跳频系统

6.1 跳频系统概述

6.1.1 为什么要跳频

通常我们所接触到的无线通信系统都是载波频率固定的通信系统，如无线

对讲机，汽车移动电话等，都是在指定的频率上进行通信，所以也称作定频通信。这种定频通信系统，一旦受到干扰就将使通信质量下降，严重时甚至使通信中断。 例如：电台的广播节目，一般是一个发射频率发送一套节目，不同的节目占用不同的发射频率。有时为了让听众能很好地收听一套节目，电台同时用几个发射频率发送同一套节目。这样，如果在某个频率上受到了严重干扰，听众还可以选择最清晰的频道来收听节目，从而起到了抗干扰的效果。但是这样做的代价是需要很多额谱资源才能传送一套节目。如果在不断变换的几个载波频率上传送一套广播节目，而听众的收音机也跟随着不断地在这几个频率上调谐接收，这样，即使某个频率上受到了干扰，也能很好地收听到这套节目。这就变成了一个跳频系统。

另外在敌我双方的通信对抗中，敌方企图发现我方的通信频率，以便于截获所传送的信息内容，或者发现我方通信机所在的方位，以便于引导炮火摧毁。定频通信系统容易暴露目标且易于被截获，这时，采用跳频通信就比较隐蔽也难以被截获。因为跳频通信是“打一枪换一个地方”的游击通信策略、使敌方不易发现通信使用的频率，一旦被敌方发现，通信的频率也已经“转移”到另外一个频率上了。当敌方摸不清“转移规律”时，就很难截获我方的通信内容。

因此，跳频通信具有抗干扰、抗截获的能力，并能作到频谱资源共享。所以在当前现代化的电子战中跳频通信已显示出巨大的优越性。另外，跳频通信也应用到民用通信中以抗衰落、抗多径、抗网间干扰和提高频谱利用率。 6.1.2 什么是跳频图案?

为了不让敌方知道我们通信使用的频率，需要经常改变载波频率，即“打一枪换一个地方”似地对载波频率进行跳变，跳频通信中载波频率改变的规律，叫作跳频图案。

通常我们希望频率跳变的规律不被敌方所识破，所以需要随机地改变以至无规律可循才好。但是若真的无规律可循的话，通信的双方(或友军)也将失去联系而不能建立通信。因此，常采用伪随机改变的跳频图案。

只有通信的双方才知道此跳频图案，而对敌方则是绝对的机密。所谓“伪随机”，就是“假”的随机，其实是有规律性可循的，但当敌方不知跳频图案时，就很难猜出其跳频的规律来。

图6－1所示为一个跳频图案。图中横轴为时间，纵轴为频率。这个时间与频率的平面叫作时频域。也可将这个时频域看作一个棋盘，横轴上的时间段与纵

轴上的频率段构成了棋盘格子。阴影线代表所布棋子的方案，就是跳频图案；它表明什么时间采用什么频率进行通信，时间不同频率也不同。

图6－1

图6－1(a)中所示为一快跳频图案，它是在一个时间段内传送一个码位(比 特)的信息。通常称此时间段叫跳频的驻留时间，称频率段为信道带宽。

图6－1(b)所示则是一慢跳频图案，它是在一个跳频驻留时间内传送多个(此处3个)码位(比特)的信息。

在时频域这个“模盘”上的一种布子方案就是一个跳频图案。当通信收发双方的跳频图案完全一致时，就可以建立跳频通信了。图6－2所示就是建立跳频通信的示意图。

图6－2

其中t表示时间，s表示空间，f表示频率。当收、发双方在空间上相距一定距离时，只要时频域上的跳额图案完全相重合，就表示收、发双方同步跳频地进行通信。 6.1.3 跳频是怎样抗干扰的?

