無(wú)線跳頻技術(shù)的工作原理及其應(yīng)用
跳頻是最常用的擴(kuò)頻方式之一,其工作原理是指收發(fā)雙方傳輸信號(hào)的載波頻率按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)行離散變化的通信方式,也就是說(shuō),通信中使用的載波頻率受偽隨機(jī)變化碼的控制而隨機(jī)跳變。從通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式來(lái)說(shuō),“跳頻” ..
除了以上這些關(guān)鍵技術(shù)以外,調(diào)制解調(diào)方法在跳頻系統(tǒng)中也很重要,可以采用FSK、QAM、QPSK、QASK、DPSK、QPR、數(shù)字chirp調(diào)制等多種調(diào)制方式。
自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)是在常規(guī)跳頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,實(shí)時(shí)地去除固定或半固定干擾,從而自適應(yīng)地自動(dòng)選擇優(yōu)良信道集,進(jìn)行跳頻通信,使通信系統(tǒng)保持良好的通信狀態(tài)。也就是說(shuō),它除了要實(shí)現(xiàn)常規(guī)跳頻系統(tǒng)的功能之外,還要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的自適應(yīng)頻率控制和自適應(yīng)功率控制功能,因此就需要一個(gè)反向信道以傳輸頻率控制和功率控制信息。 通過(guò)可靠的信道質(zhì)量評(píng)估算法,發(fā)現(xiàn)了干擾頻點(diǎn)后,應(yīng)當(dāng)在收發(fā)雙方的頻率表中將其刪除,并以好的頻點(diǎn)對(duì)它們進(jìn)行替換,以維持頻率表的固定大小。這種檢測(cè)和替換是實(shí)時(shí)進(jìn)行的。為增加跳頻信號(hào)的隱蔽性和抗破譯能力,跳頻圖案除具有很好的偽隨機(jī)性、長(zhǎng)周期外,各頻率出現(xiàn)次數(shù)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)應(yīng)具有很好的均勻性。在引入自適應(yīng)頻率替換算法對(duì)頻率表進(jìn)行實(shí)時(shí)更新后,為保障系統(tǒng)性能,仍然要求跳頻圖案具有很好的均勻性,所以應(yīng)當(dāng)依次用不同的質(zhì)量較好的頻點(diǎn)來(lái)分別替換被干擾的頻點(diǎn)。 收端頻率表的更新會(huì)導(dǎo)致收發(fā)頻率表的不一致性。為了使收發(fā)頻率表同步更新,必須通過(guò)反饋信道將收端的頻率更新信息通知發(fā)方。這種信息的相互交換是一種閉環(huán)控制過(guò)程,需要制定相應(yīng)的信息交換協(xié)議來(lái)保證頻表可靠的同步更新。衡量協(xié)議有效性的另一個(gè)重要指標(biāo)便是頻點(diǎn)去除的速度。在檢測(cè)出干擾頻點(diǎn)后,干擾頻點(diǎn)去除的速度越快,對(duì)通信的影響越小。 信道質(zhì)量評(píng)估的另一個(gè)作用是進(jìn)行自適應(yīng)功率控制。功率控制就是要把有限的發(fā)送功率最好地分配給各個(gè)跳頻信道,使得各個(gè)信道都能夠以最小發(fā)射機(jī)功率實(shí)現(xiàn)正常通信,從而提高跳頻信號(hào)的隱蔽性和抗截獲能力。在自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)中,系統(tǒng)檢測(cè)每個(gè)信道的通信狀況,并通過(guò)信道質(zhì)量評(píng)估單元中的功率控制算法對(duì)每個(gè)跳頻信道單獨(dú)進(jìn)行功率控制。 功率控制算法可以基于兩種原則:一是比特誤碼率最小原則,算法為各個(gè)跳頻信道選擇適當(dāng)?shù)墓β,使得接收方收到的?shù)據(jù)比特誤碼率達(dá)到預(yù)定的誤碼門(mén)限;二是等信干比原則,此算法調(diào)整各個(gè)跳頻信道的平均功率,使得各個(gè)跳頻信道上的信干比相同,這里的信干比是指各個(gè)跳頻信道上的信號(hào)功率/(對(duì)應(yīng)信道上的干擾功率 + 傳輸損耗功率)。這兩種算法的性能差不多。 隨著跳頻技術(shù)的不斷發(fā)展,其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。 戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)中采用跳頻技術(shù)的主要目的是提高通信的抗干擾能力。早在70年代,就開(kāi)始了對(duì)跳頻系統(tǒng)的研究,現(xiàn)已開(kāi)發(fā)了跳頻在VHF波段(30—300MHz)的低端30—88MHz、UHF波段(300MHz以上)以及HF波段(1.5—30MHz)的應(yīng)用。隨著研究的不斷深入,跳頻速率和數(shù)據(jù)數(shù)率也越來(lái)越高,現(xiàn)在美國(guó)Sanders公司的CHESS高速短波跳頻電臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了5000跳/秒的跳頻速率,最高數(shù)據(jù)數(shù)率可達(dá)到19200bps。此外,CHESS跳頻電臺(tái)與一般的跳頻電臺(tái)還有所不同,它以DSP為基礎(chǔ),采用了差動(dòng)跳頻(DFH)技術(shù)。通過(guò)現(xiàn)代數(shù)字處理技術(shù),CHESS跳頻電臺(tái)較好解決了短波系統(tǒng)帶寬有限(導(dǎo)致數(shù)據(jù)速率低的原因)、信號(hào)間相互干擾、存在多徑衰落等的問(wèn)題。同時(shí),它的瞬時(shí)信號(hào)帶寬很窄,對(duì)其它信號(hào)的影響很小?梢钥吹剑瑢(shí)現(xiàn)更高跳速、更高數(shù)據(jù)速率的跳頻電臺(tái)正是跳頻通信系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展方向,軟件無(wú)線電的概念也已逐漸應(yīng)用到新型的跳頻電臺(tái)中。 |
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