跳頻系統基本原理

　　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、電子對抗、信道擁塞等問題。常規短波電臺用固定頻率發射和接收，因而無法避開竊聽、人為干擾、信道阻塞。這些問題必須利用跳頻技術才能徹底克服。通常我們所接觸到的無線通信系統都是載波頻率固定的通信系統，如無線對講機，汽車移動電話等，都是在指定的頻率上進行通信，所以也稱作定頻通信。這種定頻通信系統，一旦受到干擾就將使通信質量下降，嚴重時甚至使通信中斷。

　　例如：電臺的廣播節目，一般是一個發射頻率發送一套節目，不同的節目占用不同的發射頻率。有時為了讓聽眾能很好地收聽一套節目，電臺同時用幾個發射頻率發送同一套節目。這樣，如果在某個頻率上受到了嚴重干擾，聽眾還可以選擇最清晰的頻道來收聽節目，從而起到了抗干擾的效果。但是這樣做的代價是需要很多額譜資源才能傳送一套節目。如果在不斷變換的幾個載波頻率上傳送一套廣播節目，而聽眾的收音機也跟隨著不斷地在這幾個頻率上調諧接收，這樣，即使某個頻率上受到了干擾，也能很好地收聽到這套節目。這就變成了一個跳頻系統。

　　另外在敵我雙方的通信對抗中，敵方企圖發現我方的通信頻率，以便于截獲所傳送的信息內容，或者發現我方通信機所在的方位，以便于引導炮火摧毀。定頻通信系統容易暴露目標且易于被截獲，這時，采用跳頻通信就比較隱蔽也難以被截獲。因為跳頻通信是“打一槍換一個地方”的游擊通信策略、使敵方不易發現通信使用的頻率，一旦被敵方發現，通信的頻率也已經“轉移”到另外一個頻率上了。當敵方摸不清“轉移規律”時，就很難截獲我方的通信內容。

　　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。所以在當前現代化的電子戰中跳頻通信已顯示出巨大的優越性。另外，跳頻通信也應用到民用通信中以抗衰落、抗多徑、抗網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，需要經常改變載波頻率，即“打一槍換一個地方”似地對載波頻率進行跳變，跳頻通信中載波頻率改變的規律，叫作跳頻圖案。

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

　　只有通信的雙方才知道此跳頻圖案，而對敵方則是絕對的機密。所謂“偽隨機”，就是“假”的隨機，其實是有規律性可循的，但當敵方不知跳頻圖案時，就很難猜出其跳頻的規律來。

　　通信收、發雙方的跳頻圖案是事先約定好的，或者是由發方通知收方的。這個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，在某一個頻率上施放長時間的大功率的干擾，即單頻干擾。

　　干擾方式2，在某幾個頻率上施放長時間大功率的干擾，即多頻干擾。

　　干擾方式3；在連續的幾個頻帶上施放長時間大功率的干擾，稱作部分頻帶來擾。

　　干擾方式4，在不同時間內在不同的頻率上施放大功率的干擾。

　　干擾方式5，依照跳頻圖案的規律跟蹤施放大功率的干擾。

　　這些干擾方式和跳頻通信的關系正像二人對奕時相互“出子”一樣，當雙方的“布子”落在時一頻域棋盤內的同一小格時，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。

　　考察一個系統的跳頻技術性能，應注意下列各項指標：

　　跳頻帶寬

　　跳頻頻率的數目

　　跳頻的速率

　　跳頻碼的長度(周期)

　　跳頻系統的同步時間

　　一般說來，希望跳頻帶寬要寬，跳頻的頻率數目要多，跳頻的速率要快，跳頻碼的周期要長，跳頻系統的同步時間要短。

　　跳頻帶寬的大小，與抗部分頻帶的干擾能力有關。

　　跳頻帶寬越寬，抗寬帶干擾的能力越強。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。

　　跳頻頻率的數目，與抗單頻干擾及多頻干擾的能力有關。

　　跳變的頻率數目越多，抗單頻、多頻以及梳狀干擾的能力越強。在一般的跳頻電臺中，跳頻的頻率數目不超過100個。

　　跳頻的速率，是指每秒鐘頻率跳變的次數，它與抗跟蹤式干擾的能力有關。

　　跳速越快，抗跟蹤式干擾的能力就越強。一般在短波跳頻電臺中，其跳速目前不超過100跳／秒。在甚高頻電臺中，一般跳速在500跳／秒。對某些更高頻段的跳頻系統可工作在每秒幾萬跳的水平。

