跳频组网及自适应跳频

1、1 跳频组网 n跳频网络拓扑结构 n跳频组网方式 n跳频组网过程 n跳频参数管理 n跳频通信系统的密钥枪 2 一、跳频网络拓扑结构 1.1.网络拓扑结构网络拓扑结构 网络拓扑结构：星形(a)、环形(b)、网形(c)、树形 (d)和总线形(e)，如图示: 3 网络拓扑结构 (a)星形网：星形网中心节点为控制节点， 任意两节点间的通信最多只要两步。 优点：传送平均延时小、结构简单、建 网容易。 缺点：可靠性低、中心节点易成为网络 的瓶颈，一旦故障将导致整个网络瘫痪。 主要适用于集中控制系统。 4 网络拓扑结构 (b)环形网：环形网为一个封闭的环形，各 节点通过中继器连入网内，各中继器间 由点到点链

2、路首尾连接，信息沿环路单 向传送。 优点：简化路径选择的控制、可靠性高、 当网络确定后，延时固定不变，实时性 强。 缺点：不便于扩充、节点较多时，影响 传输率。 5 网络拓扑结构 (c)网形网：网形网也称全可联形或者分布 式结构，节点之间有多条路径可供选择， 具有较高的可靠性。 优点：通信速度快、网络可靠性高。 缺点：建网投资大、灵活性差。 6 网络拓扑结构 (d)树形网：树形网是天然的分级结构。 优点：相对于星形网，节点扩充灵活， 寻径比较方便。 缺点：除叶节点及其相连的线路外，非 主节点或其相连的线路出现故障都会使 网络局部受到影响，且一旦主节点发生 故障会导致整个网络瘫痪。 适用于分级控

3、制系统，在军事上有广泛 应用。 7 网络拓扑结构 (e)总线形网：总线形网中的各个节点连接 在一条总线上。 优点：结构简单、节点扩展灵活方便。 缺点：网络对总线本身的故障比较敏感， 一旦总线某个部位开路，可造成整个网 络瘫痪。 8 跳频网络拓扑结构 2.2.跳频跳频网络拓扑结构网络拓扑结构 为了在强干扰环境中实现有效的通信， 并避免己方电台之间的互相干扰，必须 合理组网。 跳频通信电台组网，一般采用树形拓一般采用树形拓 扑结构扑结构。 9 二、跳频组网方式 1.1.跳频组网分类跳频组网分类 跳频通信装备的组网，主要包括频分组网和码分 组网两大类。 频分组网频分组网：不同的跳频网络使用不同的跳频

4、频率。 实现方法：（1）将工作频段划分为多个分频段，不 同的跳频网络工作在不同的分频段；（2）在全频段内 选取频率，但各跳频网络的跳频频率表彼此没有相同 的频率。 码分组网（跳频序列不同）码分组网（跳频序列不同）：所有跳频网络在相同的 跳频频率表上跳频，不同的跳频网络使用不同的跳频 序列，依靠跳频序列的正交性或准正交性来区分不同 的跳频网络。 10 跳频组网分类 实际应用中通常将频分组网和码分组网结结 合使用合使用。 n首先，在可用的工作频段上按照频分组网方式 编制出多个跳频频率表，将跳频网络数量基本 均分在各跳频频率表上。 n然后，在各跳频频率表上进行跳频码分组网。 11 跳频组网分类 这样

5、安排的优点： n可以充分利用频率资源 n不同的跳频频率表上的跳频网络之间基本不 存在相互干扰，同一个跳频频率表上的跳频 网络之间的相互干扰可大大减少 n可增加敌方侦查分选和跟踪干扰的难度 12 跳频组网分类 （1）根据是否具有统一的时间基准，跳频码分 组网方式可分为同步组网和异步组网。 （2）根据跳频序列的汉明相关性能，跳频码分 组网方式可分为正交组网和非正交组网。 综合考虑上述两种情况可知，跳频码分组 网方式有： n同步正交组网 n同步非正交组网 n异步非正交组网 13 同步正交组网 2.2.同步正交组网同步正交组网 所有的网在统一的时钟下使用同一个跳频频率表 进行同步跳频，在每个时刻，不同

6、的网络发射彼此互 不相同的频率。不同的网络通常使用不同的跳频序列， 在每个时刻，不同的网络发射彼此互不相同的频率， 如表1-1所列。不同的网络也可以使用同一个跳频序列 （同一跳变规律），但在时间上必须是错开的，如表 1-2所列。 14 同步正交组网 15 同步正交组网 部分观点认为，同步正交组网必定如表1-2 一样使用同一个跳频序列。这是片面的，如果 存在传输延时，网络之间的相互干扰将很大。 实际上，表1-1中使用不同跳频序列实现同步 正交组网的效果更好，即使存在时间上的延时， 网络之间的相互干扰也很小。 16 同步正交组网 同步正交组网的特点：同步正交组网的特点： n组网数量：组网数量：通常

