跳频系统的抗干扰技术和频率合成器分析

跳频系统的组成如图3-22所示。

图3-22 跳频系统组成图

用信源产生的信息流a（t）去调制频率合成器产生的载频，得到射频信号，频率合成器产生的载频受伪随机码的控制，按一定规律跳变，跳频系统的解调多采用非相干解调，如FSK、ASK等方式。

在接收端，收到的信号与干扰经高放、滤波后，送至混频器，本振信号也是一频率跳变信号，跳变规律是相同的，两个合成器产生的频率相对应，但对应的频率有一频差f₁，正好为接收机的中频。只要收、发双方的伪随机码同步，可使收、发双方频率合成器产生的跳变频率同步，经混频后，可得到中频，然后对此中频进行解调，可恢复发送的信息。而对干扰由于不知道跳频频率的变化规率，与本地的频率合成器产生的频率不相关，不能进入混频后的中频通道，不会对跳频系统形成干扰，达到抗干扰目的。混频器实际上担当解跳器的角色，只要收，发双方同步，就可将频率跳变信号成为固定中频f₁的信号。

1.跳频系统的信号分析

设信源产生的信号a（t）为双极性数字信号，则

式中，a_n为信息码，取值+1或-1；而

式中，T_a为信息码无宽度。

调制采用FSK方式，由频率合成器产生的频率为f_i，则 f_i∈{f₁、f₂、f₃…、f_N}

f_i在（i-1）T_h≤t≤iT_h内的取值为频率集{f₁、f₂、…f_N}中的一个频率，由伪随机码确定，T_h为每一频率（每一跳的持续时间，用a（t）去调制频率合成器产生的频率f_i，可得射频信号为

接收端收到的信号为

r（t）=S（t）+n（t）+J（k）+S_J（t）（3-42）

式中，S（t）为信号分量；

n（t）为噪声分量（高斯白噪声）；

J（t）为干扰信号分量；

S_J（t）为不同网的跳频信号。

接收端频率合成器产生的频率与发送端相同的伪随机码产生器的控制，产生的频率f_j′为接收频率合成器产生的频率集中一个，即有

f_J′∈{f₁+f_I、f₂+f_I、f₃+f_I、…f_N+f_I}

在混频器，接收到的信号与本振相乘，得

分别讨论式3-43中的4个分量：

1）S′（t）分量：(www.xing528.com)

S′（t）=S（t）cosω_j′t=a（t）cosω_itcosω_j′t

已知收、发两端的频率合成器产生的频率是对应的，且受相同的伪随机码的控制，控制方式是相同的，只是两个伪随机码的初始相位可能不同。若使两个伪随机码的初始相位相同（即同步），就可使收、发双方的频率合成器产生的频率同步，即i=j。这样，收端频率合成器产生的频率正好比发送端的频率高出一个中频f_I，经混频，取下边带，可得信号分量为

经滤波后为

为一固定中频信号，经解调后，可恢复出传送的信息a（t），从而完成信息的传输。

2）n′（t）分量：如n（t）为高斯白噪声，经混频后，噪声分量与一般的非跳频系统一样，跳频系统对白噪声无处理增益。

3）J′（t）分量：由于不知道跳频频率的变化规律，不能得到跳频系统的信息，经混频后，被搬移到中频频带以外，不能进入解调器，也不能形成干扰，从而达到抗干扰目的。

4）S_J′（t）分量：由其他网产生的跳频信号，不同网有不同的跳频图案，在组网时，已考虑到不同网之间的相互干扰问题，应使其频率跳变是正交的，互不重叠，不同网的信号由于频率跳变规率不同，不能形成干扰。

如图3-23所示跳频系统的频率合成器产生的频率频谱图a和跳频系统的射频信号的频谱图b。

图3-23 跳频系统频谱图

理想的频率合成器产生的频谱图为离散的、等间隔、等幅的线谱，占用的频带B=f_N-f₁，每个频率之间的间隔为ΔF，某一时刻的频率是N个频率中的一个，由伪随机码确定，如图3-23a所示。图3-23b为跳频信号的频谱图。在某一时刻，跳频系统是窄带的；但从整个时间看，信号在整个频带内跳变是宽带的。

一般跳频系统可根据跳频速率分为快速跳频和慢速跳频，若跳频速率R_h大于信息速率R_a，即R_h＞R_a，则为快速跳频；反之，R_h＜R_a为慢跳频。

跳频速率不同，抗干扰性能就不同，复杂程度也不同。

跳频系统的频率跳变，受到伪随机码的控制，时间不同，伪随机码的相位不同，对应的频率合成器产生的频率也不同，把跳频系统的频率跳变规率称为跳频图案。频率跳变的规律如图3-24所示。

跳频图案或时—频矩阵性能的优劣直接关系到系统性能的好坏。

2.跳频系统的优点

1）具有强的抗干扰能力。广泛用于军事通信，跳频系统采用躲避干扰的方法来抗干扰，只有当干扰频率与跳频信号频率相同时，才形成干扰，跳频频率数越大，跳频速率越高，抗干扰性能越好。

2）易于组网。实现码分多址，且频谱利用率比直扩系统略高。

3）易兼容。所有的跳频电台兼容性能都强，可在多种模式下工作。如定频和跳频、数字和模拟、话音和数据等。

4）解决远、近问题。这对直扩系统的影响很大；对跳频系统来说，影响小得多，甚至可完全克服。

5）采用快跳频和纠错编码系统用的伪随机码速率比直扩系统的低得多，同步要求比直扩系统低。

图3-24 跳频图案