通信收、发双方的跳频图案是事先约定好的，或者是由发方通知收方的。这个跳频图案是敌方所不知道的。敌方若想于扰跳频通信，有几种策略可供选择： 干扰方式1，在某一个频率上施放长时间的大功率的干扰，即单频干扰。 干扰方式2，在某几个频率上施放长时间大功率的干扰，即多频干扰。

干扰方式3；在连续的几个频带上施放长时间大功率的干扰，称作部分频带来扰。 干扰方式4，在不同时间内在不同的频率上施放大功率的干扰。 干扰方式5，依照跳频图案的规律跟踪施放大功率的干扰。

这些干扰方式和跳频通信的关系正像二人对奕时相互“出子”一样，当双方的“布子”落在时一频域棋盘内的同一小格时，则干扰有效。因此，跟踪跳频图案施放的干

扰策略就是最佳的干扰跳频通信的策略了。

图6－3给出了方式1和方式4的干扰策略与跳频图案的关系。

图6－3

图中示出一种跳频图案，方式1干扰策略是在时间上连续的施放一个窄带干扰，即第l0个频率段以斜线表示的干扰带；方式4干扰策略是在第一个时间段用第一个频率段进行干扰，第二个时间段用第二个频率段进行干扰，依次下去，就形成了沿时频域模盘对角线上的于扰带。跳频图案中受到这两种干扰时就用全黑色方块来表示。由图中可以看出，干扰方式1只干扰了一个跳频驻留时间的通信，而干扰方式4则干扰了三个跳频驻留时间的通信。

跳频图案的不同，其干扰的效果也不尽相同。当跳频图案的随机性越大时，跳频抗干扰的能力就越强；“棋盘”越大时，即频率和时间的乘积越大时，可容纳的随机图案也越多，跳频图案本身的随机性也越大，从而抗干扰能力也越强。 所谓抗于扰能力强，实际上是指碰到干扰的概率小。

现代电子战中，通信方采用跳频技术来分散干扰的影响，干扰方则想截获通信方的信号以减少于扰的盲目性，并尽量作到有的放矢，这就是跟踪式干扰策 略。跟踪式干扰的有效干扰是有条件的，这个条件除功率因素外，还应当满足干扰椭圆的要求，如图6－4所示。

图6－4

图中的通信方为收、发信机，干扰机用来对通信的信号进行侦听、处理，然后以同样的载波频率施放干扰。为了有效地干扰跳频系统，在通信频率跳到新的频率之前，干扰机必须完成从侦听到施放干扰的全过程。

跳频系统更换载频的跳频间隔时间，就是跳频信号在空间驻留的时间。根据收、发信机的距离d1，干扰机与发、收信机的距离d2和d3，以及跳频驻留时间和干扰机施放干扰的处理时间，可以得到以发射机和接收机为两个焦点的椭圆。只有当干扰机设置在这个椭圆内时，才能使干扰有效，如果干扰机设置在椭圆之外时，则此跟踪式干扰策略无效。

显然，为了对付跟踪式干扰，希望跳频信号的驻留时间越短越好，让干扰机来不及施放干扰。因此，希望跳频通信的跳速应当尽可能的快才好。这就是目前各国争先研究快速跳频通信装备的原因之一。 6.1.4 跳频技术指标与抗干扰的关系

考察一个系统的跳频技术性能，应注意下列各项指标： 跳频带宽 跳频频率的数目 跳频的速率 跳频码的长度(周期) 跳频系统的同步时间

一般说来，希望跳频带宽要宽，跳频的频率数目要多，跳频的速率要快，跳频码的周期要长，跳频系统的同步时间要短。

跳频带宽的大小，与抗部分频带的干扰能力有关。

跳频带宽越宽，抗宽带干扰的能力越强。所以希望能全频段跳频。例如，在短波段，从1.5MHz到3MHz全频段跳频；在甚高频段，从30MHz到80MHz全频段跳频。

跳频频率的数目，与抗单频干扰及多频干扰的能力有关。

跳变的频率数目越多，抗单频、多频以及梳状干扰的能力越强。在一般的跳频电台中，跳频的频率数目不超过100个。

跳频的速率，是指每秒钟频率跳变的次数，它与抗跟踪式干扰的能力有关。 跳速越快，抗跟踪式干扰的能力就越强。一般在短波跳频电台中，其跳速目前不超过100跳／秒。在甚高频电台中，一般跳速在500跳／秒。对某些更高频段的跳频系统可工作在每秒几万跳的水平。

