fhss

FHSS，跳頻技術 (Frequency-Hopping Spread Spectrum)在同步、且同時的情況下，接受兩端以特定型式的窄頻載波來傳送訊號，對於一個非特定的接受器，FHSS所產生的跳動訊號對它而言，也只算是脈衝噪聲。FHSS所展開的訊號可依特別設計來規避噪聲或One-to-Many的非重複的頻道，並且這些跳頻訊號必須遵守FCC的要求，使用75個以上的跳頻訊號、且跳頻至下一個頻率的最大時間間隔(Dwell Time)為400ms。

基本介紹

• 中文名：跳頻技術
• 外文名：Frequency-Hopping Spread Spectrum
• 縮寫：FHSS
• 間隔：400ms

定義

跳頻擴頻就是用擴頻的碼序列去進行移頻鍵控(FSK)調製，使載波的頻率不斷地跳變。跳頻系統的跳變頻率有多個，多達幾十個甚至上千個。傳送的信息與這些擴頻碼的組合進行選擇控制，在傳送中不斷跳變。在接收端，由於有與傳送端完全相同的本地發生器發生完全相同的擴頻碼進行解擴，然後通過解調才能正確地恢復原有的信息。

所謂跳頻，比較確切的意思是：用一定碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調製，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，只有兩個頻率，分別代表傳號和空號。而跳頻系統則有幾個、幾十個、甚至上千個頻率、由所傳信息與擴頻碼的組合去進行選擇控制，不斷跳變。

優點

跳頻圖案的偽隨機性和跳頻圖案的密鑰量使跳頻系統具有保密性。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。當跳頻圖案的密鑰足夠大時，具有抗截獲的能力。

由於載波頻率是跳變的，具有抗單頻及部分頻寬干擾的能力。當跳變的頻率數目足夠多時，跳頻頻寬足夠寬時，其抗干擾能力是很強。這也是它能在WLAN系統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，從而使系統具有抗多徑衰落的能力。條件是跳變的頻率間隔具要大於相關頻寬。

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

跳頻系統為瞬時窄帶系統，能與現有的窄帶系統兼容通信。即當跳頻系統處於某一固定載頻時，可與現有的定頻窄帶系統建立通信。另外，跳頻系統對模擬信源和數字信源均適用。

跳頻系統無明顯的無近效應。這是因為當大功率信號只在某個頻率上產生遠近效應，當載波頻率跳變至另一個頻率時則不再受其影響。這一點，使跳頻系統在移動通信中易於得到套用與發展。

其缺點和局限

信號的隱蔽性差。因為跳頻系統的接收機除跳頻器外與普通超外差式接收機沒有什麼差別，它要求接收機輸入端的信號噪聲功率比是正值，而且要求信號功率遠大於噪聲功率。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，跳頻信號容易被敵方偵察、識別與截獲。

跳頻系統抗多頻干擾及跟蹤式干擾能力有限。當跳頻的頻率數目中有一半的頻率被干擾時，對通信會產生嚴重影響，甚至中斷通信。抗跟蹤式干擾要求快速跳頻，使干擾機跟蹤不上而失效。

快速跳頻器的限制。產生寬的跳頻頻寬、快的跳頻速率、偽隨機性好的跳頻圖案的跳頻器在製作上遇到很多困難，且有些指標是相互制約的。因此，使得跳頻系統的各項優點也受到了局限。

一種用RF載波在大量RF信道上跳頻實現擴頻的技術，它用隨機或偽隨機代碼確定使用通道的序列。

同DSSS一樣，FHSS使用一個PN碼。但是它不是將PN碼調製到RF載波上，而是用這個PN碼確定離散頻率的次序。這些離散頻率就成了RF載波。本質上，FHSS是一個RF系統，在這個系統中，RF載波不斷跳變（這也是它名字的由來），從一個頻點跳到另一個頻點（在給定的頻率範圍內）。

