跳频及其自适应技术_精品文档.ppt

1、西安电子科技大学西安电子科技大学 综合业务网理论及关键技术国家重点实验室刘乃安刘乃安跳频及其自适应技术跳频及其自适应技术 摘 要1、跳频概述2、跳频系统原理3、跳频系统的伪随机码4、跳频系统的频率合成器5、跳频系统的同步6、跳频组网7、跳频系统的应用8、跳频自适应技术 扩展频谱扩展频谱历史历史1 1、开始于、开始于1919世纪世纪2020年代雷达的发明，为了提高分辨率，年代雷达的发明，为了提高分辨率，注重扩频思想。二次世界大战（注重扩频思想。二次世界大战（WWIIWWII）中，军队对抗干扰中，军队对抗干扰也有此思想。但真正也有此思想。但真正有关扩频通信技术的观点是在有关扩频通信技术的观点是在1

2、9411941年年由好莱坞女演员由好莱坞女演员HedyHedy LamarrLamarr 和钢琴家和钢琴家George George AntheilAntheil提提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利了美国专利#2.292.387#2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视起美国军方的重视。2 2、世界上第一个直接序列扩频系统是在美国的联邦通信、世界上第一个直接序列扩频系统是在美国的联邦通信实验室实验室(FTL)FTL)于于19491949年由年由DerosaDero

3、sa和和RogoffRogoff完成的，成功的完成的，成功的工作在工作在New JerseyNew Jersey和和CaliforniaCalifornia之间的通信线路上。之间的通信线路上。扩频通信，即扩展频谱通信扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)Spread Spectrum Communication)，它它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。传输方式。历史历史3 3、理论研究紧跟其上，、理论研究紧跟其上，19501950年年BasoreBas

4、ore首先提出把这种扩首先提出把这种扩频系统称作频系统称作NOMACSNOMACS（Noise Modulation And Correlation Noise Modulation And Correlation Detection SystemDetection System）这个名称被使用相当长的时间。这个名称被使用相当长的时间。4 4、19511951年后，美国的年后，美国的ASC(Army Signal Corps-ASC(Army Signal Corps-陆军通陆军通信兵信兵)要求进一步研究要求进一步研究NOMACSNOMACS，想把它应用于高频无线电传想把它应用于高频无线电传通

5、信线路，以对抗敌人的干扰。通信线路，以对抗敌人的干扰。19521952年由年由Lincoln Lincoln LaboratoryLaboratory研制出研制出P9DP9D型型NOMACS NOMACS 系统，并进行了试验。以系统，并进行了试验。以后在后在1953-19551953-1955年年Lincoln LabLincoln Lab研制出了研制出了F9CF9C型无线电传机系型无线电传机系统。统。5 5、很快，美国海军和空军也开始研究他们自己的扩频系、很快，美国海军和空军也开始研究他们自己的扩频系统，空军使用名称为统，空军使用名称为“PhatomPhatom”（鬼怪，幻影）和鬼怪，幻影）

6、和 “Hush-Up”Hush-Up”（遮掩），海军使用名称为遮掩），海军使用名称为“Blades”Blades”（浆叶）浆叶）。那时设备庞大，是用电子管装的，设备要装几间屋子，。那时设备庞大，是用电子管装的，设备要装几间屋子，使应用受到限制。在晶体管出现后，特别是集成电路出现使应用受到限制。在晶体管出现后，特别是集成电路出现后，才使扩频系统得到广泛使用。后，才使扩频系统得到广泛使用。历史历史6 6、第一本有关扩频系统的专著是、第一本有关扩频系统的专著是R.C.DixonR.C.Dixon于于19761976年出版，是一本年出版，是一本IEEEIEEE专利，专利，19771977年出版。年出版

