跳頻系統(tǒng)基本原理

　　在廣闊地域使用短波通信，都希望通信話路暢通和保密。然而他們常遇到竊聽(tīng)、電子對(duì)抗、信道擁塞等問(wèn)題。常規(guī)短波電臺(tái)用固定頻率發(fā)射和接收，因而無(wú)法避開(kāi)竊聽(tīng)、人為干擾、信道阻塞。這些問(wèn)題必須利用跳頻技術(shù)才能徹底克服。通常我們所接觸到的無(wú)線通信系統(tǒng)都是載波頻率固定的通信系統(tǒng)，如無(wú)線對(duì)講機(jī)，汽車(chē)移動(dòng)電話等，都是在指定的頻率上進(jìn)行通信，所以也稱(chēng)作定頻通信。這種定頻通信系統(tǒng)，一旦受到干擾就將使通信質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)甚至使通信中斷。

　　例如：電臺(tái)的廣播節(jié)目，一般是一個(gè)發(fā)射頻率發(fā)送一套節(jié)目，不同的節(jié)目占用不同的發(fā)射頻率。有時(shí)為了讓聽(tīng)眾能很好地收聽(tīng)一套節(jié)目，電臺(tái)同時(shí)用幾個(gè)發(fā)射頻率發(fā)送同一套節(jié)目。這樣，如果在某個(gè)頻率上受到了嚴(yán)重干擾，聽(tīng)眾還可以選擇最清晰的頻道來(lái)收聽(tīng)節(jié)目，從而起到了抗干擾的效果。但是這樣做的代價(jià)是需要很多額譜資源才能傳送一套節(jié)目。如果在不斷變換的幾個(gè)載波頻率上傳送一套廣播節(jié)目，而聽(tīng)眾的收音機(jī)也跟隨著不斷地在這幾個(gè)頻率上調(diào)諧接收，這樣，即使某個(gè)頻率上受到了干擾，也能很好地收聽(tīng)到這套節(jié)目。這就變成了一個(gè)跳頻系統(tǒng)。

　　另外在敵我雙方的通信對(duì)抗中，敵方企圖發(fā)現(xiàn)我方的通信頻率，以便于截獲所傳送的信息內(nèi)容，或者發(fā)現(xiàn)我方通信機(jī)所在的方位，以便于引導(dǎo)炮火摧毀。定頻通信系統(tǒng)容易暴露目標(biāo)且易于被截獲，這時(shí)，采用跳頻通信就比較隱蔽也難以被截獲。因?yàn)樘l通信是“打一槍換一個(gè)地方”的游擊通信策略、使敵方不易發(fā)現(xiàn)通信使用的頻率，一旦被敵方發(fā)現(xiàn)，通信的頻率也已經(jīng)“轉(zhuǎn)移”到另外一個(gè)頻率上了。當(dāng)敵方摸不清“轉(zhuǎn)移規(guī)律”時(shí)，就很難截獲我方的通信內(nèi)容。

　　因此，跳頻通信具有抗干擾、抗截獲的能力，并能作到頻譜資源共享。所以在當(dāng)前現(xiàn)代化的電子戰(zhàn)中跳頻通信已顯示出巨大的優(yōu)越性。另外，跳頻通信也應(yīng)用到民用通信中以抗衰落、抗多徑、抗網(wǎng)間干擾和提高頻譜利用率。

　　為了不讓敵方知道我們通信使用的頻率，需要經(jīng)常改變載波頻率，即“打一槍換一個(gè)地方”似地對(duì)載波頻率進(jìn)行跳變，跳頻通信中載波頻率改變的規(guī)律，叫作跳頻圖案。

　　通常我們希望頻率跳變的規(guī)律不被敵方所識(shí)破，所以需要隨機(jī)地改變以至無(wú)規(guī)律可循才好。但是若真的無(wú)規(guī)律可循的話，通信的雙方(或友軍)也將失去聯(lián)系而不能建立通信。因此，常采用偽隨機(jī)改變的跳頻圖案。

　　只有通信的雙方才知道此跳頻圖案，而對(duì)敵方則是絕對(duì)的機(jī)密。所謂“偽隨機(jī)”，就是“假”的隨機(jī)，其實(shí)是有規(guī)律性可循的，但當(dāng)敵方不知跳頻圖案時(shí)，就很難猜出其跳頻的規(guī)律來(lái)。

