FHSS

　　定義

　　跳頻擴(kuò)頻就是用擴(kuò)頻的碼序列去進(jìn)行移頻鍵控(FSK)調(diào)制，使載波的頻率不斷地跳變。跳頻系統(tǒng)的跳變頻率有多個(gè)，多達(dá)幾十個(gè)甚至上千個(gè)。傳送的信息與這些擴(kuò)頻碼的組合進(jìn)行選擇控制，在傳送中不斷跳變。在接收端，由于有與發(fā)送端完全相同的本地發(fā)生器發(fā)生完全相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)，然后通過解調(diào)才能正確地恢復(fù)原有的信息。

　　所謂跳頻，比較確切的意思是：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變，所以稱為跳頻。

　　簡單的頻移鍵控如2FSK，只有兩個(gè)頻率，分別代表傳號和空號。而跳頻系統(tǒng)則有幾個(gè)、幾十個(gè)、甚至上千個(gè)頻率、由所傳信息與擴(kuò)頻碼的組合去進(jìn)行選擇控制，不斷跳變。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　跳頻圖案的偽隨機(jī)性和跳頻圖案的密鑰量使跳頻系統(tǒng)具有保密性。即使是模擬話音的跳頻通信，只要敵方不知道所使用的跳頻圖案就具有一定的保密的能力。當(dāng)跳頻圖案的密鑰足夠大時(shí)，具有抗截獲的能力。

　　由于載波頻率是跳變的，具有抗單頻及部分帶寬干擾的能力。當(dāng)跳變的頻率數(shù)目足夠多時(shí)，跳頻帶寬足夠?qū)挄r(shí)，其抗干擾能力是很強(qiáng)。這也是它能在WLAN系統(tǒng)中得到廣泛使用的原因。

　　利用載波頻率的快速跳變，具有頻率分集的作用，從而使系統(tǒng)具有抗多徑衰落的能力。條件是跳變的頻率間隔具要大于相關(guān)帶寬。

　　利用跳頻圖案的的正交性可構(gòu)成跳頻碼分多址系統(tǒng)，共享頻譜資源，并具有承受過載的能力。

　　跳頻系統(tǒng)為瞬時(shí)窄帶系統(tǒng)，能與現(xiàn)有的窄帶系統(tǒng)兼容通信。即當(dāng)跳頻系統(tǒng)處于某一固定載頻時(shí)，可與現(xiàn)有的定頻窄帶系統(tǒng)建立通信。另外，跳頻系統(tǒng)對模擬信源和數(shù)字信源均適用。

　　跳頻系統(tǒng)無明顯的無近效應(yīng)。這是因?yàn)楫?dāng)大功率信號只在某個(gè)頻率上產(chǎn)生遠(yuǎn)近效應(yīng)，當(dāng)載波頻率跳變至另一個(gè)頻率時(shí)則不再受其影響。這一點(diǎn)，使跳頻系統(tǒng)在移動(dòng)通信中易于得到應(yīng)用與發(fā)展。

　　其缺點(diǎn)和局限

　　信號的隱蔽性差[1] 。因?yàn)樘l系統(tǒng)的接收機(jī)除跳頻器外與普通超外差式接收機(jī)沒有什么差別，它要求接收機(jī)輸入端的信號噪聲功率比是正值，而且要求信號功率遠(yuǎn)大于噪聲功率。所以在頻譜儀上是能夠明顯地看到跳頻信號的頻譜。特別是在慢速跳頻時(shí)，跳頻信號容易被敵方偵察、識別與截獲。

　　跳頻系統(tǒng)抗多頻干擾及跟蹤式干擾能力有限。當(dāng)跳頻的頻率數(shù)目中有一半的頻率被干擾時(shí)，對通信會產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至中斷通信。抗跟蹤式干擾要求快速跳頻，使干擾機(jī)跟蹤不上而失效。

　　快速跳頻器的限制。產(chǎn)生寬的跳頻帶寬、快的跳頻速率、偽隨機(jī)性好的跳頻圖案的跳頻器在制作上遇到很多困難，且有些指標(biāo)是相互制約的。因此，使得跳頻系統(tǒng)的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)也受到了局限。

　　一種用RF載波在大量RF信道上跳頻實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻的技術(shù)，它用隨機(jī)或偽隨機(jī)代碼確定使用通道的序列。

　　同DSSS一樣，F(xiàn)HSS使用一個(gè)PN碼。但是它不是將PN碼調(diào)制到RF載波上，而是用這個(gè)PN碼確定離散頻率的次序。這些離散頻率就成了RF載波。本質(zhì)上，F(xiàn)HSS是一個(gè)RF系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，RF載波不斷跳變（這也是它名字的由來），從一個(gè)頻點(diǎn)跳到另一個(gè)頻點(diǎn)（在給定的頻率范圍內(nèi)）。

　　原理

　　跳頻擴(kuò)頻（Frequency-Hopping Spread Spectrum，F(xiàn)HSS）技術(shù)是一種常用的擴(kuò)頻通信物理層技術(shù)。通信時(shí)，發(fā)送端根據(jù)擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行移頻鍵控（FSK）調(diào)制，使載波的頻率不斷地跳變。接收端由于有與發(fā)送端完全相同的擴(kuò)頻碼序列，從而可以跟蹤頻率不斷跳變的信號并對信號進(jìn)行解擴(kuò)，然后通過解調(diào)正確地恢復(fù)原有的信息。圖1是FHSS通信系統(tǒng)的簡化方框示意。　　