7、小于跳频频率数，但仍远大于异步组网的数量。 n建网速度：建网速度：建网速度较慢，建立过程时间长。 n同步保持：同步保持：必须依靠跳频网络间时钟信息的频繁交换来实现，难 度较大。 n网间干扰：网间干扰：不存在跳频网络之间的相互干扰（不存在时延时）。 17 同步正交组网 n抗侦察性：抗侦察性：在任一时刻，各个网络在所有频率中选择 发射互不相同频率，使得敌方侦察接收机难以确定跟 踪干扰对象。 n抗干扰性：抗干扰性：只要阻塞跳频频率表中约1/3的频率，就可 以有效干扰所有跳频网。抗阻塞干扰能力较差。 n安全性能：安全性能：对于使用表1-2中的正交跳频序列族的跳频 网（使用同一个跳频序列，但在时间上频率

8、错开）， 如果有一部参数未清除的电台落入敌方手中，则敌方 可监听我方所有的跳频网，非常危险，安全性不好。 因此，应当使用表1-1那样的正交序列族（使用不同的 跳频序列）。 n实现难度：实现难度：需要高精度的时间基准，实现难度很大。 18 同步非正交组网 3.3.同步非正交组网同步非正交组网 所有的网在统一的时钟下使用同一个跳频频率表进 行同步跳频，不同的网络通常使用不同的跳频序列， 但是，在某些时刻，不同的网络有可能发射相同的频 率，如表1-3所列。 在同步组网时，如果允许不同网络之间存在一定的 碰撞次数，则可设计出更多的跳频序列，分配给更多 的网络使用。例如，表1-3中的每一个跳频序列的所有

9、 移位序列，都可以分配给不同的网络使用，如表1-4所 列。 19 同步非正交组网 20 同步非正交组网 21 同步非正交组网 并不是所有网络能够同时工作，如果同时 工作，每个网络在任意时刻总会遇到其他网络 的干扰。例如，对于表1-4中的序列1a，在时 刻0将会遇到序列2a，3a，4a，5a，6a的碰撞， 在时刻1将会遇到序列2d，3e，4b，5c，6f的 碰撞，在时刻2将会遇到序列2g，3b，4c，5e， 6d的碰撞，在时刻6将会遇到序列2e，3d， 4g，5f，6c的碰撞。这样每一时刻都有碰撞。 22 异步非正交组网 4.4.异步非正交组网异步非正交组网 异步组网时，系统中没有统一的时间基

10、准。由于各网互不同步，因而会产生网 间频率碰撞。不过，只要跳频序列设计 得好，可使频率碰撞的次数控制在允许 的限度内，各网仍可正常工作。 23 异步非正交组网 异步组网的特点： n组网数量：组网数量：约为跳频频率数的1/3。在最大组网数量时， 抗干扰能力较低。 n建网速度：建网速度：各跳频网之间没有时间约束，建网速度快。 n同步保持：同步保持：不需要各跳频网之间保持同步，只需网内 保持同步即可，同步保持相对容易。 24 异步非正交组网 n网间干扰：网间干扰：跳频频率表相同，没有统一时间基准，多 个网络可能在同一时间跳变到同一个频率，形成互相 干扰。随着网络数量增加，互相干扰增大。 n抗侦察性：

11、抗侦察性：抗侦察性能不如同步组网。 n抗干扰性：抗干扰性：抗跟踪干扰能力不如同步组网，抗阻塞干 扰能力与同步组网相当。 n安全性能：安全性能：不同的跳频网使用不同的跳频序列，如果 丢失一部电台，只对该电台所在网络构成威胁，对其 他跳频网不构成威胁。 n实现难度：实现难度：对定时精度要求低，实现难度小。 25 异步非正交组网 对于异步组网时多个网络之间的干扰的推导： nq q 每个网络可供跳频的频率； n1/q1/q 一个干扰出现在跳频网的一个频率上的概 率； nu u 同时工作的网络数。则其他u-1个网络都 是干扰源。 至少有一个干扰出现在网络频率上的概率： （1-1） 1 1 1(1)u h

12、 p q 26 异步非正交组网 跳频系统中，多个网络在同一个频段上独立地 跳频，设调制方式为fh/bfsk。如果两个网络没 有同时使用同一个频率，则比特差错率（即2fsk 的误码率）为： （1-2） 0 1 exp() 22 b e e p n 27 异步非正交组网 如果两个网络同时使用同一个频率，发生了 碰撞，则可以合理的假设由此造成在该频率上的 错误概率为0.5。因此，总的比特差错率为： （1-3） 式中 碰撞概率。 0 11 exp()(1) 222 b ehh e ppp n h p 28 异步非正交组网 将式（1-1）代入式（1-3），得 （1-4） 假设频率数目q非常大，则有 （1

