前两期谈无线电相关后,本篇讲其跳频技术及原理
2025-04-09 10:07:43发布 浏览254次 信息编号:223075
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前两期谈无线电相关后,本篇讲其跳频技术及原理
在前两个问题中,讨论了无线电的相关内容,并从移动电话的5G频带作为入口点对无线电的技术特征进行了全面分析。在本文中,我们将讨论无线电频率技术最重要的核心技术之一。
让我们首先看一下跳跃技术是什么。
频率跳跃技术是指同步和同时情况下信号的传输和接收,而FHSS产生的跳跃信号仅被认为是非特异性接收器的脉冲噪声。 FHSS部署的信号可以是专门设计的,以避免噪声或一对多的噪声或非重复通道,这些频率的频道必须符合FCC要求,使用75个以上的频率频率信号,以及最大的时间间隔(停留时间),将频率跳到下一个频率为400ms。
它如何工作
频率跳跃是最常用的传播频谱方法之一。它的工作原理是指沟通方法,在该方法中,发件人传输和接收方的信号的载体频率根据预定规则被离散地改变。也就是说,通信中使用的载体频率由伪随机更改代码和随机跳跃控制。
从实施通信技术的角度来看,“频率跳跃”是一种通信方法,它使用代码序列执行多频移动键合,也是控制载体频率跳跃的通信系统。从时域开始,频率跳跃信号是多频频移键信号。从频域中,频率跳跃信号的频谱是在非常宽的频带上以不均匀的间隔进行随机跳跃。其中:跳频控制器是核心组件,包括诸如频率跳跃模式产生,同步和自适应控制之类的功能;频率混合器在控制频控制器控制下合成所需的频率;数据终端包括数据的误差控制。
与固定的频率通信相比,跳频通信更隐藏,难以拦截。只要对方不知道载体频率跳跃的规则,就很难拦截我们的通信内容。同时,跳频交流也具有良好的抗干扰能力。即使某些频率点被干扰,仍可以在其他未经干预的频率点进行正常通信。由于跳频通信系统是瞬态窄带系统,因此很容易与其他窄带通信系统兼容。也就是说,频率跳台可以与传统的窄带站互操作,这有利于设备的更新。
频率跳跃方法
通信发送者和接收器的频率跳跃模式已提前同意,并且频率跳跃模式根据频率跳跃模式进行同步。这种频率跳跃方法称为常规频率跳跃(FH)。随着现代战争中的电子对抗变得越来越激烈,基于常规的频率跳跃提出了自适应频率跳跃。它添加了两个方面:频率自适应控制和功率自适应控制。在跳跃通信中,跳跃模式反映了通信双方的信号载体频率规则,以确保通信方的传输频率具有规律性,但另一方发现并不容易。通常使用的频率跳跃代码序列是基于M序列,M序列,RS代码等设计的伪随机序列。这些伪随机代码序列由Shift Plus反馈结构实现。它们具有简单的结构,稳定的性能,并且可以更快地实现同步。它们可以实现更长的循环并具有更好的相关特性,但是当存在人为故意干扰(例如在预测代码序列后执行的跟踪干扰)时,这些序列的抗干扰能力较差。
系统和频率
像一般数字通信系统一样,频率跳跃系统需要载波同步,位同步和框架同步。另外,由于频率跳跃系统的载流频率在伪随机序列上有所不同,以实现无线电站之间的正常通信,因此收发器必须同时跳至相同的频率,因此频率跳跃系统还需要同步频率跳跃模式。频率跳跃系统具有同步的两个基本要求:一个是快速同步速度,另一个是强的同步能力。频率无线电的同步方法包括准确的时钟方法,同步单词标头方法,自同步方法,FFT捕获方法,自回归频谱估计方法等。在实际应用中,同步解决方案通常在联合使用中使用各种同步方法。例如,扫描和居住同步方法通常用于战术频率跳跃系统。以全面的方式使用了三种同步方法:准确的时钟方法,同步单词头方法和自同步方法,并分为两个阶段:扫描和居住。扫描阶段完成了同步头频率的捕获,而居住阶段从同步头中提取同步信息,从而完成了发送者和接收器之间的同步。
