树形(d)和总线形(e)，如图示:2网络拓扑结构(a)星形网：星形网中心节点为控制节点，任意两节点间的通信最多只要两步。优点：传送平均延时小、结构简单、建网容易。缺点：可靠性低、中心节点易成为网络的瓶颈，一旦故障将导致整个网络瘫痪。主要适用于集中控制系统。3网络拓扑结构(b)环形网：环形网为一个封闭的环形，各节点通过中继器连入网内，各中继器间由点到点链路首尾连接，信息沿环路单向传送。优点：简化路径选择

2、的控制、可靠性高、当网络确定后，延时固定不变，实时性强。缺点：不便于扩充、节点较多时，影响传输率。4网络拓扑结构(c)网形网：网形网也称全可联形或者分布式结构，节点之间有多条路径可供选择，具有较高的可靠性。优点：通信速度快、网络可靠性高。缺点：建网投资大、灵活性差。5网络拓扑结构(d)树形网：树形网是天然的分级结构。优点：相对于星形网，节点扩充灵活，寻径比较方便。缺点：除叶节点及其相连的线路外，非主节点或其相连的线路出现故障都会使网络局部受到影响，且一旦主节点发生故障会导致整个网络瘫痪。适用于分级控制系统，在军事上有广泛应用。6网络拓扑结构(e)总线形网：总线形网中的各个节点连接在一条总线上。

3、优点：结构简单、节点扩展灵活方便。缺点：网络对总线本身的故障比较敏感，一旦总线某个部位开路，可造成整个网络瘫痪。7跳频网络拓扑结构2.2.跳频跳频网络拓扑结构网络拓扑结构 为了在强干扰环境中实现有效的通信，并避免己方电台之间的互相干扰，必须合理组网。跳频通信电台组网，一般采用树形拓一般采用树形拓扑结构扑结构。8二、跳频组网方式1.1.跳频组网分类跳频组网分类 跳频通信装备的组网，主要包括频分组网和码分组网两大类。频分组网频分组网：不同的跳频网络使用不同的跳频频率。实现方法：（1）将工作频段划分为多个分频段，不同的跳频网络工作在不同的分频段；（2）在全频段内选取频率，但各跳频网络的跳频频率表彼此

4、没有相同的频率。码分组网（跳频序列不同）码分组网（跳频序列不同）：所有跳频网络在相同的跳频频率表上跳频，不同的跳频网络使用不同的跳频序列，依靠跳频序列的正交性或准正交性来区分不同的跳频网络。9跳频组网分类 实际应用中通常将频分组网和码分组网结结合使用合使用。n首先，在可用的工作频段上按照频分组网方式编制出多个跳频频率表，将跳频网络数量基本均分在各跳频频率表上。n然后，在各跳频频率表上进行跳频码分组网。10跳频组网分类这样安排的优点：n可以充分利用频率资源n不同的跳频频率表上的跳频网络之间基本不存在相互干扰，同一个跳频频率表上的跳频网络之间的相互干扰可大大减少n可增加敌方侦查分选和跟踪干扰的难度

5、11跳频组网分类（1）根据是否具有统一的时间基准，跳频码分组网方式可分为同步组网和异步组网。（2）根据跳频序列的汉明相关性能，跳频码分组网方式可分为正交组网和非正交组网。综合考虑上述两种情况可知，跳频码分组网方式有：n同步正交组网n同步非正交组网n异步非正交组网12同步正交组网2.2.同步正交组网同步正交组网 所有的网在统一的时钟下使用同一个跳频频率表进行同步跳频，在每个时刻，不同的网络发射彼此互不相同的频率。不同的网络通常使用不同的跳频序列，在每个时刻，不同的网络发射彼此互不相同的频率，如表1-1所列。不同的网络也可以使用同一个跳频序列（同一跳变规律），但在时间上必须是错开的，如表1-2所列

6、。13同步正交组网14同步正交组网 部分观点认为，同步正交组网必定如表1-2一样使用同一个跳频序列。这是片面的，如果存在传输延时，网络之间的相互干扰将很大。实际上，表1-1中使用不同跳频序列实现同步正交组网的效果更好，即使存在时间上的延时，网络之间的相互干扰也很小。15同步正交组网同步正交组网的特点：同步正交组网的特点：n组网数量：组网数量：通常小于跳频频率数，但仍远大于异步组网的数量。n建网速度：建网速度：建网速度较慢，建立过程时间长。n同步保持：同步保持：必须依靠跳频网络间时钟信息的频繁交换来实现，难 度较大。n网间干扰：网间干扰：不存在跳频网络之间的相互干扰（不存在时延时）。16同步正交