13、-5） 11 0 1111 exp()(1)(1 (1) 222 uu b e e p nqq 1 11 1 (1)u h u p qq 29 异步非正交组网 因此，比特差错率约为 （1-6） 当只有一个网络用户在工作时，u=1，比特差 错率简化为式（1-2），这是bfsk调制方式的比 特差错率。 0 1111 exp()(1)() 222 b e euu p nqq 30 异步非正交组网 如果 非常大，有 （1-7） 0 / b en 0 11 lim ()() 2 b e e n u p q 31 同步组网的时基同步 5.5.同步组网的时基同步同步组网的时基同步 n标准时基同步法（外基准同

14、步法）：标准时基同步法（外基准同步法）：网络中所有 节点的时钟基准都依靠该节点接收到的外来基准时钟 信号，用锁相环路将本地节点时钟锁定到外来基准时 钟信号上，以实现和维持各网之间的定时同步。 n主从同步法（分级同步法）：主从同步法（分级同步法）：首先由上级网中的 主台先完成该网各属台的跳频同步，然后各属台按相 同的方法完成各自下属台的跳频同步。 32 同步组网的时基同步 主从同步法示意图： 33 同步组网的时基同步 主从同步法的优缺点： n优点：单向传输控制，实现相对简单，成本较 低，特别适合于星形或者树形网络结构。 n缺点：一旦节点的基准时钟失效，将会导致整 个网络或者局部失去同步能力，因此

15、需要设置 备份基准时钟。 34 三、跳频组网过程 1.1.跳频工作状态及其转移关系跳频工作状态及其转移关系 跳频通信电台通常有8种工作状态： n扫描状态 n呼叫设置状态 n发送呼叫状态 n定频通信状态 n迟入网申请状态 n收到迟入网申请信息状态 n发送迟入网引导状态 n跳频通信状态 35 跳频工作状态及其转移关系 图1-3为一种转换方法实例： 36 呼叫 2.2.呼叫呼叫 n跳频网呼：一部电台呼叫本网或者其他网内的 所有电台，实现跳频通信。如图1-4,1-5所示。 n跳频选呼：某一部电台呼叫本网内的另一部电 台，实现跳频通信。如图1-6所示。 n定频呼叫：跳频电台可以工作在定频通信状态， 在选

16、定的信道上与定频电台进行通信。 37 呼叫 38 呼叫 39 呼叫 40 迟入网 3.3.迟入网迟入网 三种入网方式： n主动申请迟入网 n被动牵引迟入网 n勤务同步迟入网 有的跳频电台采用其中一种迟入网方式， 有的跳频电台采用多种迟入网方式。 41 迟入网 1 1）主动申请迟入网：）主动申请迟入网：未进入跳频通信网内工作 的电台主动发出入网申请，再由网内电台发送 迟入网引导信号的入网方式。 其过程分为4个阶段： n发送迟入网申请信息阶段 n收到迟入网申请信息阶段 n发送迟入网引导信息阶段 n迟入网建立状态阶段 42 迟入网 2 2）被动牵引迟入网：）被动牵引迟入网：网内电台在组网后通过点 名

17、方式发现有未入网电台，通过迟入网功能， 引导未入网电台进入通信网的一种迟入网方式。 工作过程：工作过程： 未入网电台处于扫描状态，网内电台在跳未入网电台处于扫描状态，网内电台在跳 频通信状态下，直接发送迟入网引导信号，未频通信状态下，直接发送迟入网引导信号，未 入网电台被牵引进入跳频通信网。入网电台被牵引进入跳频通信网。 43 迟入网 3 3）勤务同步迟入网：）勤务同步迟入网：未入网电台既不主动申请， 网内电台又不点名，而是通过接收跳频数据流 中插入的勤务同步信息实现迟入网的一种迟入 网方式。 工作过程：工作过程： 所有网内电台在正常的跳频通信过程中，每隔一定所有网内电台在正常的跳频通信过程中

18、，每隔一定 的时间，在预定的勤务频率上发送勤务同步信息，未的时间，在预定的勤务频率上发送勤务同步信息，未 入网电台在预定的勤务频率上搜索跳频数据流中插入入网电台在预定的勤务频率上搜索跳频数据流中插入 的勤务同步信息。未入网电台接收到的所有必需的同的勤务同步信息。未入网电台接收到的所有必需的同 步信息后，调整实时时钟，就实现了迟入网。步信息后，调整实时时钟，就实现了迟入网。 值得指出的是，有的跳频电台没有采用任何迟入网值得指出的是，有的跳频电台没有采用任何迟入网 方式，因此不能实现迟入网。方式，因此不能实现迟入网。 44 四、跳频参数管理 1.1.跳频参数管理的作用跳频参数管理的作用 n实现跳频

19、通信装备的协同互通实现跳频通信装备的协同互通 n避免跳频通信网络的相互干扰避免跳频通信网络的相互干扰 频率选择需要满足以下条件：频率选择需要满足以下条件： 1 1）禁止选用与当地广播电台、电视台一致的频率禁止选用与当地广播电台、电视台一致的频率 2 2）在制定跳频频率表时应为常规电台留出保护频段在制定跳频频率表时应为常规电台留出保护频段 3 3）同一台车内的几部电台同时工作时，彼此的频率间隔应大于最高工作同一台车内的几部电台同时工作时，彼此的频率间隔应大于最高工作 频率的频率的10%10%；当最高工作频率低于；当最高工作频率低于50mhz50mhz时，频率间隔应不小于时，频率间隔应不小于5mh