在自适应频率跳跃中,同步还包括同步收发器和接收器的频率集更新,以确保双方同步实现频率较差的替换,否则收发器和接收器的频率表将是不一致的,从而导致通信失败。频率组合是频率频率通信系统的关键部分。市场使用中大多数频率跳台的频率合成器(PLL)频率合成技术,但是该技术的频率转换速度正在接近其极限,并且要进一步改进的技术变得越来越困难,并且分辨率较低。为了进一步提高频率的频率,提出了直接的数字频率混合器(DDS)。它采用了全数字技术,具有高频分辨率,快速频率转换时间,高输出频率和良好稳定性以及低相位噪声的优势,这可以满足频率合成器的快速频率跳台的要求。例如,在美国的JTID中,跳速达到每秒35,800个跳跃,只能使用直接的数字频率组合仪来实现。但是,DDS既昂贵又复杂,并且很难直接在战术频率上使用广播电台。如果使用DDS+PLL方法,将两者的优势结合在一起,则可以在单个技术中难以实现的结果。在频率跳跃系统中,即使通道条件良好,也可能会在几个啤酒花中出现错误,因此必须控制误差。错误控制方法主要分为两类:一个是自动请求重新启动错误校正(ARQ)技术;另一个是使用正向误差校正(FEC)技术。 ARQ技术可以处理随机错误,并很好地爆发错误。它需要反馈电路。当频道条件不好时,需要频繁的重新召回,最终可能导致通信失败。 FEC技术不需要反馈电路,但需要大量信号冗余才能实现出色的误差校正,这将降低通道效率。由于误差校正代码的爆发误差的误差校正能力较差,并且可以通过交织技术随机化频道中的误差,因此通常使用编码和交织技术的组合来获得良好的误差校正性能。频率跳跃系统中通常使用的误差校正编码技术包括锤码,BCH代码,代码,RS代码,Golay代码,Golay代码,卷积代码,硬决策解码,软决策解码等。1993年提出了涡轮代码,其信号与噪声比率接近限制,这引起了极大的利益。与常用的频率跳跃编码(例如RS代码)相比,涡轮代码在频率跳跃系统中显示出巨大的应用潜力。此外,可以将不同的编码方法合并,以从彼此的优势和劣势中学习,并进行关节编码。在快速频率跳跃模式下,您还可以使用重新发行的大数字判断来克服频率频带的快速下降。
弥补网络
在实际应用中,跳频站通常会形成频率的通信网络,以实现网络中任意两个通信终端之间的正常点对点通信。除了避免从近端到远端的干扰外,编码间干扰,电磁干扰和由系统引起的其他噪声干扰外,还应注意避免使用PEER通道干扰,相邻通道干扰,间隔干扰,阻止网络干扰等。采用频率跳跃的多访问通信网络具有许多优势:强大的抗干扰能力,低拦截概率,低检测概率,对频率选择性褪色的良好抑制作用等。但是,与常用的DS/CDMA系统相比,频率跳跃网络的最大用户数量相对小。
频率通信网络可以分为同步通信网络和异步通信网络。有许多用于跳向通信网络的网络方法,例如频率跳跃和频率跳跃以及整个频段中的频率跳跃和频率跳跃。在频带频带的频率跳跃网络方法中,系统将整个频带分为几个子频段,而不同的通信链接使用不同的子频段进行通信,从而有效地防止了同一通信网络之间的干扰。全频段正交频率跳跃网络方法仅在同步频率跳跃通信网络中使用,也就是说,整个通信网络中只有一个参考时钟。通过在某个同一时间t设计N相互正交的频率序列来组织网络。这样,尽管每个终端之间的通信使用相同的频带,但由于瞬时频率跳频点是不同的,因此可以确保它们之间不会干扰。在自适应频率的通信系统中,由于在通信过程中将删除通信条件不良的通道,因此在更新频率后可能会发生干扰。因此,必须设计出良好的频点更新算法,以确保更新的频率跳跃序列仍然是正交的。否则,频率碰撞可能会经常发生在通信节点之间,从而导致无法正常交流。在实际应用中,上述两种网络方法也可以组合。例如,英国顽强公司的一系列广播电台同时采用了这两种网络方法,网络数量达到200-300。