7、组网n抗侦察性：抗侦察性：在任一时刻，各个网络在所有频率中选择发射互不相同频率，使得敌方侦察接收机难以确定跟踪干扰对象。n抗干扰性：抗干扰性：只要阻塞跳频频率表中约1/3的频率，就可以有效干扰所有跳频网。抗阻塞干扰能力较差。n安全性能：安全性能：对于使用表1-2中的正交跳频序列族的跳频网（使用同一个跳频序列，但在时间上频率错开），如果有一部参数未清除的电台落入敌方手中，则敌方可监听我方所有的跳频网，非常危险，安全性不好。因此，应当使用表1-1那样的正交序列族（使用不同的跳频序列）。n实现难度：实现难度：需要高精度的时间基准，实现难度很大。17同步非正交组网3.3.同步非正交组网同步非正交组网

8、所有的网在统一的时钟下使用同一个跳频频率表进行同步跳频，不同的网络通常使用不同的跳频序列，但是，在某些时刻，不同的网络有可能发射相同的频率，如表1-3所列。在同步组网时，如果允许不同网络之间存在一定的碰撞次数，则可设计出更多的跳频序列，分配给更多的网络使用。例如，表1-3中的每一个跳频序列的所有移位序列，都可以分配给不同的网络使用，如表1-4所列。18同步非正交组网19同步非正交组网20同步非正交组网 并不是所有网络能够同时工作，如果同时工作，每个网络在任意时刻总会遇到其他网络的干扰。例如，对于表1-4中的序列1a，在时刻0将会遇到序列2a，3a，4a，5a，6a的碰撞，在时刻1将会遇到序列2

9、d，3e，4b，5c，6f的碰撞，在时刻2将会遇到序列2g，3b，4c，5e，6d的碰撞，在时刻6将会遇到序列2e，3d，4g，5f，6c的碰撞。这样每一时刻都有碰撞。21异步非正交组网4.4.异步非正交组网异步非正交组网 异步组网时，系统中没有统一的时间基准。由于各网互不同步，因而会产生网间频率碰撞。不过，只要跳频序列设计得好，可使频率碰撞的次数控制在允许的限度内，各网仍可正常工作。22异步非正交组网异步组网的特点：n组网数量：组网数量：约为跳频频率数的1/3。在最大组网数量时，抗干扰能力较低。n建网速度：建网速度：各跳频网之间没有时间约束，建网速度快。n同步保持：同步保持：不需要各跳频网之

10、间保持同步，只需网内保持同步即可，同步保持相对容易。23异步非正交组网n网间干扰：网间干扰：跳频频率表相同，没有统一时间基准，多个网络可能在同一时间跳变到同一个频率，形成互相干扰。随着网络数量增加，互相干扰增大。n抗侦察性：抗侦察性：抗侦察性能不如同步组网。n抗干扰性：抗干扰性：抗跟踪干扰能力不如同步组网，抗阻塞干扰能力与同步组网相当。n安全性能：安全性能：不同的跳频网使用不同的跳频序列，如果丢失一部电台，只对该电台所在网络构成威胁，对其他跳频网不构成威胁。n实现难度：实现难度：对定时精度要求低，实现难度小。24异步非正交组网对于异步组网时多个网络之间的干扰的推导：nq q 每个网络可供跳频的

11、频率；n1/q1/q 一个干扰出现在跳频网的一个频率上的概率；nU U 同时工作的网络数。则其他U-1个网络都是干扰源。至少有一个干扰出现在网络频率上的概率：（1-1）25异步非正交组网 跳频系统中，多个网络在同一个频段上独立地跳频，设调制方式为FH/BFSK。如果两个网络没有同时使用同一个频率，则比特差错率（即2FSK的误码率）为：（1-2）26异步非正交组网 如果两个网络同时使用同一个频率，发生了碰撞，则可以合理的假设由此造成在该频率上的错误概率为0.5。因此，总的比特差错率为：（1-3）式中 碰撞概率。27异步非正交组网将式（1-1）代入式（1-3），得 （1-4）假设频率数目q非常大，

12、则有 （1-5）28异步非正交组网因此，比特差错率约为 （1-6）当只有一个网络用户在工作时，U=1，比特差错率简化为式（1-2），这是BFSK调制方式的比特差错率。29异步非正交组网如果 非常大，有 （1-7）30同步组网的时基同步5.5.同步组网的时基同步同步组网的时基同步n标准时基同步法（外基准同步法）：标准时基同步法（外基准同步法）：网络中所有节点的时钟基准都依靠该节点接收到的外来基准时钟信号，用锁相环路将本地节点时钟锁定到外来基准时钟信号上，以实现和维持各网之间的定时同步。n主从同步法（分级同步法）：主从同步法（分级同步法）：首先由上级网中的主台先完成该网各属台的跳频同步，然后各属台

13、按相同的方法完成各自下属台的跳频同步。31同步组网的时基同步主从同步法示意图：32同步组网的时基同步主从同步法的优缺点：n优点：单向传输控制，实现相对简单，成本较低，特别适合于星形或者树形网络结构。n缺点：一旦节点的基准时钟失效，将会导致整个网络或者局部失去同步能力，因此需要设置备份基准时钟。33三、跳频组网过程1.1.跳频工作状态及其转移关系跳频工作状态及其转移关系 跳频通信电台通常有8种工作状态：n扫描状态n呼叫设置状态n发送呼叫状态n定频通信状态n迟入网申请状态n收到迟入网申请信息状态n发送迟入网引导状态n跳频通信状态34跳频工作状态及其转移关系图1-3为一种转换方法实例：35呼叫2.2