20、z5mhz 4 4）最好与敌方使用相同的频段，可以避免敌方施放干扰最好与敌方使用相同的频段，可以避免敌方施放干扰 n提高跳频通信网络的整体性能提高跳频通信网络的整体性能 45 跳频参数管理的内容 2.2.跳频参数管理的内容跳频参数管理的内容 跳频参数包括跳频时间参数跳频时间参数和跳频信道参数跳频信道参数。 n跳频时间参数跳频时间参数：就是实时时间tod，可以是绝 对时间，也可以是相对时间。tod主要有两个 作用： 1）用于跳频同步； 2）参与跳频序列的运算。 n跳频信道参数：跳频信道参数：包括跳频频率参数、跳频序列 参数、跳频网络参数和跳频速率参数。 46 跳频参数管理的内容 n跳频频率参数：

21、跳频频率参数：就是跳频频率表。 n跳频序列参数：跳频序列参数：包括跳频密钥和跳频序列产生算 法控制参数。 n跳频网络参数：跳频网络参数：包括组网数量、网号（链路号）、 台号（站号）、互通关系、互通权限等。 n跳频速率参数：跳频速率参数：跳频通信装备通常有几种跳频速 率可供选择使用，不同单位、不同时期研制生产的 跳频通信装备在跳频速率方面也有差异。 47 跳频参数管理的设备 3.3.跳频参数管理的设备跳频参数管理的设备 跳频参数管理设备是跳频通信装备战场统一管理的平台，跳频参数管理设备是跳频通信装备战场统一管理的平台， 通常包括通常包括跳频参数管理终端、跳频参数注入器跳频参数管理终端、跳频参数注

22、入器和配套的和配套的跳频跳频 参数分配器参数分配器。如图。如图1-71-7所示所示。 48 跳频参数管理的设备 n管理终端的作用：管理终端的作用：主要解决战术想定、已有资 源与跳频通信装备之间的匹配问题。 n分配器的作用：分配器的作用：主要解决跳频通信参数的快速 分发和注入器的维护保存等问题。 n注入器的作用：注入器的作用：主要用于解决操作员快速开通 跳频通信装备的问题。 49 跳频参数管理的实施 4.4.跳频参数管理的实施跳频参数管理的实施 跳频参数管理设备的使用步骤： n明确需求 n资源获取 n参数规划 n参数分配 n参数注入 50 多台同车的跳频参数管理 5.5.多台同车的跳频参数管理多

23、台同车的跳频参数管理 多台同车带来的问题： n由于各个电台属于不同的网络，使用不同的跳 频序列，跳频序列之间会发生频率重合干扰； n一部电台在发射时，其发射功率将堵塞处于接 收状态的其他电台，使接收机性能显著下降， 甚至击穿接收机前端，造成通信中断。 51 多台同车的跳频参数管理 解决多台同车问题的办法：分频段跳频，提供一 定的保护频段。如英国jaguar-v电台，如图1-8所示。 52 多台同车的跳频参数管理 几种典型跳频电台的多台同车工作技术指标：几种典型跳频电台的多台同车工作技术指标： 型号生产厂家工作频段与跳频方式多台同车性能 rf-3090 美国 harris 30mhz90mhz内

24、划分12个分频段，每个 分频段5mhz，在分频段上跳频 多部电台相隔15mhz（跨越3个分频段）， 天线相距1.3m，可以跳频工作 jaguar-v英国 racal 30mhz88mhz内划分9个频段，每个分 频段6.4mhz，在分频段上跳频 在同一分频段内跳频，天线相距必须大 于100m；在相邻分频段内跳频，天线相 距必须大于20m；相隔1个分频段跳频， 天线相距2m scimitar- v 英国 marconi 30mhz88mhz内全频段跳频，每张跳频 频率表有256个频率，可组成9个频分网， 然后在每一张跳频频率表上进行同步组 网，理论上可组成9x256=2304个网 精心安排选择跳频

25、频率表，多台同车性 能每一瞬时都与定频多台同车性能相同 pr4g 法国 thomson- csf 30mhz88mhz内分频段跳频装有减少共扯干扰的跳频滤波器。天线 相距大于1.5m，频率偏移5%9%，几 部电台可以安装在同一辆车内，不会产 生相互干扰。天线间的非耦合值为20db， 频率偏移5%9%，几部电台可以安装在 同一架飞机内，不会产生相互干扰 53 五、跳频通信系统的密钥枪 1.1.概念概念 n密钥枪是与跳频电台相配套使用的一个 独立的通信部件 n通过与计算机或跳频电台之间进行数据 传输来完成跳频保密信息的接收、存储 和转发，同时对于外界具有保密性 54 密钥枪的传输格式 2.2.密钥