跳频码的长度，它将决定跳额图案延续时间的长度，这个指标与抗截获(破译)的能力有关。

跳频图案延续时间越长，敌方破译越困难，抗截获的能力也越强。跳频码的周期可长达10年甚至更长的时间。

跳频系统的同步时间，是指系统使收发双方的跳频图案完全同步并建立通信所需要的时间。系统同步时间的长短将影响该系统的顽存程度。因为同步过程 一旦被敌方破环，不能实现收、发跳频图案的完全同步，则将使通信系统瘫痪。因此，希望同步建立的过程越短越好，越隐蔽越好。根据使用的环境不同，目前跳频电台的同步时间可在秒或几百毫秒的量级。

当然，一个跳频系统的各项技术指标应依照使用的目的、要求以及性能价格比等方面综合考虑才能作出最佳的选择。 6.1.5 跳频系统的主要特点

跳频系统的特点，在很大程度上取决于它的扩展频谱机理。跳频扩展频谱在机理上与直接序列扩展频谱大不相同。从图6－1的跳频图案上可以看出，每一跳频驻留时间的瞬时所占的信道带宽是窄带频谱，依照跳频图案随时间的变化，这些瞬时窄带频谱在一个很宽的频带内跳变，形成一个跳频带宽。由于跳频速率

很快，从而在宏观上实现了频谱的扩展。图6－5所示是由频谱仪上观察到的跳频信号的频谱。

图6－5

图中箭头所标示的，是载波频率跳变的过程。载波频率之间的频率间隔就是信道带宽，跳频的载波数目乘上信道带宽就是跳频带宽。因此，跳频系统有如下特点： 由于它是瞬时窄带系统，它易于与目前的窄带通信系统兼容。

目前的通信系统不论是模拟调制的还是数字调制的，通常都是窄带的通信系统。如果给现有的窄带通信系统加装上能使其载波频率按照某种跳频图案跳变并能实现同步接收的装置，则可改造成为跳频通信系统。

由于它是宏观的宽带系统，它具有扩展频谱的抗干扰能力。

跳频扩展频谱具有抗单频干扰、多频干扰的能力，还具有抗部分频带和宽带干扰的能力。图6－6给出单频干扰和部分频带干扰对跳频信号影响的示意图。

图6－6

所谓跳频抗干扰，是指跳频的跳频图案被敌方发现、识别的概率，以及跳频频率与敌方干扰频率相一致的概率。这种概率越小，抗干扰能力越强。 表征抗多频及宽带干扰能力的跳频系统参数叫处理增益GH。

跳频处理增益的定义是：跳频带宽内的总信道数N。N越大，处理增益越大。但是，

不能用处理增益GH来表征抗跟踪式干扰的能力。

由于它是按照跳频图案进行频率跳变的，它具有码分多址和频带共享的组网通信能力。

组网能力是现代通信的基本要求之一。跳频通信组网可分为正交跳频网和非正交跳频网。如果多个跳频通信所采用的跳频图案在时频域“棋盘”上相互不发生重叠，则称它们为正交跳频网；如果发生重叠，则称为非正交跳频网。如图6-7所示。

图6-7

根据跳频网的同步方式，可分为同步网和异步网。正交跳频网为了保证跳频图案的正交，要求全网严格的定时，采用同步网方式，所以它是正交跳频同步网。由于正交网的跳频图案不发生重叠，所以它不存在因跳频频率重合引起的网间干扰。而它可组网的数目最大等于跳频的频率数目。