14、.呼叫呼叫n跳频网呼：一部电台呼叫本网或者其他网内的所有电台，实现跳频通信。如图1-4,1-5所示。n跳频选呼：某一部电台呼叫本网内的另一部电台，实现跳频通信。如图1-6所示。n定频呼叫：跳频电台可以工作在定频通信状态，在选定的信道上与定频电台进行通信。36呼叫37呼叫38呼叫39迟入网3.3.迟入网迟入网三种入网方式：n主动申请迟入网n被动牵引迟入网n勤务同步迟入网 有的跳频电台采用其中一种迟入网方式，有的跳频电台采用多种迟入网方式。40迟入网1 1）主动申请迟入网：）主动申请迟入网：未进入跳频通信网内工作的电台主动发出入网申请，再由网内电台发送迟入网引导信号的入网方式。其过程分为4个阶段：

15、n发送迟入网申请信息阶段n收到迟入网申请信息阶段n发送迟入网引导信息阶段n迟入网建立状态阶段41迟入网2 2）被动牵引迟入网：）被动牵引迟入网：网内电台在组网后通过点名方式发现有未入网电台，通过迟入网功能，引导未入网电台进入通信网的一种迟入网方式。工作过程：工作过程：未入网电台处于扫描状态，网内电台在跳未入网电台处于扫描状态，网内电台在跳频通信状态下，直接发送迟入网引导信号，未频通信状态下，直接发送迟入网引导信号，未入网电台被牵引进入跳频通信网。入网电台被牵引进入跳频通信网。42迟入网3 3）勤务同步迟入网：）勤务同步迟入网：未入网电台既不主动申请，网内电台又不点名，而是通过接收跳频数据流中插

16、入的勤务同步信息实现迟入网的一种迟入网方式。工作过程：工作过程：所有网内电台在正常的跳频通信过程中，每隔一定所有网内电台在正常的跳频通信过程中，每隔一定的时间，在预定的勤务频率上发送勤务同步信息，未的时间，在预定的勤务频率上发送勤务同步信息，未入网电台在预定的勤务频率上搜索跳频数据流中插入入网电台在预定的勤务频率上搜索跳频数据流中插入的勤务同步信息。未入网电台接收到的所有必需的同的勤务同步信息。未入网电台接收到的所有必需的同步信息后，调整实时时钟，就实现了迟入网。步信息后，调整实时时钟，就实现了迟入网。值得指出的是，有的跳频电台没有采用任何迟入网值得指出的是，有的跳频电台没有采用任何迟入网方式

17、，因此不能实现迟入网。方式，因此不能实现迟入网。43四、跳频参数管理1.1.跳频参数管理的作用跳频参数管理的作用n实现跳频通信装备的协同互通实现跳频通信装备的协同互通n避免跳频通信网络的相互干扰避免跳频通信网络的相互干扰 频率选择需要满足以下条件：频率选择需要满足以下条件：1 1）禁止选用与当地广播电台、电视台一致的频率禁止选用与当地广播电台、电视台一致的频率 2 2）在制定跳频频率表时应为常规电台留出保护频段在制定跳频频率表时应为常规电台留出保护频段 3 3）同一台车内的几部电台同时工作时，彼此的频率间隔应大于最高工作同一台车内的几部电台同时工作时，彼此的频率间隔应大于最高工作频率的频率的1

18、0%10%；当最高工作频率低于；当最高工作频率低于50MHz50MHz时，频率间隔应不小于时，频率间隔应不小于5MHz5MHz 4 4）最好与敌方使用相同的频段，可以避免敌方施放干扰最好与敌方使用相同的频段，可以避免敌方施放干扰n提高跳频通信网络的整体性能提高跳频通信网络的整体性能44跳频参数管理的内容2.2.跳频参数管理的内容跳频参数管理的内容 跳频参数包括跳频时间参数跳频时间参数和跳频信道参数跳频信道参数。n跳频时间参数跳频时间参数：就是实时时间TOD，可以是绝对时间，也可以是相对时间。TOD主要有两个作用：1）用于跳频同步；2）参与跳频序列的运算。n跳频信道参数：跳频信道参数：包括跳频频