26、枪的传输格式密钥枪的传输格式 1 1）跳频加密文件的传输格式）跳频加密文件的传输格式： 跳频加密文包括4个传输 标志s1s4、4个用户输入 密钥key1key4及4个所用 频率集。跳频加密文件的具 体结构如图1-9示。 55 密钥枪的传输格式 如图示，传输标志s1s4各占一个字节；用户 输入密钥key1key4均为64个比特，共占32个字节； 频率集1频率集4中的频率数根据用户的选择可以 为128个或64个，每个频率值占2个字节，以bcd码 的形式存放，低位在前，高位在后。例如：1234这 个频率值存放的格式如图1-10所示。 56 密钥枪的传输格式 2 2）数据帧的传输格式）数据帧的传输格式

27、 密钥枪与计算机或跳频电台之间以帧 的形式传输数据时，要将传输帧头、传输 帧的长度、系统标准时间以及校验位等信 息与数据文件一起按照固定的帧格式进行 传输，具体传输的帧格式见图1-12。 如图所示，第一个数据11000100 (c4h) 为帧头，占1字节；dnl与dnh分别是传输 帧长（即帧的总字节数，但不包括帧头的 一个字节）的低位字节和高位字节；秒， 分，时，日，月，年为系统标准时钟，共 占6个字节；数据文件为用户选择的跳频 加密文件或话音加密文件，所占字节数根 据所选情况而定。最后两个字节是crc校 验字节，通过它对不包括帧头的帧的全部 字节进行校验，以保证数据传输的正确无 误。 57

28、密钥枪的通信协议 2.2.密钥枪的通信协议密钥枪的通信协议 1 1）计算机向密钥枪发送数据帧的通信协议）计算机向密钥枪发送数据帧的通信协议 58 密钥枪的通信协议 2）密钥枪向电台发送数据帧的通信协议密钥枪向电台发送数据帧的通信协议 59 密钥枪的硬件构成与实现 3.3.密钥枪的硬件构成与实现密钥枪的硬件构成与实现 n密钥枪的硬件构成密钥枪的硬件构成：密钥枪的硬件构成主要包括at89c51单片机、 max232电平转换器、sn74ls373锁存器、ds1643带电ram、pow7805稳 压器、imp811复位信号产生器等器件。整体硬件框图如图1-15所示。 n密钥枪的硬件实现思想密钥枪的硬件

29、实现思想 ：根据用户输入选择而形成的数据帧经 过计算机的串行口输入到密钥枪中。经过电平转换器max232后进入单 片机的输入串口rxd，单片机在对数据帧进行crc校验之后，将它们按 照地址存入ds1643中；当密钥枪向跳频电台传输数据时，单片机按照 地址依次从ds1643中取出数据并加上crc校验字节，再经过输出串口 txd传输给跳频电台的串行接口。 60 密钥枪的硬件构成与实现 61 自适应跳频通信技术 n概述 n自适应跳频关键技术 n短波自适应跳频通信技术 n蓝牙自适应跳频技术 62 一、概述 1.1.基本概念：基本概念： 跳频通信是通信双方按相同规律（跳频序列） 改变通信频率的一种通信方

30、式。 广义自适应技术： n频率自适应 n功率自适应 n速率自适应 n自适应调零天线技术 63 基本概念 n广义自适应跳频技术，采用前面所述的 频率自适应、功率自适应、自适应数据 传输速率、自适应调零天线、自适应调 制解调、自适应均衡等技术。 n狭义上，自适应跳频主要是指频率自适 应。 64 基本概念 自适应跳频类型：自适应跳频类型： n一是在跳频同步建立前，通信双方首先在预定的频 率表中，通过自适应选频功能选出好的频率作为跳 频中心频率生成跳频频率表进行跳频； n二是在跳频同步建立前，通信双方首先在预定的频 率表中，通过自适应技术选出好频率生成新的跳频 频率表进行跳频； n三是跳频通信过程中，

31、自动进行频谱分析，不断将 坏频率从跳频频率表中剔除，将好频率增加到频率 表中，以提高通信系统的抗干扰性能并尽可能增加 系统的隐蔽性。此技术是最常用的自适应跳频技术。 65 基本概念 自适应跳频技术特点：自适应跳频技术特点： n智能化程度高，避免了坏频率的重复出现，抗 干扰性能更好，传输数据时误码率更低，可通 率得到提高； n和宽带跳频结合起来，可大大提高抗干扰性能； n由于需要搜索较多的信道，因此所需时间较长； n组网时操作过程复杂，确定可用频率的时间较 长。 66 自适应跳频系统的结构 2.2.自适应跳频系统的结构自适应跳频系统的结构 67 自适应跳频通信过程简介 3.3.自适应跳频通信过程