非正交网为了简化网络管理常采用异步网方式。由于非正交网的跳频图案会发生重叠，存在跳频频率重合的机会，所以会产生网间干扰。为了减少网间干扰 就需要精心选择跳频图案，尽量减少图案发生重叠的机会，就是所谓的要尽量使跳频图案达到准正交。准正交异步跳频网不需要全网的定时同步，因此可以降低 对定时精度的要求，且便于技术上实现。此外，它还有容易建立系统的同步、用户入网方便以及组网灵活等优点。因此，得到了大量的应用。

利用跳频图案的不同，可以在一个宽的频带内容纳多个跳频通信相同同时工作，达到频谱资源共享目的，从而可以提高频谱的有效利用率。 由于它是载波频率快速跳变的，它具有频率分集的功能。

分集接收技术是克服信号衰落的有效措施。当跳频的频率间隔大于衰落信道的相关带宽时(通常是能满足这个条件的)，而跳频驻留时间又很短的话，它就能起到频率分集的作用。因此，在移动通信多径、衰落信道的条件下，跳频系统又具有抗多径、抗衰落的能力。

综上所述，跳频系统的特点是抗干扰，抗衰落性，与窄带系统的兼容性和码分多址

性。

第六讲 跳频系统

6.2 跳频信号的发送与接收

6.2.1 怎祥产生跳频信号

在传统的定频通信系统中，发射机中的主振荡器的振荡频率是固定设置的，因而它的载波频率是固定的。为了得到载波频率是跳变的跳频信号，要求主振荡 器的频率应能遵照控制指令而改变。这种产生跳频信号的装置叫跳频器。通常，跳频器是由频率合成器和跳频指令发生器构成的，如见图6－8(a)。

图6－8

图中，如果将跳频器看作是主振荡器，则与传统的发信机没有区别。被传送的信息可以是模拟的或数字的信号形式(图中标示的为信码入)，经过调制器的相应调制，便获得副载波频率固定的已调波信号，再与频率合成器输出的主载波频率信号进行混频，其输出的已调波信号的载波频率达到射频通带的要求，经过高通滤波器后馈至天线发射出去。这就是定频信号的发送过程。

跳频系统的频率合成器输出什么频率的载波信号是受跳频指令控制的。在时钟的作用下，跳频指令发生器不断地发出控制指令，频率合成器不断地改变其输出载波的频率。因此，混频器输出的已调波的载波频率也将随着指令不断地跳变，

从而经高通滤波器和天线发送出去的就是跳频信号。

跳频器输出的跳变的频率序列，就是跳频图案。因此，有什么样的跳频指令就会产生什么样的跳频图案?

通常，是利用伪随机发生器来产生跳频指令的，或者由软件编程来产生跳频指令。所以，跳频系统的关键部件是跳频器，更具体地，是能产生频谱纯度好的快速切换的频率合成器和伪随机性好的跳频指令发生器。

由跳频信号产生的过程可以看出，不论是数字的或模拟的定频发送系统，在原理上，只要加装上一个跳频器就可变成一个跳频的发送系统。但是在实际系统中尚需考虑信道机的通带宽度。 6.2.2 怎样接收跳频信号

定频信号的接收设备中，一般都采用超外差式的接收方法，即接收机本地振荡器的频率比所接收的外来信号的载波频率相差一个中频，经过混频后产生一个固定的中频信号和混频产生的组合波频率成分。经过中频带通滤波器的滤波作用，滤除组合波频率成分，而使中频信号进入解调器。解调器的输出就是所要传送给收端的信息。

跳频信号的接收，其过程与定频的相似。为了保证混频后获得中频信号，要求频率合成器的输出频率要比外来信号高出一个中频。因为外来的信号载波频率是跳变的，则要求本地频率合成器输出的频率也随着外来信号的跳变规律而跳变，这样才能通过混频获得一个固定的中颇信号。图6－8(b)给出跳频信号接收机的框图。图中的跳频器产生的跳频图案应当与所要要高出一个中频，并且要求收、发跳频完全同步。所以，接收机中的跳频器还需受同步指令的控制，以确定其跳频的起、止时刻。