19、率参数、跳频序列参数、跳频网络参数和跳频速率参数。45跳频参数管理的内容n跳频频率参数：跳频频率参数：就是跳频频率表。n跳频序列参数：跳频序列参数：包括跳频密钥和跳频序列产生算法控制参数。n跳频网络参数：跳频网络参数：包括组网数量、网号（链路号）、台号（站号）、互通关系、互通权限等。n跳频速率参数：跳频速率参数：跳频通信装备通常有几种跳频速率可供选择使用，不同单位、不同时期研制生产的跳频通信装备在跳频速率方面也有差异。46跳频参数管理的设备3.3.跳频参数管理的设备跳频参数管理的设备 跳频参数管理设备是跳频通信装备战场统一管理的平台，跳频参数管理设备是跳频通信装备战场统一管理的平台，通常包括通

20、常包括跳频参数管理终端、跳频参数注入器跳频参数管理终端、跳频参数注入器和配套的和配套的跳频跳频参数分配器参数分配器。如图。如图1-71-7所示所示。47跳频参数管理的设备n管理终端的作用：管理终端的作用：主要解决战术想定、已有资源与跳频通信装备之间的匹配问题。n分配器的作用：分配器的作用：主要解决跳频通信参数的快速分发和注入器的维护保存等问题。n注入器的作用：注入器的作用：主要用于解决操作员快速开通跳频通信装备的问题。48跳频参数管理的实施4.4.跳频参数管理的实施跳频参数管理的实施 跳频参数管理设备的使用步骤：n明确需求n资源获取n参数规划n参数分配n参数注入49多台同车的跳频参数管理5.5

21、.多台同车的跳频参数管理多台同车的跳频参数管理多台同车带来的问题：n由于各个电台属于不同的网络，使用不同的跳频序列，跳频序列之间会发生频率重合干扰；n一部电台在发射时，其发射功率将堵塞处于接收状态的其他电台，使接收机性能显著下降，甚至击穿接收机前端，造成通信中断。50多台同车的跳频参数管理 解决多台同车问题的办法：分频段跳频，提供一定的保护频段。如英国Jaguar-V电台，如图1-8所示。51多台同车的跳频参数管理几种典型跳频电台的多台同车工作技术指标：几种典型跳频电台的多台同车工作技术指标：型号生产厂家工作频段与跳频方式多台同车性能RF-3090美国Harris30MHz90MHz内划分12

22、个分频段，每个分频段5MHz，在分频段上跳频多部电台相隔15MHz（跨越3个分频段），天线相距1.3m，可以跳频工作Jaguar-V英国Racal30MHz88MHz内划分9个频段，每个分频段6.4MHz，在分频段上跳频在同一分频段内跳频，天线相距必须大于100m；在相邻分频段内跳频，天线相距必须大于20m；相隔1个分频段跳频，天线相距2mScimitar-V英国Marconi30MHz88MHz内全频段跳频，每张跳频频率表有256个频率，可组成9个频分网，然后在每一张跳频频率表上进行同步组网，理论上可组成9x256=2304个网 精心安排选择跳频频率表，多台同车性能每一瞬时都与定频多台同车性

23、能相同PR4G法国Thomson-CSF30MHz88MHz内分频段跳频装有减少共扯干扰的跳频滤波器。天线相距大于1.5m，频率偏移5%9%，几部电台可以安装在同一辆车内，不会产生相互干扰。天线间的非耦合值为20dB，频率偏移5%9%，几部电台可以安装在同一架飞机内，不会产生相互干扰52五、跳频通信系统的密钥枪1.1.概念概念n密钥枪是与跳频电台相配套使用的一个独立的通信部件n通过与计算机或跳频电台之间进行数据传输来完成跳频保密信息的接收、存储和转发，同时对于外界具有保密性53密钥枪的传输格式2.2.密钥枪的传输格式密钥枪的传输格式1 1）跳频加密文件的传输格式）跳频加密文件的传输格式：跳频加

24、密文包括4个传输标志S1S4、4个用户输入密钥KEY1KEY4及4个所用频率集。跳频加密文件的具体结构如图1-9示。54密钥枪的传输格式 如图示，传输标志S1S4各占一个字节；用户输入密钥KEY1KEY4均为64个比特，共占32个字节；频率集1频率集4中的频率数根据用户的选择可以为128个或64个，每个频率值占2个字节，以BCD码的形式存放，低位在前，高位在后。例如：1234这个频率值存放的格式如图1-10所示。55密钥枪的传输格式2 2）数据帧的传输格式）数据帧的传输格式 密钥枪与计算机或跳频电台之间以帧的形式传输数据时，要将传输帧头、传输帧的长度、系统标准时间以及校验位等信息与数据文件一起

25、按照固定的帧格式进行传输，具体传输的帧格式见图1-12。如图所示，第一个数据11000100(C4H)为帧头，占1字节；DNL与DNH分别是传输帧长（即帧的总字节数，但不包括帧头的一个字节）的低位字节和高位字节；秒，分，时，日，月，年为系统标准时钟，共占6个字节；数据文件为用户选择的跳频加密文件或话音加密文件，所占字节数根据所选情况而定。最后两个字节是CRC校验字节，通过它对不包括帧头的帧的全部字节进行校验，以保证数据传输的正确无误。56密钥枪的通信协议2.2.密钥枪的通信协议密钥枪的通信协议1 1）计算机向密钥枪发送数据帧的通信协议）计算机向密钥枪发送数据帧的通信协议 57密钥枪的通信协议2

