跳频通信技术.pptx

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1、会计学1跳频通信技术跳频通信技术FH通信技术的基本原理通信技术的基本原理n n1 工作原理n n2 几个重要概念 n n3 跳频器n n4 FH通信的特点n n5 FH通信系统的主要技术指标22023/3/13第1页/共27页1 工作原理工作原理n n一、跳频技术的概念n n跳频跳频/扩频（扩频（Frequency Hopping/Spreading Frequency Hopping/Spreading SpectrumSpectrumFH/SSFH/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号的载波频率在一个由伪随机序列控制下进行离散跳

2、变，从而实现频谱扩展的扩频技术离散跳变，从而实现频谱扩展的扩频技术。n nFHFH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。代雷达和声纳等电子系统中获得应用。第2页/共27页1 工作原理工作原理42023/3/13n n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发射机的频率在一组预先指定的频率下跳变 第3页/共27页1 工作原理工作原理n n二、FH/SS通信系统的基本模型n n频率跳变时间间隔的倒数称为频率跳变时间间

3、隔的倒数称为跳频速率跳频速率，简称，简称跳速，用跳速，用R Rh h表示。表示。n n每一跳（每一跳（HopHop）的载波频率是由）的载波频率是由“伪随机码产伪随机码产生器生器”产生的编码选定。产生的编码选定。n n跳变规律又叫跳变规律又叫“跳频图案跳频图案”。52023/3/13第4页/共27页1 工作原理工作原理n n二、FH/SS通信系统的基本模型62023/3/13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第5页/共27页1 工作原理工作原理n n二、FH/SS通信系统的基本模型 n n跳频图案反映跳变规律，不同用户使用不同的跳频图案反映跳变规

4、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跳频图案，互不干扰。跳频图案通常用跳频时频矩阵图表示。频矩阵图表示。时序为时序为(f3,f7,f2,f4,f8,f1,f6,f5,f2)的时频矩阵图的时频矩阵图 第6页/共27页1 工作原理工作原理n n二、FH/SS通信系统的基本模型n nFHFH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/MFSKBFSK/MFSK）或差分相移键控（）或差分相移键控（DPSKDPSK），），其主要原因有以下几点：其主要原因有以下几点：n n跳

5、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。可以直接和频移键控调制相对应。n n要求发端和收端的频合器之间保持相位相干是很困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，难的，因此，在解跳后往往采用非相干解调方式，而而MFSKMFSK和和DPSKDPSK具有良好的非相干解调性能。具有良好的非相干解调性能。82023/3/13第7页/共27页1 工作原理工作原理n n三、FH/SS的基本工作原理n n以最简单的不编码的以最简单的不编码的FH/BFSKFH/BFSK系统为例来说明系

6、统为例来说明FH/SSFH/SS的基本原理的基本原理 n n传统的传统的BFSKBFSK调制信号可以表示成：调制信号可以表示成：92023/3/13第8页/共27页1 工作原理工作原理n n三、FH/SS的基本工作原理n n不编码的不编码的FH/BFSKFH/BFSK信号可以表示为：信号可以表示为：102023/3/13fn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。波频率由二进制随机序列来控制。第9页/共27页1 1 工作原理工作原理工作原理工作原理n n三、FH/SS的基本工作原理n n信号的带宽与功率谱信号的

7、带宽与功率谱n nBFSKBFSK信号的带宽信号的带宽B B=2=2 f f=1/=1/T Tb b=R Rb b是一个窄带信号，是一个窄带信号，而而FH/BFSKFH/BFSK信号占据带宽信号占据带宽WWss ss=2=2L LB B。n n同同DSDS的瞬时宽带频谱不一样，跳频信号在每一瞬间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。是窄带信号，但在一个足够长时间看为宽带信号。n n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。112023/3/13第10页/共27页1 1 工作原理工作原理工作原理工作原理n n三、FH/S

8、S的基本工作原理n n信号的带宽与功率谱信号的带宽与功率谱122023/3/13单频脉冲的功率谱第11页/共27页1 1 工作原理工作原理工作原理工作原理n n三、FH/SS的基本工作原理n n信号的带宽与功率谱信号的带宽与功率谱132023/3/13频谱仪频谱仪上观察上观察到的跳到的跳频信号频信号频谱频谱第12页/共27页1 1 工作原理工作原理工作原理工作原理n n三、FH/SS的基本工作原理n n在接收端，首先要进行解跳（解扩）处理，假在接收端，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：应的本地跳变