7、。19781978年在日本京都召开国际无线通信咨询委员年在日本京都召开国际无线通信咨询委员会公布研究成果。会公布研究成果。19821982年在美国召开第一次军事通信会议，两次报告在年在美国召开第一次军事通信会议，两次报告在军事中的应用。军事中的应用。19851985年美国提出年美国提出CDMA(CDMA(码分多址码分多址)的概念同年美国联邦通的概念同年美国联邦通信委员会信委员会(FCC)FCC)制定扩频通信的标准和规范，逐步转入民用的商业化研制定扩频通信的标准和规范，逐步转入民用的商业化研究。究。2020世纪世纪9090年代，美国国家航空和航天管理局提出年代，美国国家航空和航天管理局提出CDM

8、ACDMA方式的频谱利方式的频谱利用率高于用率高于FDMAFDMA方式，对扩频通信的研究产生深远影响，其后各公司逐步方式，对扩频通信的研究产生深远影响，其后各公司逐步生产商业产品。生产商业产品。7 7、最近的二十几年扩频技术得到越来越广泛的使用。比如美国的全、最近的二十几年扩频技术得到越来越广泛的使用。比如美国的全球定位系统球定位系统(GPS)GPS)设备简单，定位精度高，全球使用。通信数据转发卫设备简单，定位精度高，全球使用。通信数据转发卫星系统星系统(TDESS),TDESS),码分多址码分多址(CDMA)CDMA)卫星通信系统，特别是卫星通信系统，特别是NASANASA和军用卫星和军用卫

9、星通信系统几乎都使用扩频技术，码分多址移动通信系统，这些都是通信系统几乎都使用扩频技术，码分多址移动通信系统，这些都是DSDS系系统。统。FHFH系统如多种跳频电台，如系统如多种跳频电台，如SINCGARSSINCGARS（30-80Mhz30-80Mhz）。）。跳时跳时-跳频混跳频混合型如合型如JTIDSJTIDS系统（系统（Joint Tactical Information Distribution Joint Tactical Information Distribution System)System)。我国正式把扩频技术作为国家主要项目进行研究是在我国正式把扩频技术作为国家主要项目

10、进行研究是在7070年代。年代。8 8、以后在卫星通信，数据传输，定位，授时系统中都有使用。今后，、以后在卫星通信，数据传输，定位，授时系统中都有使用。今后，在卫星通信，移动通信系统，定位系统等领域将会得到进一步广泛使用。在卫星通信，移动通信系统，定位系统等领域将会得到进一步广泛使用。SC-CDMASC-CDMA、MC-CDMAMC-CDMA，单天线系统，多天线系统。单天线系统，多天线系统。历史总结历史总结产生与发展基于两方面：产生与发展基于两方面：信息战信息对抗电子对抗通信对抗信息战信息对抗电子对抗通信对抗提高频带利用率提高频带利用率信息战的内容信息战的内容q电子对抗。如：电磁波的侦测与隐蔽

11、、通信干扰与抗干扰、雷达干扰与抗干扰等。q网络对抗。如：计算机病毒、软件攻击等。q消息对抗。如：加密与解密、消息的收集与欺骗等。特点特点高度的对抗性极端的机密性应用的综合性对实战环境的依赖性采用新技术的超前性信息战的内容及特点信息战的内容及特点v通信侦察：使用通信侦察设备来探测、搜索、截获敌方的无线通信信号，对信号进行测量、分析、识别、监视以及测向和定位，以获取信号频率、电平、调制方式等技术参数以及电台位置、通信方式、通信特点、网络结构和属性等情报。v通信干扰：使用通信干扰设备发射专门的干扰信号，破坏或扰乱敌方的无线通信，是通信对抗的进攻手段。v通信抗干扰：在军事通信设备及系统中采用的通信反侦

12、察、反干扰措施，是通信对抗的防御手段。本次讲座重点讨论有关通信抗干扰问题。通信对抗的分类通信对抗的分类通信中遇到的干扰通信中遇到的干扰 人为干扰和非人为干扰人为干扰和非人为干扰 军事通信中非敌意的人为干扰军事通信中非敌意的人为干扰:多径干扰、多用户干扰、环境噪声干扰、其它电台的干扰等。军事通信中敌意的人为干扰军事通信中敌意的人为干扰:1单频干扰单频干扰(固频干扰固频干扰)、窄带干扰、窄带干扰 2脉冲干扰、脉冲干扰、梳状干扰 3跟踪式干扰、瞄准式干扰跟踪式干扰、瞄准式干扰 4转发式干扰转发式干扰 5宽带阻塞式干扰、压制干扰宽带阻塞式干扰、压制干扰 6升空干扰、智能化干扰 提高全民的国防意识；了解