32、简介自适应跳频通信过程简介 n频率分析 对信道质量进行评估，删除干扰频率，并使双方频率 表一致。 n通信链路建立 发射功率最大，建立跳频同步。 n通信保持 干扰频率去除，并保证跳频序列同步，以最小的发射 功率保证双方可靠通信。 68 二、自适应跳频关键技术 1.1.实时信道评估技术（误码率和信噪比评估）实时信道评估技术（误码率和信噪比评估） n门限误码率判决准则门限误码率判决准则 n应用于功率自适应控制功率自适应控制时，由猝发干扰或其他原因 引起的瞬间高误码率应该从误码率计算中去除。 n应用于频率自适应控制频率自适应控制时，注意避免偶尔猝发干扰 而被认定为是被干扰信道，从而作为坏频率从跳频 频

33、率表中去除。 n实时误码率测定实时误码率测定 n误码率可在频率分析阶段评估，也可在通信过程中 评估（用一定的已知信息）。 69 频率自适应控制技术 2.2.频率自适应控制技术频率自适应控制技术 1）跳频频率表的配置（两种方法） 一种是将频率分为使用频率和备用频率； 另一种是将全部频率组成一个跳频频率表。 2）跳频频率表的更新 根据信道评估结果，收方通过反馈信道，要求 发方更换坏频率，双方使用更新后的频率表。 70 频率自适应控制技术 3）主要技术指标： 常规跳频通信系统技术性能参数：跳频速 率、跳频带宽、跳频频率表、跳频序列、 跳频增益、跳频同步方式、时间、概率 （漏同步、假同步）等。 除以上

34、参数外，还应考虑：每个受干扰 频率的处理时间、最多能处理的受干扰频 率数、抗阻塞干扰能力。 71 频率自适应控制技术 （1 1）每个受干扰频率的平均处理时间）每个受干扰频率的平均处理时间 处理时间均值为：处理时间均值为： （2-1） 其中 表示受干扰的频率数。 1 1 () j q jjij i j ttq q j q 72 频率自适应控制技术 可分为3个部分：受干扰频率 的检测与估计时 间 、 报告信令正确传输时间 和 应答信令 正确传输时间 ，所以有 （2-2） j t j f 1 t 2 t 3 t 123j tttt j f j f 73 频率自适应控制技术 跳频频率表中每个频率出现的

35、概率为1/q,所以每个频率受 干扰的检测与估计平均时间近似为 （2-3） 式中 频率表中的频率数目； 跳频周期； 对某个频率的观察次数。 所有频率观察k次，才能保证一个频率观察k次，因跳频频 率表中每个频率等概出现（为1/q）。 1h tq k t q k h t 74 频率自适应控制技术 在干扰报告信令传输中，由于只要一跳收到 即可，能容忍的最多受干扰频率数为q-1，所 以 的最大值约为（ 跳频周期） （2-4） 2 t 2 maxh tq t h t 75 频率自适应控制技术 由于应答信令传输过程及机理与报告信令类似， 所以有 （2-5） （2-6） (2-7) 当k=3，q=64时， =

36、4ms时， 。 3maxh tq t 32 tt max 2(2) jhhh tq k tq tk q t h t max 5 64 41.28 j tmss 76 频率自适应控制技术 当频率集中只有一个频率受到干扰时，得 到 的最小值 当k=3，q=64时， 。 min (64 32) 40.776 j tmss j t min 2(2) jhhh tq k ttq kt 77 频率自适应控制技术 由于跳频图案的遍历性，假设跳频序列 中相邻时间两个频率不重复，根据式（2-2） 可以得出 (2-8) 由式（2-8），对于不同的受干扰频率点 数，完成每个频率自适应处理所需要时间如 图2-2所示。

37、 2(1) jhjh tq k tqt 78 频率自适应控制技术 79 频率自适应控制技术 （2 2）最多能处理的受干扰频率数）最多能处理的受干扰频率数 (2-9) 频率表中只要有一个无干扰频率，即可在该频率 上进行“单跳频”通信。这只是一个理论值或理想 值，对实际中的 有 （2-10） max 1 j qq 1 j qq j q 80 频率自适应控制技术 （3 3）抗阻塞干扰能力）抗阻塞干扰能力 用系统误码率改善倍数系统误码率改善倍数（误码率增益）和抗阻塞干扰门限抗阻塞干扰门限 值值来衡量。 为能处理的受干扰频率数。经频率自适应处理后系统稳态 误码率近似为 （2-11） 在同样干扰情况下，常

38、规跳频系统稳态误码率为 （2-12） 0.5 jj e qq p q ( ) jj qq 0.5 j e q p q j q 81 频率自适应控制技术 常规跳频通信和频率自适应跳频通信的稳态误码率比较 如图2-3所示（受干扰频率63个，频率表频率64个）。 82 频率自适应控制技术 在同样阻塞干扰情况下，频率自适应跳频误码率比 常规跳频误码率改善的倍数为 （2-13） 其变化曲线如图2-4所示（受干扰频率63个，频率表频 率64个）。 0.5 0.5 j j jj jj q q q g qq qq q ( ) jj qq 83 频率自适应控制技术 84 频率自适应控制技术 当 时， ， ，此时

