無線跳頻技術(shù)的工作原理及其應(yīng)用
跳頻是最常用的擴(kuò)頻方式之一,其工作原理是指收發(fā)雙方傳輸信號(hào)的載波頻率按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)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(jī)變化碼的控制而隨機(jī)跳變。從通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式來說,“跳頻” ..
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(cuò)誤,因此有必要進(jìn)行差錯(cuò)控制。差錯(cuò)控制的方法主要分為兩類:一是自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)糾錯(cuò)(ARQ)技術(shù);二是采用前向糾錯(cuò)(FEC)技術(shù)。
ARQ技術(shù)可以很好的對(duì)付隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤,它要求有反饋電路,當(dāng)信道條件不好時(shí),需要頻繁的重發(fā),最終可能導(dǎo)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(hào)冗余度以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的糾錯(cuò),從而會(huì)降低信道效率。由于糾錯(cuò)碼對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤的糾錯(cuò)能力較差,而通過交織技術(shù)可以使信道中的錯(cuò)誤隨機(jī)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(cuò)性能。 在跳頻系統(tǒng)中常用的糾錯(cuò)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(yīng)用潛能。此外,還可以把不同的編碼方法結(jié)合在一起,取長(zhǎng)補(bǔ)短,進(jìn)行聯(lián)合編碼。在快跳頻方式下,還可以運(yùn)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(tái)在實(shí)際應(yīng)用中通常要組成跳頻通信網(wǎng),以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)中的任何兩個(gè)通信終端均能夠做到點(diǎn)到點(diǎn)的正常通信。組網(wǎng)除了要避免近端對(duì)遠(yuǎn)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(diǎn):抗干擾能力強(qiáng),低截獲概率,低檢測(cè)概率,對(duì)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(duì)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(gè)頻段分成若干個(gè)子頻段,不同的通信鏈路采用不同的子頻段進(jìn)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(gè)通信網(wǎng)中只有一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘,通過設(shè)計(jì)在某一相同時(shí)刻t的N個(gè)相互正交的跳頻頻率序列來進(jìn)行組網(wǎng),這樣盡管各個(gè)終端間的通信均使用相同頻段,但是由于瞬時(shí)的跳頻頻率點(diǎn)不相同,因此可保證它們之間不會(huì)出現(xiàn)同頻道干擾。自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)中,由于在通信過程中會(huì)去除那些通信條件惡劣的信道,因此頻率更新后可能會(huì)出現(xiàn)同頻道干擾現(xiàn)象,故必須設(shè)計(jì)一種良好的頻點(diǎn)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(huì)使各通信節(jié)點(diǎn)之間頻繁出現(xiàn)頻率碰撞,導(dǎo)致無法正常通信。實(shí)際應(yīng)用中也可以把以上兩種組網(wǎng)方式結(jié)合進(jìn)行。例如英國(guó)Recal-Tacticom公司的Jaguar系列電臺(tái)在組網(wǎng)中就同時(shí)采用了這兩種組網(wǎng)方式,可組網(wǎng)數(shù)目達(dá)到200—300個(gè)。 除了以上這些關(guān)鍵技術(shù)以外,調(diào)制解調(diào)方法在跳頻系統(tǒng)中也很重要,可以采用FSK、QAM、QPSK、QASK、DPSK、QPR、數(shù)字chirp調(diào)制等多種調(diào)制方式。 自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)是在常規(guī)跳頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,實(shí)時(shí)地去除固定或半固定干擾,從而自適應(yīng)地自動(dòng)選擇優(yōu)良信道集,進(jìn)行跳頻通信,使通信系統(tǒng)保持良好的通信狀態(tài)。也就是說,它除了要實(shí)現(xiàn)常規(guī)跳頻系統(tǒng)的功能之外,還要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的自適應(yīng)頻率控制和自適應(yīng)功率控制功能,因此就需要一個(gè)反向信道以傳輸頻率控制和功率控制信息。 通過可靠的信道質(zhì)量評(píng)估算法,發(fā)現(xiàn)了干擾頻點(diǎn)后,應(yīng)當(dāng)在收發(fā)雙方的頻率表中將其刪除,并以好的頻點(diǎn)對(duì)它們進(jìn)行替換,以維持頻率表的固定大小。這種檢測(cè)和替換是實(shí)時(shí)進(jìn)行的。為增加跳頻信號(hào)的隱蔽性和抗破譯能力,跳頻圖案除具有很好的偽隨機(jī)性、長(zhǎng)周期外,各頻率出現(xiàn)次數(shù)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)應(yīng)具有很好的均勻性。在引入自適應(yīng)頻率替換算法對(duì)頻率表進(jìn)行實(shí)時(shí)更新后,為保障系統(tǒng)性能,仍然要求跳頻圖案具有很好的均勻性,所以應(yīng)當(dāng)依次用不同的質(zhì)量較好的頻點(diǎn)來分別替換被干擾的頻點(diǎn)。 收端頻率表的更新會(huì)導(dǎo)致收發(fā)頻率表的不一致性。為了使收發(fā)頻率表同步更新,必須通過反饋信道將收端的頻率更新信息通知發(fā)方。這種信息的相互交換是一種閉環(huán)控制過程,需要制定相應(yīng)的信息交換協(xié)議來保證頻表可靠的同步更新。衡量協(xié)議有效性的另一個(gè)重要指標(biāo)便是頻點(diǎn)去除的速度。在檢測(cè)出干擾頻點(diǎn)后,干擾頻點(diǎn)去除的速度越快,對(duì)通信的影響越小。 |
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