26、）密钥枪向电台发送数据帧的通信协议密钥枪向电台发送数据帧的通信协议 58密钥枪的硬件构成与实现 3.3.密钥枪的硬件构成与实现密钥枪的硬件构成与实现n密钥枪的硬件构成密钥枪的硬件构成：密钥枪的硬件构成主要包括AT89C51单片机、MAX232电平转换器、SN74LS373锁存器、DS1643带电RAM、POW7805稳压器、IMP811复位信号产生器等器件。整体硬件框图如图1-15所示。n密钥枪的硬件实现思想密钥枪的硬件实现思想：根据用户输入选择而形成的数据帧经过计算机的串行口输入到密钥枪中。经过电平转换器MAX232后进入单片机的输入串口RXD，单片机在对数据帧进行CRC校验之后，将它们按照

27、地址存入DS1643中；当密钥枪向跳频电台传输数据时，单片机按照地址依次从DS1643中取出数据并加上CRC校验字节，再经过输出串口TXD传输给跳频电台的串行接口。59密钥枪的硬件构成与实现60自适应跳频通信技术n概述n自适应跳频关键技术n短波自适应跳频通信技术n蓝牙自适应跳频技术61一、概述1.1.基本概念：基本概念：跳频通信是通信双方按相同规律（跳频序列）改变通信频率的一种通信方式。广义自适应技术：n频率自适应n功率自适应n速率自适应n自适应调零天线技术62基本概念n广义自适应跳频技术，采用前面所述的频率自适应、功率自适应、自适应数据传输速率、自适应调零天线、自适应调制解调、自适应均衡等技

28、术。n狭义上，自适应跳频主要是指频率自适应。63基本概念自适应跳频类型：自适应跳频类型：n一是在跳频同步建立前，通信双方首先在预定的频率表中，通过自适应选频功能选出好的频率作为跳频中心频率生成跳频频率表进行跳频；n二是在跳频同步建立前，通信双方首先在预定的频率表中，通过自适应技术选出好频率生成新的跳频频率表进行跳频；n三是跳频通信过程中，自动进行频谱分析，不断将坏频率从跳频频率表中剔除，将好频率增加到频率表中，以提高通信系统的抗干扰性能并尽可能增加系统的隐蔽性。此技术是最常用的自适应跳频技术。64基本概念自适应跳频技术特点：自适应跳频技术特点：n智能化程度高，避免了坏频率的重复出现，抗干扰性能

29、更好，传输数据时误码率更低，可通率得到提高；n和宽带跳频结合起来，可大大提高抗干扰性能；n由于需要搜索较多的信道，因此所需时间较长；n组网时操作过程复杂，确定可用频率的时间较长。65自适应跳频系统的结构2.2.自适应跳频系统的结构自适应跳频系统的结构66自适应跳频通信过程简介3.3.自适应跳频通信过程简介自适应跳频通信过程简介n频率分析 对信道质量进行评估，删除干扰频率，并使双方频率表一致。n通信链路建立 发射功率最大，建立跳频同步。n通信保持 干扰频率去除，并保证跳频序列同步，以最小的发射功率保证双方可靠通信。67二、自适应跳频关键技术1.1.实时信道评估技术（误码率和信噪比评估）实时信道评

30、估技术（误码率和信噪比评估）n门限误码率判决准则门限误码率判决准则n应用于功率自适应控制功率自适应控制时，由猝发干扰或其他原因引起的瞬间高误码率应该从误码率计算中去除。n应用于频率自适应控制频率自适应控制时，注意避免偶尔猝发干扰而被认定为是被干扰信道，从而作为坏频率从跳频频率表中去除。n实时误码率测定实时误码率测定n误码率可在频率分析阶段评估，也可在通信过程中评估（用一定的已知信息）。68频率自适应控制技术2.2.频率自适应控制技术频率自适应控制技术1）跳频频率表的配置（两种方法）一种是将频率分为使用频率和备用频率；另一种是将全部频率组成一个跳频频率表。2）跳频频率表的更新 根据信道评估结果，

31、收方通过反馈信道，要求发方更换坏频率，双方使用更新后的频率表。69频率自适应控制技术3）主要技术指标：常规跳频通信系统技术性能参数：跳频速率、跳频带宽、跳频频率表、跳频序列、跳频增益、跳频同步方式、时间、概率（漏同步、假同步）等。除以上参数外，还应考虑：每个受干扰频率的处理时间、最多能处理的受干扰频率数、抗阻塞干扰能力。70频率自适应控制技术（1 1）每个受干扰频率的平均处理时间）每个受干扰频率的平均处理时间 处理时间均值为：处理时间均值为：（2-1）其中 表示受干扰的频率数。71频率自适应控制技术 可分为3个部分：受干扰频率 的检测与估计时间 、报告信令正确传输时间 和 应答信令正确传输时间