除了上述关键技术外,调制解调器和解调方法在频率跳跃系统中也非常重要。可以使用各种调制方法,例如FSK,QAM,QPSK,QASK,DPSK,QPR和数字CHIRP调制。自适应频率跳跃系统根据常规频率跳跃系统将实时删除固定或半固定的干扰,以便自适应地自动选择一个出色的通道设置来执行频率跳跃通信,以便通信系统保持良好的通信状态。也就是说,除了实施常规频率跳跃系统的功能外,它还需要实现实时自适应频率控制和自适应功率控制功能,因此需要反向通道来传输频率控制和电源控制信息。
电源控制
功率控制算法可以基于两个原理:一个是最小位错误率的原理。该算法为每个频道选择适当的功率,以使接收器接收到的数据位错误率达到预定的误差阈值;另一个是相等的信噪比的原理。该算法调整了每个频道的平均功率,以使每个频道上的信噪比比率相同。这里的信号与干扰比是指信号功率/(对应于通道 +传输损耗功率上的干扰功率)。
随着频率跳跃技术的持续发展,其应用变得越来越广泛。在战术广播电台中使用频率跳跃技术的主要目的是提高沟通的反干扰能力。早在1970年代就开始研究频率的研究,并且已经开发了VH频段(30-)的低端30-88MHz,UHF频段(上)和HF频段(1.5-30MHz)中跳频的应用。随着研究的持续加深,频率和数据速率越来越高。美国公司的国际象棋高速短波跳跃站已经达到了5,000啤酒花/秒的频率速率,并且可以达到最高的数据速率。此外,国际象棋频率跳台与一般频率跳台不同。它们基于DSP,并使用差异频率(DFH)技术。通过现代数字处理技术,国际象棋频率跳台更好地解决了短波系统带宽有限的问题(数据速率较低的原因),信号之间的相互干扰以及多路径褪色的问题。同时,其瞬时信号带宽非常狭窄,对其他信号的影响很小。可以看出,达到更高速度和较高数据速率的频率跳台是频率频率通信系统的未来开发方向,并且软件无线电的概念也逐渐应用于新的频率跳台。短波自适应频率跳台已经占据了当前军事通讯非常重要的部分。与VHF/UHF频带不同,短波通道具有许多固有的特征。例如,由于多路径延迟,振幅褪色,天气变化等因素,通道条件是不可预测的。但是,随着各种新技术的出现,短波通信的可靠性在技术上得到了保证,自适应频率跳跃技术是这些新技术之一。它通过分析频段上的频率占用率,自动搜索频道的频道,而无需干扰或空置频率跳跃通道,这不仅避免了自然干扰,而且不受大量短波光谱占用的影响。它将根据需要自动更改频率跳跃序列,并有效地适应恶劣的环境。
现有的缺点
频率跳跃系统本身还具有一些缺点和局限性,例如信号隐藏率较差,反频率干扰和跟踪干扰能力有限,而传播频谱直接序列扩散的另一种方法具有更好的隐蔽性和抗多数频率的干扰功能。结合这两种传播频谱技术形成了直接的序列/频率差异频谱技术。它在直接序列扩散频谱系统的基础上增加了载流频率跳跃的功能。直接扩展系统中使用的伪随机序列和频率跳跃系统中使用的伪随机频率跳跃模式是由相同的-代码生成器生成的,因此它们与时间相关,并使用相同的时钟进行时间控制。意大利公司的广播电台是第一代战术广播电台,使用直接序列/频率跳跃频谱技术。由于直接序列扩散频谱DBPSK调制方法,因此,9dB的处理增益仅仅是单独的频率跳跃技术,从而提高了无线电的抗干扰性能。