39、 系统由于干扰造成的误码率为0，只剩下 由于传输损耗、系统的执行损耗等固有因 素造成的误码率。 因此，尽管有很多频率被干扰，系统 也将获得在无干扰频率上跳频通信的效果。 jj qq 0 e p g 85 频率自适应控制技术 频率自适应跳频处理使得常规跳频抗阻塞 干扰的相对门限值从30%提高到了 ，改 善的倍数为 。从30可提高 到63/64=98.4%。 抗阻塞干扰能力大幅度提高，可以打破 “三分之一频率干扰”策略。 / jj qq (10/3) ( /) jj qq 86 功率自适应控制技术 3.3.功率自适应控制技术功率自适应控制技术 目的目的：用最小的发射机输出功率获得正常 通信效果，以

40、达到极大地降低被有意探测窃听 和测距的概率。 87 功率自适应控制技术 n功率自适应控制（目的：对付噪声）原则：功率自适应控制（目的：对付噪声）原则： n比特误码率最小原则（达到门限值即可） n等信干比（各个频率上的）原则 n功率自适应控制策略：功率自适应控制策略： n同步头发送阶段：同步头发送阶段：可以用最大额定发射功率 n频率分析和通信阶段：频率分析和通信阶段：根据门限误码率准则进行功 率自适应调整。 n功率自适应控制技术要求：功率自适应控制技术要求：发射机功率可动态调 整范围、调整步长、响应时间。 88 自适应跳频通信协议 4.4.自适应跳频通信协议自适应跳频通信协议 n频率分析协议（频

41、率分析信息的传输等） n链路建立协议（跳频同步） n通信协议（同步保持） n其他协议（迟入网等） n可靠性、安全性和效率（协议的顽健性等） 89 三、短波自适应跳频通信技术 1.1.概述概述 发展基础：发展基础：短波自适应通信技术和短波跳频通信技术。 现状：现状：短波自适应跳频通信系统把普通窄带频率自适 应系统的自动链路建立功能、宽带扩频系统的抗干扰 能力及低截获率等优势结合在一起，在改善误码率、 信噪比等性能方面潜力巨大。 体制发展：体制发展：正逐步实现由窄带模拟跳频向宽带数字跳 频转变，并重点发展自适应跳频技术体制，以提高对 抗干扰能力。 90 概述 短波自适应跳频通信技术较常规跳频 通信

42、技术的抗干扰能力强，但也存在着 一些潜在弱点： n频率易暴露 n信道搜索时间过长 n宽带跳频问题（还未很好解决） 91 短波自适应通信技术 2.2.短波自适应通信技术短波自适应通信技术 短波自适应通信技术通常指实时信道评估 技术和自适应技术的结合。 较早的短波通信系统：采用电离层探测方法电离层探测方法选频， 属于单一的信道探测系统单一的信道探测系统。 2020世纪世纪7070年代初：年代初：barry公司研制了宽带chirp系统， 于1976年发展成为美军第一代战术频率管理系统。 2020世纪世纪8080年代后：年代后：短波自适应通信系统成为主流。源 于美国原子弹防御研究所的一项研究计划。 9

43、2 短波自适应通信技术 短波自适应通信系统的核心是短波自动链路短波自动链路 建立系统建立系统，它具有以下特征： n通过信令交换，而不是人工呼叫来建立链路 n具有选择最优信道进行呼叫和信道评估功能 n具有自动信道扫描功能 n自动地建立短波通信链路，降低了对电台操作 员熟练程度的要求 93 短波自适应通信技术 典型的短波自动链路建立系统： ncollinscollins公司公司的selscan和alqa； nharrisharris公司公司的autolink和autolinkii； nsiemenssiemens公司公司的chx-200； nrohede schwartsrohede schwar

44、ts公司公司的alis； ntadirantadiran公司公司的mesa和hf-2000等。 94 短波自适应通信技术 在有关短波自动链路建立系统实施的标准 中，最具权威性的有： n美国标fed-std-1045 n美军标mil-std-188-141a n美军标mil-std-188-141b n美军标mil-std-188-141c 95 短波自适应通信技术 （1 1）mil-std-188-141amil-std-188-141a简介简介 mil-std-188-141amil-std-188-141a和fed-std-1045fed-std-1045被称为第 二代短波自动链路建立系统

45、。 在mil-std-188-141amil-std-188-141a标准中规定：自动链路 建立为短波台站与其他台站和网路提供通信链路， 并可在无操作人员的情况下自动完成。 96 短波自适应通信技术 （2 2）mil-std-188-141bmil-std-188-141b简介简介 1999年，美国国防部推出了第三代短波自 动链路建立标准mil-std-188-141bmil-std-188-141b，该标准在 支持第二代标准规定的话音通信和小型网络的 前提下，有效的支持大规模、数据密集型快速 高质量的短波通信系统。 97 短波自适应通信技术 mil-std-188-141bmil-std-1