32、 ，所以有 （2-2）72频率自适应控制技术 跳频频率表中每个频率出现的概率为1/q,所以每个频率受干扰的检测与估计平均时间近似为 （2-3）式中 频率表中的频率数目；跳频周期；对某个频率的观察次数。所有频率观察k次，才能保证一个频率观察K次，因跳频频率表中每个频率等概出现（为1/q）。73频率自适应控制技术 在干扰报告信令传输中，由于只要一跳收到即可，能容忍的最多受干扰频率数为q-1，所以 的最大值约为（跳频周期）（2-4）74频率自适应控制技术 由于应答信令传输过程及机理与报告信令类似，所以有 （2-5）（2-6）(2-7)当K=3，q=64时，=4ms时，。75频率自适应控制技术 当频率

33、集中只有一个频率受到干扰时，得到 的最小值 当K=3，q=64时，。76频率自适应控制技术 由于跳频图案的遍历性，假设跳频序列中相邻时间两个频率不重复，根据式（2-2）可以得出 (2-8)由式（2-8），对于不同的受干扰频率点数，完成每个频率自适应处理所需要时间如图2-2所示。77频率自适应控制技术78频率自适应控制技术（2 2）最多能处理的受干扰频率数）最多能处理的受干扰频率数 (2-9)频率表中只要有一个无干扰频率，即可在该频率上进行“单跳频”通信。这只是一个理论值或理想值，对实际中的 有 （2-10）79频率自适应控制技术（3 3）抗阻塞干扰能力）抗阻塞干扰能力 用系统误码率改善倍数系统

34、误码率改善倍数（误码率增益）和抗阻塞干扰门限抗阻塞干扰门限值值来衡量。为能处理的受干扰频率数。经频率自适应处理后系统稳态误码率近似为 （2-11）在同样干扰情况下，常规跳频系统稳态误码率为 （2-12）80频率自适应控制技术 常规跳频通信和频率自适应跳频通信的稳态误码率比较如图2-3所示（受干扰频率63个，频率表频率64个）。81频率自适应控制技术 在同样阻塞干扰情况下，频率自适应跳频误码率比常规跳频误码率改善的倍数为 （2-13）其变化曲线如图2-4所示（受干扰频率63个，频率表频率64个）。82频率自适应控制技术83频率自适应控制技术 当 时，此时系统由于干扰造成的误码率为0，只剩下由于传

35、输损耗、系统的执行损耗等固有因素造成的误码率。因此，尽管有很多频率被干扰，系统也将获得在无干扰频率上跳频通信的效果。84频率自适应控制技术 频率自适应跳频处理使得常规跳频抗阻塞干扰的相对门限值从30%提高到了 ，改善的倍数为 。从30可提高到63/64=98.4%。抗阻塞干扰能力大幅度提高，可以打破“三分之一频率干扰”策略。85功率自适应控制技术3.3.功率自适应控制技术功率自适应控制技术 目的目的：用最小的发射机输出功率获得正常通信效果，以达到极大地降低被有意探测窃听和测距的概率。86功率自适应控制技术n功率自适应控制（目的：对付噪声）原则：功率自适应控制（目的：对付噪声）原则：n比特误码率

36、最小原则（达到门限值即可）n等信干比（各个频率上的）原则n功率自适应控制策略：功率自适应控制策略：n同步头发送阶段：同步头发送阶段：可以用最大额定发射功率n频率分析和通信阶段：频率分析和通信阶段：根据门限误码率准则进行功率自适应调整。n功率自适应控制技术要求：功率自适应控制技术要求：发射机功率可动态调整范围、调整步长、响应时间。87自适应跳频通信协议4.4.自适应跳频通信协议自适应跳频通信协议n频率分析协议（频率分析信息的传输等）n链路建立协议（跳频同步）n通信协议（同步保持）n其他协议（迟入网等）n可靠性、安全性和效率（协议的顽健性等）88三、短波自适应跳频通信技术1.1.概述概述 发展基础

37、：发展基础：短波自适应通信技术和短波跳频通信技术。现状：现状：短波自适应跳频通信系统把普通窄带频率自适应系统的自动链路建立功能、宽带扩频系统的抗干扰能力及低截获率等优势结合在一起，在改善误码率、信噪比等性能方面潜力巨大。体制发展：体制发展：正逐步实现由窄带模拟跳频向宽带数字跳频转变，并重点发展自适应跳频技术体制，以提高对抗干扰能力。89概述 短波自适应跳频通信技术较常规跳频通信技术的抗干扰能力强，但也存在着一些潜在弱点：n频率易暴露n信道搜索时间过长n宽带跳频问题（还未很好解决）90短波自适应通信技术2.2.短波自适应通信技术短波自适应通信技术 短波自适应通信技术通常指实时信道评估技术和自适应