　　跳頻碼的長度，它將決定跳額圖案延續時間的長度，這個指標與抗截獲(破譯)的能力有關。

　　跳頻圖案延續時間越長，敵方破譯越困難，抗截獲的能力也越強。跳頻碼的周期可長達10年甚至更長的時間。

　　跳頻系統的同步時間，是指系統使收發雙方的跳頻圖案完全同步并建立通信所需要的時間。系統同步時間的長短將影響該系統的頑存程度。因為同步過程 一旦被敵方破環，不能實現收、發跳頻圖案的完全同步，則將使通信系統癱瘓。因此，希望同步建立的過程越短越好，越隱蔽越好。根據使用的環境不同，目前跳頻電臺的同步時間可在秒或幾百毫秒的量級。

　　當然，一個跳頻系統的各項技術指標應依照使用的目的、要求以及性能價格比等方面綜合考慮才能作出最佳的選擇。跳頻系統的特點，在很大程度上取決于它的擴展頻譜機理。跳頻擴展頻譜在機理上與直接序列擴展頻譜大不相同。

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

　　由于它是瞬時窄帶系統，它易于與目前的窄帶通信系統兼容。

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

　　由于它是宏觀的寬帶系統，它具有擴展頻譜的抗干擾能力。

　　跳頻擴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。

　　在傳統的定頻通信系統中，發射機中的主振蕩器的振蕩頻率是固定設置的，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，要求主振蕩　器的頻率應能遵照控制指令而改變。這種產生跳頻信號的裝置叫跳頻器。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產生什么樣的跳頻圖案?通常，是利用偽隨機發生器來產生跳頻指令的，或者由軟件編程來產生跳頻指令。所以，跳頻系統的關鍵部件是跳頻器，更具體地，是能產生頻譜純度好的快速切換的頻率合成器和偽隨機性好的跳頻指令發生器。

　　定頻信號的接收設備中，一般都采用超外差式的接收方法，即接收機本地振蕩器的頻率比所接收的外來信號的載波頻率相差一個中頻，經過混頻后產生一個固定的中頻信號和混頻產生的組合波頻率成分。經過中頻帶通濾波器的濾波作用，濾除組合波頻率成分，而使中頻信號進入解調器。解調器的輸出就是所要傳送給收端的信息。

　　跳頻信號的接收，其過程與定頻的相似。為了保證混頻后獲得中頻信號，要求頻率合成器的輸出頻率要比外來信號高出一個中頻。因為外來的信號載波頻率是跳變的，則要求本地頻率合成器輸出的頻率也隨著外來信號的跳變規律而跳變。所以，接收機中的跳頻器還需受同步指令的控制，以確定其跳頻的起、止時刻。可以看出，跳頻器是跳頻系統的關鍵部件，而跳頻同步則是跳頻系統的該心技術。

　　跳頻系統要實現跳頻通信，正確接收跳頻信號的條件是跳頻系統的同步。

　　系統的同步包括以下幾項內容：

　　收端和發端產生的跳頻圖案相同，即有相同的跳頻規律。

　　收、發端的跳變頻率應保證在接收端產生固定的中頻信號，即跳變的載波頻率與收端產生的本地跳變頻率相差一個中頻。

　　頻率跳變的起止時刻在時間上同步，即同步跳變，或相位一致。

　　在傳送數字信息時，還應做到幀同步和位同步。

　　目前世界各電臺廠商提供的多數是普通數字式跳頻。數字跳頻的缺點是跳頻頻譜不夠隱蔽，容易被識別、破譯、跟蹤。近兩年出現了更先進的智能邊帶跳頻模式，這是邊帶跳頻和智能跳頻的統稱。邊帶跳頻是在數字跳頻 基礎上發展的更高級技術，它將跳頻碼隱含于邊帶話音中，隱含的跳頻信號近似邊帶噪聲，比一般的數字跳頻更難被識別，破譯和跟蹤。智能跳頻則是一種具有極強的頻帶適應技術，能夠在256KHz跳頻頻帶內自動識別和棄用擁塞信道。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所占據，利用智能跳頻，可以將整個通信網自動調整到干凈的信道區，通信背景自然就會干凈和安靜的多，有用信號將明顯變的清晰。