可以看出，跳频器是跳频系统的关键部件，而跳频同步则是跳频系统的该心技术。

6.2.3 正确接收跳频信号的条件

跳频系统要实现跳频通信，正确接收跳频信号的条件是跳频系统的同步。 系统的同步包括以下几项内容：

收端和发端产生的跳频图案相同，即有相同的跳频规律。

收、发端的跳变频率应保证在接收端产生固定的中频信号，即跳变的载波频率与收端产生的本地跳变频率相差一个中频。

频率跳变的起止时刻在时间上同步，即同步跳变，或相位一致。 在传送数字信息时，还应做到帧同步和位同步。 图6－9示出跳频同步的几种情况。

图6－9

其中，图(a)只是跳频图案相同；图(b)是跳频图案及跳频频率一致的情况；图(c)为跳频图案、跳频频率以及跳频起止时刻完全一致的同步情况。图中黑色矩形块代表接收端的跳频图案，带有斜线的矩形块代表发送端的跳频图案，即所要接收的外来信号的跳频图案。图(b)和图(c)中，接收端跳频图案的瞬时频率比外来信号高出一个中频。 6.2.4 跳频信号的波形

与定频连续信号波形不同，跳频信号的波形是不连续的，这是因为跳频器产生

的跳变载波信号之间是不连续的。频率合成器从接受跳频指令开始到完成频 率的跳变需要一定的切换时间。为了保证其输出的频率纯正而稳定，防止杂散辐射，在频率切换的瞬间是抑止发射机末级工作的。

频率合成器从接受指令开始建立振荡到达稳定状态的时间叫作建立时间；稳定状态持续的时间叫驻留时间；从稳定状态到达振荡消失的时间叫消退时间。从 建立到消退的整个时间叫作一个跳周期，记作Th。建立时间加上消退时间叫作换频时间。只有在驻留时间(记作TD)内才能有效地传送信息。图6－10给出频率 合成器的换频过程和载波信号的波形。

图6－10

跳频通信系统为了能更有效地传送信息，要求频率切换占用的时间越短越好。通常，换频时间约为跳周期Th的1/8 ~ 1/10。比如跳频速率每秒500跳的系统，跳周期Th＝2ms，其换频时间为0.2ms左右。跳频速率每秒20跳的系统，跳周期是50ms，其换频时间约为5ms。

综上所述，跳频系统的特点是抗干扰，抗衰落性，与窄带系统的兼容性和码分多址性。

第六讲 跳频系统

6.3 跳频系统的同步

跳频系统的同步是关系到跳频通信能否建立的关键。 那么，怎样才能实现通信双方的跳频同步呢?

同步的含义是：跳频图案相同, 跳变的频率序列(也称频率表)相同，跳变的起止时刻(也称相位)相同。因此，为了实现收、发双方的跳频同步，收端首先必须获得有关发端的跳频同步的信息，它包括采用什么样的跳频图案，使用何种频率序列，在什么时刻从那一个频率上开始起跳，并且还需要不断地校正收端本地时

钟，使其与发端时钟一致。

根据收端获得发端同步信息和校对时钟的方法不同而有各种不同的跳频同步方式。

6.3.1 跳频同步信息的基本传递方法 独立信道法。

利用一个专门的信道来传送同步信息；收端从此专门信道中接收发端送来的步信息后，依照同步信息的指令，设置接收端的跳频图案、频率序列和起止时刻，并校准收端的时钟，在规定的起跳时刻开始跳频通信。这种方式，需要专门的信道来传送同步信息，有的通信系统难以提供专门的信道，因此独立信道法的应用受到了限制。

