6.1
跳频系统概述
6.1.1
为什么要跳频
通常我们所接触到的无线通信系统都是载波频率固定的通信系统，如无线
对讲机，汽车移动电话等，都是在指定的频率上进行通信，所以也称作定频通信。这种定频通信系统，一旦受到干扰就将使通信质量下降，严重时甚至使通信中断。
例如：电台的广播节目，一般是一个发射频率发送一套节目，不同的节目占用不同的发射频率。有时为了让听众能很好地收听一套节目，电台同时用几个发射频率发送同一套节目。这样，如果在某个频率上受到了严重干扰，听众还可以选择最清晰的频道来收听节目，从而起到了抗干扰的效果。但是这样做的代价是需要很多额谱资源才能传送一套节目。如果在不断变换的几个载波频率上传送一套广播节目，而听众的收音机也跟随着不断地在这几个频率上调谐接收，这样，即使某个频率上受到了干扰，也能很好地收听到这套节目。这就变成了一个跳频系统。
另外在敌我双方的通信对抗中，敌方企图发现我方的通信频率，以便于截获所传送的信息内容，或者发现我方通信机所在的方位，以便于引导炮火摧毁。定频通信系统容易暴露目标且易于被截获，这时，采用跳频通信就比较隐蔽也难以被截获。因为跳频通信是“打一枪换一个地方”的游击通信策略、使敌方不易发现通信使用的频率，一旦被敌方发现，通信的频率也已经“转移”到另外一个频率上了。当敌方摸不清“转移规律”时，就很难截获我方的通信内容。
因此，跳频通信具有抗干扰、抗截获的能力，并能作到频谱资源共享。所以在当前现代化的电子战中跳频通信已显示出巨大的优越性。另外，跳频通信也应用到民用通信中以抗衰落、抗多径、抗网间干扰和提高频谱利用率。
6.1.2
什么是跳频图案?
为了不让敌方知道我们通信使用的频率，需要经常改变载波频率，即“打一枪换一个地方”似地对载波频率进行跳变，跳频通信中载波频率改变的规律，叫作跳频图案。
通常我们希望频率跳变的规律不被敌方所识破，所以需要随机地改变以至无规律可循才好。但是若真的无规律可循的话，通信的双方(或友军)也将失去联系而不能建立通信。因此，常采用伪随机改变的跳频图案。
只有通信的双方才知道此跳频图案，而对敌方则是绝对的机密。所谓“伪随机”，就是“假”的随机，其实是有规律性可循的，但当敌方不知跳频图案时，就很难猜出其跳频的规律来。
图6－1所示为一个跳频图案。图中横轴为时间，纵轴为频率。这个时间与频率的平面叫作时频域。也可将这个时频域看作一个棋盘，横轴上的时间段与纵
轴上的频率段构成了棋盘格子。阴影线代表所布棋子的方案，就是跳频图案；它表明什么时间采用什么频率进行通信，时间不同频率也不同。
图6－1
图6－1(a)中所示为一快跳频图案，它是在一个时间段内传送一个码位(比
特)的信息。通常称此时间段叫跳频的驻留时间，称频率段为信道带宽。
图6－1(b)所示则是一慢跳频图案，它是在一个跳频驻留时间内传送多个(此处3个)码位(比特)的信息。
在时频域这个“模盘”上的一种布子方案就是一个跳频图案。当通信收发双方的跳频图案完全一致时，就可以建立跳频通信了。图6－2所示就是建立跳频通信的示意图。
图6－2
其中t表示时间，s表示空间，f表示频率。当收、发双方在空间上相距一定距离时，只要时频域上的跳额图案完全相重合，就表示收、发双方同步跳频地进行通信。
6.1.3
跳频是怎样抗干扰的?