战场上的申请
在越来越激烈的现代信息对抗中,频率的通信技术已迅速发展。它具有强大的反搜索,抗障碍和反干扰能力。因此,各个国家的军队非常重视这项先进技术的开发和应用。众所周知,无线电通信是确保战场上战斗和命令的重要手段。但是,无线电通信很容易受到干扰,尤其是在短波通信领域,不仅容易受到天然干扰,例如天堂和电力,行业,而且还遇到了各种交流干扰,例如敌人的人造跟踪,阻止和多路径干扰。因此,改善短波通信的性能并提高其反干扰能力已成为无线电通信技术的持续创新和开发的重要问题,而及时诞生了频率的通信技术设备。
搜索
跳频通信系统的频率值可能多达数百,数千甚至数万,形成了非常宽的射频频谱。那么,为什么频率频率可以抵抗敌人的搜索呢?假设广播电台的频率跳跃规则是伪随机频率跳跃,而每秒1,000个频率跳跃,也就是说,停留时间在频点处只能是1ms,则意味着总共有数千个频率点可用于通信。由于敌人的沟通侦察搜索不知道跳跃规则,并且“跳跃模式”通常是随机设置的,因此敌人必须搜索每个新的工作频率,并且必须在远小于1ms的时间内完成,因此很难创建这样的通信侦察搜索搜索接收机。因此,跳跃率越高,“跳跃模式”越复杂,它就会越有效抵抗敌人的沟通侦察和搜索。
拦截
频率跳跃系统的“同步”是是否可以建立频率通信的关键。同步的含义包括:收发器通信两端的频率跳频表对应于“频率跳跃模式”;收发器通信两端的载波频率跳跃与当时的频率值一致。
秘密
高度隐藏了频率通信技术提供的渠道。同时,随着数字信号处理技术和大规模集成电路的发展,再加上高速频率跳跃的关键技术的主要突破,数字通信将被广泛用于短波通信。
干涉
从频率跳跃系统的工作原理来看,可以看出,当其频谱落在有用信号的瞬时带宽内并且干扰功率足够大时,任何外部干扰只能影响有用信号的正确接收。因此,跟踪频率跳跃信号的一定瞬时带宽内的干扰只能影响该瞬时有用信号的正确接收。
对抗
当操作频率时,由最高频率和最低频率占据的带宽称为“频率跳宽”,这是测量频率跳跃反干扰能力的重要指标。频率越大的频带,越多地迫使敌人将有限的干扰能力分散到更广泛的频带中,从而大大削弱了干扰效果。同时,越来越多的频率频带,敌人越复杂就可以区分不同的通信网络的工作。因此,频率跳跃技术可以大大提高通信系统抵抗各种干扰的能力。在过去的十年中,在世界军事沟通领域引发了频率的频率热潮。特别是,美国军方开发的战术水平沟通主要配备了战术信息分配系统以及新的地面和空降频率的无线电系统。这些频率的通信设备具有很高的机密性和反干扰性能。在第一次海湾战争中,据报道,美国军方每天平均在空气频道中平稳传输了700,000份信息。之所以不受阻碍的原因不是伊拉克军队没有发送电子干预,而是伊拉克军队的电子侦察干扰系统在美国军方的频率跳台电台面前无能为力。
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因为一旦我们谈论频率调节技术,我们就必须提及一个人,一个结合美丽和才华的女人。也许经验丰富的电影迷已经猜到了这个人,对,她是著名的奥地利演员海蒂·拉玛(Heidi Rama)。
只要您使用手机,就应该知道并感谢她。到目前为止,这位美丽而性感的女明星为世界上无线通信技术做出了巨大贡献。 ” - - 电子通信专家Dave Mock。