前置同步法，也称同步字头法。

在跳频通信之前，选定一个或几个频道上先传送一组特殊的携带同步信息的码字，收端接收此同步信息码字后，按同步信息的指令进行时钟校准和跳频。因为是在通信之前先传送同步码字，故称同步字头法。 自同步法，也称同步信息提取法。

这种方法是利用发端发送的数字信息序列中隐含的同步信息，在接收端将其提取出来从而获得同步信息实现跳频。此法不需要专门的信道和发送专门的同步码字，所以它具有节省信道、节省信号功率和同步信息隐蔽等优点。 上述三种基本的同步信息传递方法各有利弊。

独立信道法需要专门的信道来传送专门的同步信息，因此它占用频率资源和信号功率。另外，其同步信息传送 方式不隐蔽，易于被敌方发现和干扰。其优点是传送的同步信息量大，同步建立的时间短，并能不断地传送同步信息，保持系统的长时问同步。

同步字头法虽然不需专门的同步信息信道而是利用通信信道来传送同步信息，它还是挤占了通信信道频率资源和信号功率。所以它的缺点与独立信道法相似。为了使同步信息隐蔽，应采用尽量短的同步字头，但是同步字头太短又影响传送的同步信息量的多少，需折衷考虑。采用同步字头法的跳频系统为了能保持系统的长时间同步，还需在通信过程中，插入一定的同步信息码字。

自同步法在节省频率资源和信号功率方面具有优点。但由于发端发送的数字信息序列中所能隐含的同步信息是非常有限的，所以在接收端所能提取的同步信息就更少了。此法只适用于简单跳频图案的跳频系统，并且系统同步建立的时间较长。

在实际的跳频系统中，常常是将这几种基本方法组合起来应用，使跳频系统达到某种条件下的最佳同步。 6.3.2 几种实用的同步方法

模拟跳频系统的同步方法

模拟跳频系统是指传送模拟信号的跳频通信系统，例如模拟话音信号。那么，在模拟通信系统中如何传送跳频同步信息? 回答只能是利用模拟信号携带同步信息。

带外单音法。我们知道话音占据的领带在300Hz---3000Hz之间，因此可利用低于300Hz或高于3000Hz的频率来传送同步信息。这种方法叫带外单音法。 带内同步头法。此法是利用300---3000Hz的话音频带，传送用单音进行编码的模拟信号同步字头。比如，用两个单音进行编码，传号时的单音频率是 1200Hz，空号的频率是1800Hz，采用最小频移键控调制方式，便获得带内的同步信息码字。此码字再经过模拟通信系统传送至收端，收端解出同步信息后，按照同步指令实现跳频同步。

数字(数据)跳频系统的同步方法

数字跳频系统是指传送数字话音或数据的跳频通信系统。因此，它传送跳频同步信息是以数据帧的格式进行的。数字系统跳频同步方法也不外乎同步字头法，自同步法和参考时钟法。

同步字头法。发端需发送含有同步信息的码字，收端解码后，依据同步信息使收端本地跳频器与发端同步。同步信息除位同步、帧同步外，主要应包括跳频图案的实时状态信息或实时的时钟信息，即所谓的“TOD”信息(Time of the Day)。实时时钟信息包括年月日时分秒，毫秒、微秒、毫微秒等；状态信息是指伪码发生器实时的码序列状态。根据这些信息，收端就可以知道当前跳频驻留时间的频率和下一跳驻留时间应当处在什么频率上，从而使收发端跳频器同步工作。为了保证TOD信息的正确接收，在如图6－11所示的同步信息数据帧格式中装有位同步和帧同步位。此外，对TOD信息位可采用差错控制技术，如纠错编码，相关编码或采用大数判决，以提高传输的可靠性。

图6－11

参考时钟法。在一个通信网内，设一个中心站，它播发高精度的时钟信息，所有网内的用户依照此标准时钟来控制收、发信机的同步定时，达到收、发双方同步。采用这种方法进行跳频同步，需要事先约定好所采用的跳频图案和频率表，或者，需通过其它方式将跳频图案情息通知网内用户。此法需要一个精度极高的标准时钟，否则不能实现跳频通信。