原理

跳頻擴頻（Frequency-Hopping Spread Spectrum，FHSS）技術是一種常用的擴頻通信物理層技術。通信時，傳送端根據擴頻碼序列去進行移頻鍵控（FSK）調製，使載波的頻率不斷地跳變。接收端由於有與傳送端完全相同的擴頻碼序列，從而可以跟蹤頻率不斷跳變的信號並對信號進行解擴，然後通過解調正確地恢復原有的信息。圖1是FHSS通信系統的簡化方框示意。

圖1 FHSS通信系統的簡化方框示意

FHSS通信系統與常規通信系統比較

FHSS通信系統與常規通信系統相比較，最大的差別在於發射機的載波發生器和接收機中的本地振盪器。在常規通信系統中這二者輸出信號的頻率固定不變，然而在跳頻通信系統中這二者輸出信號的頻率是跳變的。在跳頻通信系統中發射機的載波發生器和接收機中的本地振盪器主要由偽隨機碼發生器和頻率合成器兩部分組成。快速回響的頻率合成器是跳頻通信系統的關鍵部件。跳頻通信系統發信機的發射頻率，在一個預定的頻率集內由偽隨機碼序列控制頻率合成器由一個跳到另一個。收信機中的頻率合成器也按照相同的順序跳變，產生一個和接收信號頻率只差一個中頻頻率的參考本振信號，經混頻後得到一個頻率固定的中頻信號，這一過程稱為對跳頻信號的解跳。解跳後的中頻信號經放大後送到解調器解調，恢復出傳輸的信息。假設數據調製採用二進制頻移鍵控調製，T b是一個信息碼元比特寬度，每T b秒數據調製器輸出兩個頻率中的一個。每隔T c秒系統輸出信號的射頻頻率跳變到一個新頻率上。若T c>T b，這樣的頻率跳變系統稱為頻率慢跳變系統。現舉例說明頻率慢跳變系統的工作過程，如圖2所示。

圖2 慢跳變FHSS 系統跳頻示意

圖2中，Bb=2/Tb，Tc=3Tb，B RF=8Bb。數據調製器根據二進制數據信號選擇兩個頻率中的一個，即每隔T b秒數據調製器從兩個頻率中選擇一個。頻率合成器有8個頻率{f 1，f 6，f 7，f 3，f 8，f 2，f 4，f 5}可供跳變，每傳送3個比特後跳變到一個新頻率。該頻率跳變信號在收信機中同本地參考振盪信號進行下變頻，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}，下變頻後的中頻信號集中在頻率為f 1F、寬度為Bb的頻帶中。

圖3　快跳變FHSS 系統跳頻示意

在頻率慢跳變系統中，頻率的跳變速度比數據調製器輸出符號的變化速度慢。若在每個數據符號中，射頻輸出信號的頻率跳變多次，這樣的頻率跳變系統就叫做頻率快跳變系統。圖3給出了頻率快跳變系統輸出射頻信號的頻率。圖2-6中，Tc=Tb/3，頻率合成器有16個頻率{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。由於FHSS跳頻系統的跳變頻率有多個，傳送信號通過在多個頻率之間跳變，可以有效避開窄帶干擾，具有抗單頻及部分頻寬干擾的能力。當跳變的頻率數目足夠多時，跳頻頻寬足夠寬時，其抗干擾能力很強。

跳頻技術的意義

在現有的DS/CDMA系統中，遠近效應是一個很大的問題。由於大功率信號只在某個頻率上產生遠近效應，當載波頻率跳變到另一個頻率時則不受影響，因此跳頻系統沒有明顯的遠近效應，這使得它在移動通信中易於得到套用和發展。在數字蜂窩移動通信系統中，如果鏈路間採用相互正交的跳頻圖案同步跳頻，或者採用低互相關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，對提高系統的容量具有重要意義。此外，跳頻是瞬時窄帶系統，其頻率分配具有很大的靈活性，在現有頻率資源十分擁擠的條件下，這一點具有重要意義。