38、技术的结合。较早的短波通信系统：采用电离层探测方法电离层探测方法选频，属于单一的信道探测系统单一的信道探测系统。2020世纪世纪7070年代初：年代初：Barry公司研制了宽带chirp系统，于1976年发展成为美军第一代战术频率管理系统。2020世纪世纪8080年代后：年代后：短波自适应通信系统成为主流。源于美国原子弹防御研究所的一项研究计划。91短波自适应通信技术 短波自适应通信系统的核心是短波自动链路短波自动链路建立系统建立系统，它具有以下特征：n通过信令交换，而不是人工呼叫来建立链路n具有选择最优信道进行呼叫和信道评估功能n具有自动信道扫描功能n自动地建立短波通信链路，降低了对电台操作

39、员熟练程度的要求92短波自适应通信技术典型的短波自动链路建立系统：nCollinsCollins公司公司的Selscan和ALQA；nHarrisHarris公司公司的Autolink和AutolinkII；nSiemensSiemens公司公司的CHX-200；nRohede SchwartsRohede Schwarts公司公司的ALIS；nTadiranTadiran公司公司的MESA和HF-2000等。93短波自适应通信技术 在有关短波自动链路建立系统实施的标准中，最具权威性的有：n美国标FED-STD-1045n美军标MIL-STD-188-141An美军标MIL-STD-188-1

40、41Bn美军标MIL-STD-188-141C94短波自适应通信技术（1 1）MIL-STD-188-141AMIL-STD-188-141A简介简介 MIL-STD-188-141A MIL-STD-188-141A和FED-STD-1045FED-STD-1045被称为第二代短波自动链路建立系统。在MIL-STD-188-141AMIL-STD-188-141A标准中规定：自动链路建立为短波台站与其他台站和网路提供通信链路，并可在无操作人员的情况下自动完成。95短波自适应通信技术（2 2）MIL-STD-188-141BMIL-STD-188-141B简介简介 1999年，美国国防部推出了

41、第三代短波自动链路建立标准MIL-STD-188-141BMIL-STD-188-141B，该标准在支持第二代标准规定的话音通信和小型网络的前提下，有效的支持大规模、数据密集型快速高质量的短波通信系统。96短波自适应通信技术MIL-STD-188-141BMIL-STD-188-141B内容共分为内容共分为5 5个方面：个方面：n链路建立管理链路建立管理n数据流管理数据流管理n数据连接管理数据连接管理n高速数据连接管理高速数据连接管理n低速数据连接管理低速数据连接管理n电路连接管理电路连接管理n物理层管理物理层管理97短波自适应通信技术 相对于第二代短波自动链路建立系统，第三代采用了许多新技术

42、，主要表现在：n数字PSK调制解调方式nBW系列波形传输n呼叫信道的同步扫描n将网络内的电台划分为不同的驻留组n信道分离n时隙信道访问方式n信道使用前采用载波监听技术避免冲突n提供了与互联网协议的接口98短波自适应通信技术第三代短波自动链路建立系统的技术特点技术特点：n波形：BW0BW4共5种；n信道分离；n链路建立的同步性：提供了异步和同步两种方式，其中同步模式性能更优，延时更小；n驻留组划分：将所有电台划分成不同的驻留组；n划分时隙：电台在一个信道上的驻留时间为4s，分为5个时隙Slot0Slot4；n自动重发请求协议；n探测信号的作用（兼顾信道质量评估）。99短波自适应跳频过程3.3.短

43、波自适应跳频过程短波自适应跳频过程 根据简单的双状态干扰模型，可以成功地把自适应跳频技术应用到短波通信中。在双状态干扰模型中，每个频率都可以看作处于两个状态之一，即拥塞状态（拥塞状态（BadBad）和畅通状态（畅通状态（GoodGood）。用P(B)表示某一频率处于拥塞状态的概率，P(G)表示处于畅通状态的概率。令r=P（B/G）、s=P（G/B）分别表示转移概率，则这两种状态之间的转换可以用马尔科夫链来描述，且假设每一频率状态之间的转换是独立的。100短波自适应跳频过程 no 用Q来表示任一频率上的干扰超过提前设置的门限的概率，则 (2-14)其大小由接收端所定的干扰门限值、信号概率和干扰源

44、概率等因素共同决定。101短波自适应跳频过程 no 设频率处于拥塞状态的平均时间为 ，则有 （2-15）用 表示第 跳中在所选的 个好频率中出现的坏频率数量，则有 （2-16）式中 在初始状态 下，个好频率中处于拥塞状态的频率数。102短波自适应跳频过程 no 令 为第 跳时的误码率，为频率处于拥塞状态时的误码率，为频率处在畅通状态时的误码率。假设 ，则有 (2-17)103短波自适应跳频过程 no把 和 分别用 和 代替，得 （2-18）则在一帧中平均比特误码率为 （2-19）104短波自适应跳频过程 no 假设完成一帧数据传送后，通过链路质量分析选择的 个新频率中坏频率的平均数为 ，则经过