13、通信高技术的一个主要领域；民用与军用的互相转换、互相借鉴、互相支撑；为进入军事通信领域提供一些入门知识。为什么要研究通信抗干扰？为什么要研究通信抗干扰？信号隐蔽性信号隐蔽性无线信号的隐蔽性单位面积天线，在单位带宽中所能截获的信号功率信号方式的隐蔽性双工方式、调制方式、多路方式、编码方式、同步方式信号参数的隐蔽性特别是与抗干扰有关的参数，如：扩频序列、跳频序列、同步参数、信令参数等。信号鲁棒性信号鲁棒性用干扰容限三个层次的条件，即：a、设备性能。如：比特差错率、语音质量、同步及信令性能、网络性能等，可以定一个门限，在此门限以下用户不能接受。b、工作环境。如：单台设备还是多台设备、有无天线抗干扰措

14、施、干扰源是否升空等。c、干扰性质。如：干扰性质、干扰强度、干扰时间等。通信抗干扰性能通信抗干扰性能通信中的抗干扰技术通信中的抗干扰技术 1扩展频谱技术（扩展频谱技术（DS、FH）2开发强方向性的毫米波频段开发强方向性的毫米波频段 3加密技术加密技术 4猝发通信技术猝发通信技术 如流星余迹通信如流星余迹通信 5天线零相技术天线零相技术 6分集技术分集技术 通信中的抗干扰技术（另一种分类法）通信中的抗干扰技术（另一种分类法）（1）频率域采用频率域处理，如：直扩、跳频、跳扩。（2）时间域采用时间域处理，如：瞬时、跳时等。（3）空间域采用空间域处理，如：自适应天线等。（4）其它数字处理如：干扰抵销、

15、纠错编码等 无线频谱无线频谱 提高无线电频谱资源的利用率提高无线电频谱资源的利用率 有线资源的带宽是无限的有线资源的带宽是无限的 无线资源的带宽是有限的无线资源的带宽是有限的窄带系统窄带系统 （1 1）拓展高频段）拓展高频段 （2 2）压缩信息带宽）压缩信息带宽 （3 3）高性能的编码与调制技术）高性能的编码与调制技术宽带系统宽带系统 扩频技术或扩频技术或CDMACDMA技术技术 复用与多址复用与多址 单载波与多载波单载波与多载波 单天线与多天线单天线与多天线基本概念（扩频、扩谱、展频、展谱）基本概念（扩频、扩谱、展频、展谱）扩展频谱技术是用比信号带宽宽得多的频带宽度来传扩展频谱技术是用比信号

16、带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术。扩频通信是将待传送的信息数据用伪随机输信息的技术。扩频通信是将待传送的信息数据用伪随机编码编码(扩频序列：扩频序列：Spread Sequence)Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。是一种宽带的编码传输系统。恢复原始信息数据。是一种宽带的编码传输系统。扩频通信方式与常规的窄带通信方式的区别：扩频通信方式与常规的窄带通信方式的区别：（1）信息的频谱扩展后形成宽带传输；）信息的频谱扩展后形成宽带传输；（2）用扩频码序列来展宽信号频谱；）用扩频码序列来展宽信号频谱；（3）相关处理后恢复成窄带信息数据。）相关处理后恢复成窄带信息数据。基本过程基本过程主要特点主要特点1 1、抗干扰能力强，特别是抗窄带干扰能力强。宽带干扰可为阻塞干扰。抗干扰能力强，特别是抗窄带干扰能力强。宽带干扰可为阻塞干扰。干干扰扰由由于于不不知知道道扩扩频频伪伪随随机机码码主要特点主要特点2 2、可检性低可检性低(LPI-Low Pr