9、载波信号：n n用用c c(t 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BFSKBFSK中频窄带信号中频窄带信号142023/3/13第13页/共27页1 1 工作原理工作原理工作原理工作原理n n三、FH/SS的基本工作原理n nFHFH系统的关键是同步。系统的关键是同步。152023/3/13第14页/共27页n n1 工作原理n n2 FH/SS通信系统中的几个重要概念 n n3 跳频器n n4 FH通信的特点n n5 FH通信系统的主要技术指标162023/3/13第15页/共27页2 2 跳频通信系统的重要概念跳频通信系统的

10、重要概念跳频通信系统的重要概念跳频通信系统的重要概念n n1、快跳频和慢跳频n n跳频系统可分为快跳频（跳频系统可分为快跳频（Fast Frequency HoppedFast Frequency HoppedFFHFFH）系统和慢跳频）系统和慢跳频(Slow Frequency Hopped(Slow Frequency HoppedSFH)SFH)系统。系统。n n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：n n一种按绝对跳频速率来分，一般认为跳频速率一种按绝对跳频速率来分，一般认为跳频速率小于小于10001000跳跳/秒的称为慢跳频，大于秒的称为慢跳频，大于1000

11、1000跳跳/秒秒的称为快跳频。的称为快跳频。172023/3/13第16页/共27页2 2 跳频通信系统的重要概念跳频通信系统的重要概念跳频通信系统的重要概念跳频通信系统的重要概念n n2、码片速率 Rcn n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（ChipChip）速率的）速率的概念，它与概念，它与DSDS系统中码片速率概念不同。系统中码片速率概念不同。n n在在DSDS系统中，码片速率定义：扩频序列一个码系统中，码片速率定义：扩频序列一个码元占据的时间的倒数。元占据的时间的倒数。n n在跳频通信系统中，码片速率在跳频通信系统中，码片速率R Rc c代表代表FH/MFSKF

12、H/MFSK跳频系统在跳频系统在频域频域的最小频率间隔的最小频率间隔。182023/3/13第17页/共27页2 2 跳频通信系统的重要概念跳频通信系统的重要概念跳频通信系统的重要概念跳频通信系统的重要概念n n2、码片速率 Rcn nFH/MFSKFH/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最小频率间隔等于离散单频信号的驻留时间的倒数留时间的倒数。n n码片速率同时也表示码片速率同时也表示FH/MFSKFH/MFSK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。192023/3/13第18页/共27页

13、n n1 工作原理n n2 FH/SS通信系统中的几个重要概念 n n3 跳频器n n4 FH通信的特点n n5 FH通信系统的主要技术指标202023/3/13第19页/共27页3 跳频器跳频器n nFHFH系统的核心是跳频器，是由伪码发生器和频率合成器组成。系统的核心是跳频器，是由伪码发生器和频率合成器组成。212023/3/13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。第20页/共27页3 跳频器跳频器n n跳频数和跳频速率是决定整个跳频系统性能的主要参数n n跳频数跳频数增加则扩展的频谱越宽，系统的处理增增加则扩展的频谱越宽，系

14、统的处理增益就愈大；益就愈大；n n跳频速率跳频速率越高，就可适应高速数据传输，并有越高，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。效地抑制干扰，特别是人为转发式干扰。n n跳频数和跳频速率跳频数和跳频速率也决定了伪码发生器和频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。短，具有低噪声性能。222023/3/13第21页/共27页1FH通信技术的基本原理通信技术的基本原理n n1 工作原理n n2 FH/SS通信系

15、统中的几个重要概念 n n3 跳频器n n4 FH通信的特点n n5 FH通信系统的主要技术指标232023/3/13第22页/共27页4跳频通信的特点跳频通信的特点 n n抗干扰能力强抗干扰能力强n n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_CDMAFH_CDMA）n n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n n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n n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第23页/共27页4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

16、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第24页/共27页1FH通信技术的基本原理通信技术的基本原理n n1 工作原理n n2 FH/SS通信系统中的几个重要概念 n n3 跳频器n n4 FH通信的特点n n5 FH通信系统的主要技术指标262023/3/13第25页/共27页5跳频通信系统的主要技术指跳频通信系统的主要技术指标标 n n抗干扰能力指标（干扰容限）抗干扰能力指标（干扰容限）n n多址通信能力指标（通信容量）多址通信能力指标（通信容量）n n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）n n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）第26页/共27页