45、了长为 的反向频率传输时间后，得到开始传输数据时的平均坏频率数为 （2-20）105短波自适应跳频过程 no 将式（8-20）代入式（8-19），得到最终的比特误码率为 （2-21）（2-22）将式（2-22）代入式（2-21）可得到最终的结果。106四、蓝牙自适应跳频技术1.1.概述概述 蓝牙工作在ISM频段即工业，科学和医用频段，无需许可证，只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W)，并且不要对其它频段造成干扰即可。ISM频段的应用开放性决定了干扰种类的多样性并呈不断增加的趋势。对于蓝牙系统至少存在以下几种干扰：n家用电器的干扰n同频段其他扩频通信系统的干扰n蓝牙系统的自干扰n工作在同一频段

46、的其他系统的干扰107概述 现有的对干扰问题的解决方案（针对IEEE802.11bIEEE802.11b对对和蓝牙蓝牙相互干扰而给出的）：n在2.4GHz频段上对蓝牙的使用范围做修正，使其只工作在ISM频段的一部分上；n对两种系统均做修正，都采用带有碰撞检测的载波侦听多路访问协议；n采用蓝牙中延长跳频时隙的选项以减少干扰。108概述蓝牙自适应跳频技术的特点：（1）跳频序列可使用的频率数目 是动态变化的，但必须有一个最小值 ，。蓝牙规范1.2版中规定 为20.（2）蓝牙规范1.2版对79频的蓝牙基带共定义了6种跳频序列，包括5种基本跳频序列和一种自适应信道跳频序列，蓝牙自适应跳频序列只用于连接状

47、态，不会改变寻呼、查询等状态时的跳频序列。109概述（3）相对于常规跳频微网物理信道，蓝牙自适应跳频微网使用相同信道机制。如图2-5所示110蓝牙自适应跳频过程2.2.蓝牙自适应跳频过程蓝牙自适应跳频过程蓝牙自适应跳频通信过程的组成如图2-6所示。111蓝牙信道分类3.3.蓝牙信道分类蓝牙信道分类n未知信道：未知信道：对信道进行的评估测量不足以对信道进行分类，且在近期大多数主控制器接口的自适应跳频信道分类设置参数中，该信道没有被表明为坏信道；n坏信道：坏信道：应用该信道进行的异步或同步连接失败次数超过一定的门限值，或该信道上的干扰超过一定的门限值；n好信道：好信道：既不是未知信道，也不是坏信道

48、。112蓝牙信道分类 在蓝牙自适应跳频系统物理连接中，主设备对自适应跳频信道的分类判断由以下三点共同确定：n主设备本身对干扰的测量n主机端通过主控制器接口命令向蓝牙设备声明的信道状态信息n从设备把其掌握的信道信息通过链路管理协议层的协议数据报告给主设备113蓝牙自适应跳频序列选频原理4.4.蓝牙自适应跳频序列选频原理蓝牙自适应跳频序列选频原理基于常规79跳系统选频机制，原理如图2-7所示。114蓝牙自适应跳频序列选频原理序列选择输入端可以选择的序列有：n呼叫扫描序列n查询扫描序列n呼叫序列n查询序列n主设备呼叫响应序列n从设备呼叫响应序列n查询响应序列n基本信道序列n自适应信道序列(自适应跳频

49、时只能选择该序列）115蓝牙自适应跳频序列选频原理 地址位的定义地址位的定义：UAP是8位高地址部分的低4位，LAP是整个24位低地址部分，共28位。n当选择基本信道跳频序列或自适应信道跳频序列时，使用主设备地址码；n当选择呼叫、主设备响应、从设备响应或呼叫扫描跳频序列时，使用主呼叫设备的地址码；n当选择查询、查询响应或查询扫描跳频序列时，使用UAP/LAP中与通用查询识别码相对应的地址码。116蓝牙自适应跳频序列选频原理 自适应跳频选频机制在常规跳频选频机制的基础上增加了自适应跳频模式自适应跳频模式和自适应跳频信道分自适应跳频信道分类表类表两个参数。n自适应跳频模式：指出当前选频内核是否启用

50、自适应跳频功能；n自适应跳频信道分类表：指出哪些频率是可用的，哪些频率是不可用的。117蓝牙自适应跳频序列选频原理选频过程：n常规选频内核生成一个频率n如果该频率为可用频率，不作任何调整，直接作为跳频频率输出n如果该频率为不可用频率，则通过重新映射函数（F、K)将其映射为唯一可用频率，原理如图2-8所示。118蓝牙自适应跳频序列选频原理606 12:10119蓝牙自适应跳频状态的控制5.5.蓝牙自适应跳频状态的控制蓝牙自适应跳频状态的控制 跳频序列完全由主设备主设备决定，主设备主设备也负责控制微网跳频序列自适应状态的启用和禁用，并定期的更新可用频率信息。n主设备首先进行设备识别和初始化操作n向