　　FHSS通信系統(tǒng)與常規(guī)通信系統(tǒng)比較

　　FHSS通信系統(tǒng)與常規(guī)通信系統(tǒng)相比較，最大的差別在于發(fā)射機(jī)的載波發(fā)生器和接收機(jī)中的本地振蕩器。在常規(guī)通信系統(tǒng)中這二者輸出信號的頻率固定不變，然而在跳頻通信系統(tǒng)中這二者輸出信號的頻率是跳變的。在跳頻通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的載波發(fā)生器和接收機(jī)中的本地振蕩器主要由偽隨機(jī)碼發(fā)生器和頻率合成器兩部分組成。快速響應(yīng)的頻率合成器是跳頻通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。跳頻通信系統(tǒng)發(fā)信機(jī)的發(fā)射頻率，在一個(gè)預(yù)定的頻率集內(nèi)由偽隨機(jī)碼序列控制頻率合成器由一個(gè)跳到另一個(gè)。收信機(jī)中的頻率合成器也按照相同的順序跳變，產(chǎn)生一個(gè)和接收信號頻率只差一個(gè)中頻頻率的參考本振信號，經(jīng)混頻后得到一個(gè)頻率固定的中頻信號，這一過程稱為對跳頻信號的解跳。解跳后的中頻信號經(jīng)放大后送到解調(diào)器解調(diào)，恢復(fù)出傳輸?shù)男畔?。假設(shè)數(shù)據(jù)調(diào)制采用二進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制，T b是一個(gè)信息碼元比特寬度，每T b秒數(shù)據(jù)調(diào)制器輸出兩個(gè)頻率中的一個(gè)。每隔T c秒系統(tǒng)輸出信號的射頻頻率跳變到一個(gè)新頻率上。若T c>T b，這樣的頻率跳變系統(tǒng)稱為頻率慢跳變系統(tǒng)。現(xiàn)舉例說明頻率慢跳變系統(tǒng)的工作過程，如圖2所示。

　　圖2中，Bb=2/Tb，Tc=3Tb，B RF=8Bb。數(shù)據(jù)調(diào)制器根據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號選擇兩個(gè)頻率中的一個(gè)，即每隔T b秒數(shù)據(jù)調(diào)制器從兩個(gè)頻率中選擇一個(gè)。頻率合成器有8個(gè)頻率{f 1，f 6，f 7，f 3，f 8，f 2，f 4，f 5}可供跳變，每傳送3個(gè)比特后跳變到一個(gè)新頻率。該頻率跳變信號在收信機(jī)中同本地參考振蕩信號進(jìn)行下變頻，參考本振頻率的集合為{f 1+f 1F，f 6+f 1F，f 7+f 1F，f 3+f 1F，f 8+f 1F，f 2+f 1F，f 4+f 1F，f 5+f 1F}，下變頻后的中頻信號集中在頻率為f 1F、寬度為Bb的頻帶中。

　　速度比數(shù)據(jù)調(diào)制器輸出符號的變化速度慢。若在每個(gè)數(shù)據(jù)符號中，射頻輸出信號的頻率跳變多次，這樣的頻率跳變系統(tǒng)就叫做頻率快跳變系統(tǒng)。圖3給出了頻率快跳變系統(tǒng)輸出射頻信號的頻率。圖2-6中，Tc=Tb/3，頻率合成器有16個(gè)頻率{f 5，f 11，f 7，f 14，f 12，f 8，f 1，f 2，f 4，f 9，f 3，f 6，f 13， f 10，f 16，f 15}，B =2/Tb，B RF=16Bb。由于FHSS跳頻系統(tǒng)的跳變頻率有多個(gè)，發(fā)送信號通過在多個(gè)頻率之間跳變，可以有效避開窄帶干擾，具有抗單頻及部分帶寬干擾的能力。當(dāng)跳變的頻率數(shù)目足夠多時(shí)，跳頻帶寬足夠?qū)挄r(shí)，其抗干擾能力很強(qiáng)。

　　跳頻技術(shù)的意義

　　在現(xiàn)有的DS/CDMA系統(tǒng)中，遠(yuǎn)近效應(yīng)是一個(gè)很大的問題。由于大功率信號只在某個(gè)頻率上產(chǎn)生遠(yuǎn)近效應(yīng)，當(dāng)載波頻率跳變到另一個(gè)頻率時(shí)則不受影響，因此跳頻系統(tǒng)沒有明顯的遠(yuǎn)近效應(yīng)，這使得它在移動(dòng)通信中易于得到應(yīng)用和發(fā)展。在數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，如果鏈路間采用相互正交的跳頻圖案同步跳頻，或者采用低互相關(guān)的跳頻圖案異步跳頻，可以使得鏈路間的干擾完全消除或基本消除，對提高系統(tǒng)的容量具有重要意義。此外，跳頻是瞬時(shí)窄帶系統(tǒng)，其頻率分配具有很大的靈活性，在現(xiàn)有頻率資源十分擁擠的條件下，這一點(diǎn)具有重要意義。