自同步法。它是依靠从接收到的跳频信号中提取有关同步信息来实现跳频同步

的。

数字跳频系统中，根据需要也可采用不同方法的组合。比如，自同步法具有同步信息隐蔽的优点，但是存在同步建立时间长的缺点；而同步字头法具有快速 建立同步的优点而存在同步信息不够隐蔽的缺点。因此可将这两种方法进行组合，得到一个综合最佳的同步系统。图6－12所示的是等待自同步法的跳频同步 过程。

图6－12

图中，接收端在频率f6上等待接收跳频信号；发送端发送的跳频信号的载波频率依次在f5、f1、f3、f4、f2、f6 „上跳变。当发端信号的载频跳变至f6时，收端接收到跳频信号，这时称作同步捕获，即可从跳频信号中解出它所携带的同步字头内的同步信息。接着，就依照同步信息的指令开始同步跳频，即由等待阶段转入同步跳频的阶段，从而建立了跳频系统的同步。 6.3.3 跳频同步系统性能及抗干扰性

衡量同步系统性能的优劣，主要应考虑两个方面： 一是跳频系统同步的可靠性; 二是同步系统的抗干扰性。

同步系统的可靠性。它包括系统同步的建立时间，正确同步概率和假同步的概率，系统同步保持时间等项指标。

一般说来，跳频同步系统的同步建立时间越短越好，同步保持时间越长越好；正确同步的概率要大，假同步的概率要小。这样才能称为一个快速、稳定而可靠

的同步系统。

同步系统的抗干扰性。它包括抗人为干扰和噪声干扰。采用跳频技术的一个目的就是提高系统的抗干扰性，特别是在电子战的环境中，主要是抗敌方有意的 干扰。因此，要求同步信息的传递要隐蔽、快速。为此，需考虑如下几点： 尽量使同步信号在空中存在的时间要短，使敌方难以在很短的时间内发现同步信号。

在多个跳变频道上传送同步信息，增大频道的随机性，使敌方难以侦察；增大跳频带宽，使敌方难以在宽带内施放干扰。

频率跳变的速率要快，使跳频信号的驻留时间变短，可防止跟踪式干扰，从而保护同步字头。

应尽量使同步信息的信号特征与通信信息的信号特征一致，以致敌方难以区分同步信息。或者，人为地发出伪同步信息以迷惑敌人，从而提高对同步信息 的保护能力。

对于噪声干扰，要求在低信噪比或高误码率的信道条件下能实现跳频系统的正确同步。对此，需考虑以下各点：

同步信息本身的差错控制，如纠错编码、多次重发、相关编码、交织等； 同步认定的算法控制，即经过多次同步检测后才认定系统同步的策赂，并选择最佳的检测次数。

同步状态下的失步算法控制，即经过多次失步检测后才确定系统已失去同步的策略，并选择最佳的检测次数。

第六讲 跳频系统

6.4 跳频图案的产生

6.4.1 跳频图案与跳频频率表

跳频图案是由跳频指令控制频率合成器所产生的频率序列。跳频系统中，跳频带宽和可供跳变的频率(频道)数目都是预先定好的。

比如说，跳频带宽为5MHz，跳频频率的数目是64个，频道间隔是25kHz。这样，在5MHz带宽内可供选用的频道数远大于64个，那么你怎样选择出64个频率来呢? 这就是所谓的跳频频率表。

根据电波传播条件、电磁环境条件以及敌方干扰的条件等因素来制定一张或几张具有64个频率的频率表，即f1，f2，„f64，另一张可以是f1’，f2’,„f64’。如果采用f1，f2，„f64这张频率表，那么跳频指令发生器则是根据这张频率表向频率合成器发出指令进行跳频的。那么又怎样在这64个频率中做到伪随机地跳频呢?

