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  • 無線跳頻技術(shù)的工作原理及其應用

    作者:佚名 來源:本站整理 時間:2011-12-09 18:58 閱讀:2080 [投稿]
    跳頻是最常用的擴頻方式之一,其工作原理是指收發(fā)雙方傳輸信號的載波頻率按照預定規(guī)律進行離散變化的通信方式,也就是說,通信中使用的載波頻率受偽隨機變化碼的控制而隨機跳變。從通信技術(shù)的實現(xiàn)方式來說,“跳頻” ..
    在自適應跳頻中,同步還包括收發(fā)雙方頻率集更新的同步,保證雙方同步地實現(xiàn)壞頻點替代,否則會使收發(fā)雙方頻率表不一致,導致通信失敗。
    頻合器是跳頻通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分,目前大多數(shù)跳頻電臺中使用的頻率合成器采用的是鎖相環(huán)(PLL)頻率合成技術(shù),但是該技術(shù)的頻率轉(zhuǎn)換速度已經(jīng)接近其極限,要進一步改善的技術(shù)難度越來越大,而且分辨率較低。為了能夠進一步提高跳頻速率,提出了直接式數(shù)字頻合器(DDS)。它采用全數(shù)字技術(shù),具有頻率分辨率高,頻率轉(zhuǎn)換時間快,輸出頻率可以很高而且穩(wěn)定性好,相位噪聲低等優(yōu)點,可滿足快速跳頻電臺對頻率合成器的要求。例如在美國的JTIDS中,跳速達到每秒35800跳,只有采用直接數(shù)字頻合器才能實現(xiàn)。但是DDS的價格昂貴,復雜度大,直接用于戰(zhàn)術(shù)跳頻電臺有一定的難度。如果采用DDS+PLL的方法,結(jié)合兩者的長處,可以獲得單一技術(shù)難以達到的效果。
    在跳頻系統(tǒng)中,即使在信道條件良好的情況下,仍有可能在少數(shù)跳中出現(xiàn)錯誤,因此有必要進行差錯控制。差錯控制的方法主要分為兩類:一是自動請求重發(fā)糾錯(ARQ)技術(shù);二是采用前向糾錯(FEC)技術(shù)。
    ARQ技術(shù)可以很好的對付隨機錯誤和突發(fā)錯誤,它要求有反饋電路,當信道條件不好時,需要頻繁的重發(fā),最終可能導致通信失敗。
    FEC技術(shù)不需要反饋電路,但是需要大量的信號冗余度以實現(xiàn)優(yōu)良的糾錯,從而會降低信道效率。由于糾錯碼對突發(fā)錯誤的糾錯能力較差,而通過交織技術(shù)可以使信道中的錯誤隨機化,因此,經(jīng)常采用編碼與交織技術(shù)相結(jié)合的辦法來獲得良好的糾錯性能。
    在跳頻系統(tǒng)中常用的糾錯編碼技術(shù)有漢明碼、BCH碼、trellis碼、RS碼、Golay碼、卷積碼和硬判決譯碼、軟判決譯碼等。1993年提出了TURBO碼,其信噪比接近于Shannon極限,引起了人們的極大興趣。與RS碼等常用的跳頻編碼相比, TURBO碼在跳頻系統(tǒng)中顯示了極大的應用潛能。此外,還可以把不同的編碼方法結(jié)合在一起,取長補短,進行聯(lián)合編碼。在快跳頻方式下,還可以運用重發(fā)大數(shù)判決來克服跳頻頻段內(nèi)的快衰落。
    跳頻電臺在實際應用中通常要組成跳頻通信網(wǎng),以實現(xiàn)網(wǎng)中的任何兩個通信終端均能夠做到點到點的正常通信。組網(wǎng)除了要避免近端對遠端的干擾、碼間干擾、電磁干擾等其它干擾以及由系統(tǒng)引起的熱噪聲等噪聲干擾以外,還要注意避免由組網(wǎng)引起的同道干擾、鄰道干擾、互調(diào)干擾、阻塞干擾等。采用跳頻的多址通信網(wǎng)具有很多優(yōu)點:抗干擾能力強,低截獲概率,低檢測概率,對頻率選擇性衰落有很好的抑制作用等等。但是,與常用的DS/CDMA系統(tǒng)相比,跳頻網(wǎng)的最大用戶數(shù)相對較小。
    跳頻通信網(wǎng)可以分為同步通信網(wǎng)和異步通信網(wǎng)。跳頻通信網(wǎng)有多種組網(wǎng)方式,如分頻段跳頻組網(wǎng)方式、全頻段正交跳頻組網(wǎng)方式等。在分頻段跳頻組網(wǎng)方式中,系統(tǒng)把整個頻段分成若干個子頻段,不同的通信鏈路采用不同的子頻段進行通信,從而有效地防止同一通信網(wǎng)間的干擾。全頻段正交跳頻組網(wǎng)方式僅用于同步跳頻通信網(wǎng)中,也就是說整個通信網(wǎng)中只有一個基準時鐘,通過設計在某一相同時刻t的N個相互正交的跳頻頻率序列來進行組網(wǎng),這樣盡管各個終端間的通信均使用相同頻段,但是由于瞬時的跳頻頻率點不相同,因此可保證它們之間不會出現(xiàn)同頻道干擾。自適應跳頻通信系統(tǒng)中,由于在通信過程中會去除那些通信條件惡劣的信道,因此頻率更新后可能會出現(xiàn)同頻道干擾現(xiàn)象,故必須設計一種良好的頻點更新算法,保證更新后的跳頻序列之間依然是正交的,否則可能會使各通信節(jié)點之間頻繁出現(xiàn)頻率碰撞,導致無法正常通信。實際應用中也可以把以上兩種組網(wǎng)方式結(jié)合進行。例如英國Recal-Tacticom公司的Jaguar系列電臺在組網(wǎng)中就同時采用了這兩種組網(wǎng)方式,可組網(wǎng)數(shù)目達到200—300個。
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