46、88-141b内容共分为内容共分为5 5个方面：个方面： n链路建立管理链路建立管理 n数据流管理数据流管理 n数据连接管理数据连接管理 n高速数据连接管理高速数据连接管理 n低速数据连接管理低速数据连接管理 n电路连接管理电路连接管理 n物理层管理物理层管理 98 短波自适应通信技术 相对于第二代短波自动链路建立系统，第三代采用了 许多新技术，主要表现在： n数字psk调制解调方式 nbw系列波形传输 n呼叫信道的同步扫描 n将网络内的电台划分为不同的驻留组 n信道分离 n时隙信道访问方式 n信道使用前采用载波监听技术避免冲突 n提供了与互联网协议的接口 99 短波自适应通信技术 第三代短波

47、自动链路建立系统的技术特点技术特点： n波形：bw0bw4共5种； n信道分离； n链路建立的同步性：提供了异步和同步两种方式，其 中同步模式性能更优，延时更小； n驻留组划分：将所有电台划分成不同的驻留组； n划分时隙：电台在一个信道上的驻留时间为4s，分为5 个时隙slot0slot4； n自动重发请求协议； n探测信号的作用（兼顾信道质量评估）。 100 短波自适应跳频过程 3.3.短波自适应跳频过程短波自适应跳频过程 根据简单的双状态干扰模型，可以成功地把 自适应跳频技术应用到短波通信中。在双状态干 扰模型中，每个频率都可以看作处于两个状态之 一，即拥塞状态（拥塞状态（badbad）和

48、畅通状态（畅通状态（goodgood）。 用p(b)表示某一频率处于拥塞状态的概率， p(g)表示处于畅通状态的概率。令r=p（b/g）、 s=p（g/b）分别表示转移概率，则这两种状态之 间的转换可以用马尔科夫链来描述，且假设每一 频率状态之间的转换是独立的。 101 短波自适应跳频过程 no 用q来表示任一频率上的干扰超过提前设置的 门限的概率，则 (2-14) 其大小由接收端所定的干扰门限值、信号概率 和干扰源概率等因素共同决定。 ()/ ()qp brrs 102 短波自适应跳频过程 no 设频率处于拥塞状态的平均时间为 ，则有 （2-15） 用 表示第 跳中在所选的 个好频率中出现的

49、坏 频率数量，则有 （2-16） 式中 在初始状态 下， 个好频率中处于拥 塞状态的频率数。 0 00 11 (/ ),(/) 1 q sp g brp b g q i m 0 mm a q 0 1 (1 () /(1 () i i ia rs e mmmrsq r rs i a q 103 短波自适应跳频过程 no 令 为第 跳时的误码率， 为频率处于拥塞状 态时的误码率， 为频率处在畅通状态时的误码率。 假设 ， 则有 (2-17) ( ) i p m i b p g p gb pp 0 / ia e mmmq 00 / ( ) aii igb aa qe mmme mmm p mpp q

50、q 0 / i gb a e mmm pp q 104 短波自适应跳频过程 no 把 和 分别用 和 代替，得 （2-18） 则在一帧中平均比特误码率为 （2-19） m () i pm 0 e m i p 00 1 ()1 () 2 l igb i aa e me mrsl ppppr lqq 0 0 1 ()(1) (1) i igbb a e m ppp qp q qq 105 短波自适应跳频过程 no 假设完成一帧数据传送后，通过链路质量 分析选择的 个新频率中坏频率的平均数 为 ，则经过了长为 的反向频率传输 时间后，得到开始传输数据时的平均坏频率 数为 （2-20） e b f l

51、 0 0 1 ( )(1) (1) f l aa e mqqqqe b q a q 106 短波自适应跳频过程 no 将式（8-20）代入式（8-19），得到最终的比特误 码率为 （2-21） （2-22） 将式（2-22）代入式（2-21）可得到最终的结果。 0 11 ( )(1) (1) f l gbaa a pppqqqqe b qq 0 ()1 ( )(1) 2(1) f l aa a lrs rqqqqe b qq 0 ()(1) a q iq i a i q e bqiq q i 107 四、蓝牙自适应跳频技术 1.1.概述概述 蓝牙工作在ism频段即工业，科学和医用频段，无 需许

52、可证，只需要遵守一定的发射功率(一般低于1w)， 并且不要对其它频段造成干扰即可 。ism频段的应用 开放性决定了干扰种类的多样性并呈不断增加的趋势。 对于蓝牙系统至少存在以下几种干扰： n家用电器的干扰 n同频段其他扩频通信系统的干扰 n蓝牙系统的自干扰 n工作在同一频段的其他系统的干扰 108 概述 现有的对干扰问题的解决方案（针对 ieee802.11bieee802.11b对对和蓝牙蓝牙相互干扰而给出的）： n在2.4ghz频段上对蓝牙的使用范围做修正，使其 只工作在ism频段的一部分上； n对两种系统均做修正，都采用带有碰撞检测的载 波侦听多路访问协议； n采用蓝牙中延长跳频时隙的选项以减少干扰。 109 概述 蓝牙自适应跳频技术的特点： （1）跳频序列可使用的频率数目 是动态变化的， 但必须有一个最小值 ， 。蓝牙 规范1.2版中规定 为20.