　　通信收、發(fā)雙方的跳頻圖案是事先約定好的，或者是由發(fā)方通知收方的。這個(gè)跳頻圖案是敵方所不知道的。敵方若想于擾跳頻通信，有幾種策略可供選擇：

　　干擾方式1，在某一個(gè)頻率上施放長(zhǎng)時(shí)間的大功率的干擾，即單頻干擾。

　　干擾方式2，在某幾個(gè)頻率上施放長(zhǎng)時(shí)間大功率的干擾，即多頻干擾。

　　干擾方式3；在連續(xù)的幾個(gè)頻帶上施放長(zhǎng)時(shí)間大功率的干擾，稱(chēng)作部分頻帶來(lái)擾。

　　干擾方式4，在不同時(shí)間內(nèi)在不同的頻率上施放大功率的干擾。

　　干擾方式5，依照跳頻圖案的規(guī)律跟蹤施放大功率的干擾。

　　這些干擾方式和跳頻通信的關(guān)系正像二人對(duì)奕時(shí)相互“出子”一樣，當(dāng)雙方的“布子”落在時(shí)一頻域棋盤(pán)內(nèi)的同一小格時(shí)，則干擾有效。因此，跟蹤跳頻圖案施放的干擾策略就是最佳的干擾跳頻通信的策略了。

　　考察一個(gè)系統(tǒng)的跳頻技術(shù)性能，應(yīng)注意下列各項(xiàng)指標(biāo)：

　　跳頻帶寬

　　跳頻頻率的數(shù)目

　　跳頻的速率

　　跳頻碼的長(zhǎng)度(周期)

　　跳頻系統(tǒng)的同步時(shí)間

　　一般說(shuō)來(lái)，希望跳頻帶寬要寬，跳頻的頻率數(shù)目要多，跳頻的速率要快，跳頻碼的周期要長(zhǎng)，跳頻系統(tǒng)的同步時(shí)間要短。

　　跳頻帶寬的大小，與抗部分頻帶的干擾能力有關(guān)。

　　跳頻帶寬越寬，抗寬帶干擾的能力越強(qiáng)。所以希望能全頻段跳頻。例如，在短波段，從1.5MHz到3MHz全頻段跳頻；在甚高頻段，從30MHz到80MHz全頻段跳頻。

　　跳頻頻率的數(shù)目，與抗單頻干擾及多頻干擾的能力有關(guān)。

　　跳變的頻率數(shù)目越多，抗單頻、多頻以及梳狀干擾的能力越強(qiáng)。在一般的跳頻電臺(tái)中，跳頻的頻率數(shù)目不超過(guò)100個(gè)。

　　跳頻的速率，是指每秒鐘頻率跳變的次數(shù)，它與抗跟蹤式干擾的能力有關(guān)。

　　跳速越快，抗跟蹤式干擾的能力就越強(qiáng)。一般在短波跳頻電臺(tái)中，其跳速目前不超過(guò)100跳／秒。在甚高頻電臺(tái)中，一般跳速在500跳／秒。對(duì)某些更高頻段的跳頻系統(tǒng)可工作在每秒幾萬(wàn)跳的水平。

　　跳頻碼的長(zhǎng)度，它將決定跳額圖案延續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)度，這個(gè)指標(biāo)與抗截獲(破譯)的能力有關(guān)。

　　跳頻圖案延續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，敵方破譯越困難，抗截獲的能力也越強(qiáng)。跳頻碼的周期可長(zhǎng)達(dá)10年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。

　　跳頻系統(tǒng)的同步時(shí)間，是指系統(tǒng)使收發(fā)雙方的跳頻圖案完全同步并建立通信所需要的時(shí)間。系統(tǒng)同步時(shí)間的長(zhǎng)短將影響該系統(tǒng)的頑存程度。因?yàn)橥竭^(guò)程 一旦被敵方破環(huán)，不能實(shí)現(xiàn)收、發(fā)跳頻圖案的完全同步，則將使通信系統(tǒng)癱瘓。因此，希望同步建立的過(guò)程越短越好，越隱蔽越好。根據(jù)使用的環(huán)境不同，目前跳頻電臺(tái)的同步時(shí)間可在秒或幾百毫秒的量級(jí)。

　　當(dāng)然，一個(gè)跳頻系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)依照使用的目的、要求以及性能價(jià)格比等方面綜合考慮才能作出最佳的選擇。跳頻系統(tǒng)的特點(diǎn)，在很大程度上取決于它的擴(kuò)展頻譜機(jī)理。跳頻擴(kuò)展頻譜在機(jī)理上與直接序列擴(kuò)展頻譜大不相同。

　　載波頻率之間的頻率間隔就是信道帶寬，跳頻的載波數(shù)目乘上信道帶寬就是跳頻帶寬。因此，跳頻系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

　　由于它是瞬時(shí)窄帶系統(tǒng)，它易于與目前的窄帶通信系統(tǒng)兼容。

　　目前的通信系統(tǒng)不論是模擬調(diào)制的還是數(shù)字調(diào)制的，通常都是窄帶的通信系統(tǒng)。如果給現(xiàn)有的窄帶通信系統(tǒng)加裝上能使其載波頻率按照某種跳頻圖案跳變并能實(shí)現(xiàn)同步接收的裝置，則可改造成為跳頻通信系統(tǒng)。