通信收、发双方的跳频图案是事先约定好的，或者是由发方通知收方的。这个跳频图案是敌方所不知道的。敌方若想于扰跳频通信，有几种策略可供选择：
干扰方式1，在某一个频率上施放长时间的大功率的干扰，即单频干扰。
干扰方式2，在某几个频率上施放长时间大功率的干扰，即多频干扰。
干扰方式3；在连续的几个频带上施放长时间大功率的干扰，称作部分频带来扰。
干扰方式4，在不同时间内在不同的频率上施放大功率的干扰。
干扰方式5，依照跳频图案的规律跟踪施放大功率的干扰。
这些干扰方式和跳频通信的关系正像二人对奕时相互“出子”一样，当双方的“布子”落在时一频域棋盘内的同一小格时，则干扰有效。因此，跟踪跳频图案施放的干扰策略就是最佳的干扰跳频通信的策略了。
图6－3给出了方式1和方式4的干扰策略与跳频图案的关系。
图6－3
图中示出一种跳频图案，方式1干扰策略是在时间上连续的施放一个窄带干扰，即第l0个频率段以斜线表示的干扰带；方式4干扰策略是在第一个时间段用第一个频率段进行干扰，第二个时间段用第二个频率段进行干扰，依次下去，就形成了沿时频域模盘对角线上的于扰带。跳频图案中受到这两种干扰时就用全黑色方块来表示。由图中可以看出，干扰方式1只干扰了一个跳频驻留时间的通信，而干扰方式4则干扰了三个跳频驻留时间的通信。
跳频图案的不同，其干扰的效果也不尽相同。当跳频图案的随机性越大时，跳频抗干扰的能力就越强；“棋盘”越大时，即频率和时间的乘积越大时，可容纳的随机图案也越多，跳频图案本身的随机性也越大，从而抗干扰能力也越强。
所谓抗于扰能力强，实际上是指碰到干扰的概率小。
现代电子战中，通信方采用跳频技术来分散干扰的影响，干扰方则想截获通信方的信号以减少于扰的盲目性，并尽量作到有的放矢，这就是跟踪式干扰策
略。跟踪式干扰的有效干扰是有条件的，这个条件除功率因素外，还应当满足干扰椭圆的要求，如图6－4所示。
图6－4
图中的通信方为收、发信机，干扰机用来对通信的信号进行侦听、处理，然后以同样的载波频率施放干扰。为了有效地干扰跳频系统，在通信频率跳到新的频率之前，干扰机必须完成从侦听到施放干扰的全过程。
跳频系统更换载频的跳频间隔时间，就是跳频信号在空间驻留的时间。根据收、发信机的距离d1，干扰机与发、收信机的距离d2和d3，以及跳频驻留时间和干扰机施放干扰的处理时间，可以得到以发射机和接收机为两个焦点的椭圆。只有当干扰机设置在这个椭圆内时，才能使干扰有效，如果干扰机设置在椭圆之外时，则此跟踪式干扰策略无效。
显然，为了对付跟踪式干扰，希望跳频信号的驻留时间越短越好，让干扰机来不及施放干扰。因此，希望跳频通信的跳速应当尽可能的快才好。这就是目前各国争先研究快速跳频通信装备的原因之一。
6.1.4 跳频技术指标与抗干扰的关系
考察一个系统的跳频技术性能，应注意下列各项指标：
跳频带宽
跳频频率的数目
跳频的速率
跳频码的长度(周期)
跳频系统的同步时间
一般说来，希望跳频带宽要宽，跳频的频率数目要多，跳频的速率要快，跳频码的周期要长，跳频系统的同步时间要短。
跳频带宽的大小，与抗部分频带的干扰能力有关。
跳频带宽越宽，抗宽带干扰的能力越强。所以希望能全频段跳频。例如，在短波段，从1.5MHz到3MHz全频段跳频；在甚高频段，从30MHz到80MHz全频段跳频。
跳频频率的数目，与抗单频干扰及多频干扰的能力有关。
跳变的频率数目越多，抗单频、多频以及梳状干扰的能力越强。在一般的跳频电台中，跳频的频率数目不超过100个。
跳频的速率，是指每秒钟频率跳变的次数，它与抗跟踪式干扰的能力有关。
跳速越快，抗跟踪式干扰的能力就越强。一般在短波跳频电台中，其跳速目前不超过100跳／秒。在甚高频电台中，一般跳速在500跳／秒。对某些更高频段的跳频系统可工作在每秒几万跳的水平。
跳频码的长度，它将决定跳额图案延续时间的长度，这个指标与抗截获(破译)的能力有关。
跳频图案延续时间越长，敌方破译越困难，抗截获的能力也越强。跳频码的周期可长达10年甚至更长的时间。
跳频系统的同步时间，是指系统使收发双方的跳频图案完全同步并建立通信所需要的时间。系统同步时间的长短将影响该系统的顽存程度。因为同步过程
一旦被敌方破环，不能实现收、发跳频图案的完全同步，则将使通信系统瘫痪。因此，希望同步建立的过程越短越好，越隐蔽越好。根据使用的环境不同，目前跳频电台的同步时间可在秒或几百毫秒的量级。
当然，一个跳频系统的各项技术指标应依照使用的目的、要求以及性能价格比等方面综合考虑才能作出最佳的选择。
6.1.5
跳频系统的主要特点
跳频系统的特点，在很大程度上取决于它的扩展频谱机理。跳频扩展频谱在机理上与直接序列扩展频谱大不相同。从图6－1的跳频图案上可以看出，每一跳频驻留时间的瞬时所占的信道带宽是窄带频谱，依照跳频图案随时间的变化，这些瞬时窄带频谱在一个很宽的频带内跳变，形成一个跳频带宽。由于跳频速率
很快，从而在宏观上实现了频谱的扩展。图6－5所示是由频谱仪上观察到的跳频信号的频谱。
图6－5
图中箭头所标示的，是载波频率跳变的过程。载波频率之间的频率间隔就是信道带宽，跳频的载波数目乘上信道带宽就是跳频