这就是由图6－8所示的跳频指令发生器和频率合成器来实现的。跳频指令发生器主要是一个伪码发生器。伪码发生器在时钟脉冲的推动下，不断地改变码发生器的状态。不同的状态对应于一张跳频频率表中的一个频率。64种状态则对应64个频率。再根据此频率，按照频率合成器可变分频器、置位端的要求，转换成控制频率合成器的跳频指令。由于伪码发生器的状态是伪随机地变化，所以频率合成器输出的频率也在64个频率点上伪随机的跳变，便生成了伪随机 地跳频图案。当频率表不同时，虽然用同一个伪码发生器，实际所产生的跳频图案也是不同的。

6.4.2 跳频图案的选择

一个好的跳频图案应考虑以下几点：

图案本身的随机性要好，要求参加跳频的每个频率出现的概率相同。随机性好，抗干扰能力也强。

图案的密钥量要大，要求跳频图案的数目要足够多。这样抗破译的能力强。 各图案之间出现频率重叠的机会要尽量的小，要求图案的正交性要好。这样将有利于组网通信和多用户的码分多址。

上面谈过，跳频图案的性质，主要是依赖于伪码的性质。所以选择伪码序列成为获得好的跳频图案的关键。 6.4.3 几种常用的伪随机序列

伪随机序列也称作伪码。它是具有近似随机序列(噪声)的性质，而又能按一定规律(周期)产生和复制的序列。因为随机序列是只能产生而不能复制的，所以称其是“伪”的随机序列。

常用的伪随机序列有m序列、M序列和R－S序列。

图6－13所示是一个由三级移位寄存器与模2加法器构成的m序列发生器，它产生的序列最大长度(周期)是2n－1位，这里n ＝ 3，即最大序列长度是7位。图中第二级和第三级的输出经模2加法器后反馈到第一级的输入端，构成的反馈电路叫反馈逻辑。模2加法运算是线性运算，所以是线性的反馈逻辑。只有当反馈逻辑满足某种条件时，移位寄存器输出的序列长度才是2n－1位，达到最大的长度。否则产生的序列就达不到2n－1位那样长。所以也把m序列叫作最大长度线性移位寄存器序列。

图6－13

如果反馈逻辑中的运算含有乘法运算或其他逻辑运算，则称作非线性反馈逻辑。由非线性反馈逻辑和移位寄存器构成的序列发生器所能产生最大长度序列，就叫作最大长度非线性移位寄存器序列，或叫作M序列，M序列的最大长度是2n。图6－14给出一个七级的M序列发生器的框图。可以看出，与线性反馈逻辑不同之处在于增加了“与门”运算，与门具有乘法性质。

图6－14

利用固定寄存器和m序列发生器可以构成R－S序列发生器。它所产生的R－S序列是一种多进制的具有最大的最小距离的线性序列。图6－15给出R－S序列发生器的框图。图中，A为三级固定寄存器；B为三级移位寄存器，产生周期为7位的m序列。A、B寄存器的输出经过模2加运算后，产生一个7位的八进制R－S序列。

图6－15

上述的三种序列除用硬件发生外，均可由软件编程产生。实用的跳频序列长度约在237(即1011)左右。

m序列的优点是容易产生，自相关特性好，且是伪随机的。但是可供使用的跳频图案少，互相关特性不理想，又因它采用的是线性反馈逻辑，就容易被敌人破译码的序列，即保密性、抗截获性差。由于这些原因，在跳频系统中不采用m序列作为跳频指令码。

M序列是非线性序列，可用的跳频图案很多，跳频图案的密钥量也大，并有较好的自相关和互相关特性，所以它是较理想的跳频指令码。其缺点是硬件产生时设备较复杂。

R－S序列的硬件产生比较简单，可以产生大量的可用跳频图案，很适于用作跳频指令码序列。