　　由于它是宏觀的寬帶系統(tǒng)，它具有擴(kuò)展頻譜的抗干擾能力。

　　跳頻擴(kuò)展頻譜具有抗單頻干擾、多頻干擾的能力，還具有抗部分頻帶和寬帶干擾的能力。

　　在傳統(tǒng)的定頻通信系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)中的主振蕩器的振蕩頻率是固定設(shè)置的，因而它的載波頻率是固定的。為了得到載波頻率是跳變的跳頻信號(hào)，要求主振蕩　器的頻率應(yīng)能遵照控制指令而改變。這種產(chǎn)生跳頻信號(hào)的裝置叫跳頻器。跳頻器輸出的跳變的頻率序列，就是跳頻圖案。因此，有什么樣的跳頻指令就會(huì)產(chǎn)生什么樣的跳頻圖案?通常，是利用偽隨機(jī)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生跳頻指令的，或者由軟件編程來(lái)產(chǎn)生跳頻指令。所以，跳頻系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是跳頻器，更具體地，是能產(chǎn)生頻譜純度好的快速切換的頻率合成器和偽隨機(jī)性好的跳頻指令發(fā)生器。

　　定頻信號(hào)的接收設(shè)備中，一般都采用超外差式的接收方法，即接收機(jī)本地振蕩器的頻率比所接收的外來(lái)信號(hào)的載波頻率相差一個(gè)中頻，經(jīng)過(guò)混頻后產(chǎn)生一個(gè)固定的中頻信號(hào)和混頻產(chǎn)生的組合波頻率成分。經(jīng)過(guò)中頻帶通濾波器的濾波作用，濾除組合波頻率成分，而使中頻信號(hào)進(jìn)入解調(diào)器。解調(diào)器的輸出就是所要傳送給收端的信息。

　　跳頻信號(hào)的接收，其過(guò)程與定頻的相似。為了保證混頻后獲得中頻信號(hào)，要求頻率合成器的輸出頻率要比外來(lái)信號(hào)高出一個(gè)中頻。因?yàn)橥鈦?lái)的信號(hào)載波頻率是跳變的，則要求本地頻率合成器輸出的頻率也隨著外來(lái)信號(hào)的跳變規(guī)律而跳變。所以，接收機(jī)中的跳頻器還需受同步指令的控制，以確定其跳頻的起、止時(shí)刻。可以看出，跳頻器是跳頻系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，而跳頻同步則是跳頻系統(tǒng)的該心技術(shù)。

　　跳頻系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)跳頻通信，正確接收跳頻信號(hào)的條件是跳頻系統(tǒng)的同步。

　　系統(tǒng)的同步包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：

　　收端和發(fā)端產(chǎn)生的跳頻圖案相同，即有相同的跳頻規(guī)律。

　　收、發(fā)端的跳變頻率應(yīng)保證在接收端產(chǎn)生固定的中頻信號(hào)，即跳變的載波頻率與收端產(chǎn)生的本地跳變頻率相差一個(gè)中頻。

　　頻率跳變的起止時(shí)刻在時(shí)間上同步，即同步跳變，或相位一致。

　　在傳送數(shù)字信息時(shí)，還應(yīng)做到幀同步和位同步。

　　目前世界各電臺(tái)廠商提供的多數(shù)是普通數(shù)字式跳頻。數(shù)字跳頻的缺點(diǎn)是跳頻頻譜不夠隱蔽，容易被識(shí)別、破譯、跟蹤。近兩年出現(xiàn)了更先進(jìn)的智能邊帶跳頻模式，這是邊帶跳頻和智能跳頻的統(tǒng)稱(chēng)。邊帶跳頻是在數(shù)字跳頻 基礎(chǔ)上發(fā)展的更高級(jí)技術(shù)，它將跳頻碼隱含于邊帶話音中，隱含的跳頻信號(hào)近似邊帶噪聲，比一般的數(shù)字跳頻更難被識(shí)別，破譯和跟蹤。智能跳頻則是一種具有極強(qiáng)的頻帶適應(yīng)技術(shù)，能夠在256KHz跳頻頻帶內(nèi)自動(dòng)識(shí)別和棄用擁塞信道。明顯凈化通信背景。例如在夜晚，短波信道常常被各種嘈雜的信號(hào)所占據(jù)，利用智能跳頻，可以將整個(gè)通信網(wǎng)自動(dòng)調(diào)整到干凈的信道區(qū)，通信背景自然就會(huì)干凈和安靜的多，有用信號(hào)將明顯變的清晰。