这是一位电子传播专家对女演员的说法,这有点奇怪,但并没有过分结束。因为海蒂·拉玛(Heidi Rama)发明的“跳跃技术”广泛用于无线传输领域,因此该专利用于无线传输技术,例如电话通信(CDMA),WiFi和蓝牙,这些技术被广泛用于手机。有一些文章称她为“ wifi的母亲”。我认为尽管有点太多,但不是太多。
老实说,大多数时候,当我们第一次认识海蒂·拉玛(Heidi Rama)时,我们很难将如此美丽的小姐与科学家联系起来。但是看到她的生活后,我对她的传奇经历感到更加难过。
海蒂·拉玛(Heidi Rama)出生于奥地利的维也纳,最初被称为 Eva Maria 。她的父亲是当地著名的犹太银行家,母亲是布达佩斯的钢琴家。造物主偏爱哈迪,让她继承了父亲的思想和母亲的美丽。海蒂十几岁的时候是一个富裕的家庭。她最初是通信工程专业的。然而,她出色的外表痴迷于电影,选择辍学并在柏林重新进入一所表演学校。他从现场记者开始,进入了电影业。
欧洲表演事业
1930年,只有17岁的海蒂(Heidi)出演了她在德国的处女作《街头的钱》(Money In The )(当然只是一个支持角色)。在接下来的几年中,她在两部电影中扮演小角色。 1933年,捷克斯洛伐克导演加斯塔夫·马哈蒂( )发现海蒂(Heidi)成为“幻想”()的女主角(也被称为“幻想”。在电影中,她赤裸裸地出现并成为世界上裸露的第一位女演员。
拍摄电影后不久,海蒂遇到了她的第一任丈夫弗里茨·曼德尔(Fritz )。这个人是一位富有的奥地利武器经销商,他与希特勒和墨索里尼等法西斯主义者打交道。招待他的客户时,他经常带他年轻而美丽的妻子。因此,海蒂经常听到丈夫和客户之间的对话。她对武器有丰富的知识,这主要是由于这次婚姻。
但是弗里茨·曼德尔(Fritz )是一个有癌症的直男。结婚后,海蒂被禁止再次参与电影,而反对丈夫对纳粹的支持。结婚4年后,她开始尝试逃脱。据说她给丈夫派遣她的女仆给了她,然后穿上仆人的衣服,穿过仆人进入并离开的后门,逃离了与曼德尔的婚姻。
在成功逃到伦敦之后,海蒂在那里演出了一些戏剧,并遇到了米高梅三位创始人之一路易斯·B·梅耶(Louis B. Mayer)。后者与她签订了为期7年的合同。考虑到“幻想”使她戴着她无法脱身的“色情明星”的帽子。迈耶(Meyer)要求她改名,从那以后,她开始被称为海蒂·拉玛(Heidi Rama)。
接管好莱坞
海蒂在好莱坞参加了25部电影。但是由于各种原因,我错过了经典电影中的角色,例如“与风”,“燃气之灯”和“卡萨布兰卡”。在整个演艺生涯中,她的外表被拖累了,无法摆脱观众的花瓶形象。
海蒂·拉玛(Heidi Rama)总共经历了6次婚姻,最后婚姻于1965年结束。这些婚姻中的四个仅持续了一两年。她曾经对婚姻留下这样的话:
“一直以来,我的脸一直是我的不幸,它吸引了6个失败的婚姻伴侣,它吸引了错误的伴侣到我的,而且在50年的时间里,它给我带来了悲剧和心痛,我的脸是无法删除的面具,我必须永远使用它,但是我诅咒它。”
-Wifi频率跳跃技术
如果海蒂继续遵循这一情节,他的生活经历将与门罗()的生活经历非常相似 - 女演员,色情明星,花瓶,性感的美女和旋转灯笼以改变丈夫。但是她真的让世界记住她的名字。但这是她的科学成就。我之前说过,她研究了通讯专业,并在第一任丈夫的影响下熟悉了各种武器知识。
1940年夏天,海蒂(Heidi)遇到了一位从德国移民的钢琴家乔治·安塞尔( Ansel),他恰好与第二任丈夫分开。他邀请安塞尔(Ansel)到自己的家中,钢琴家还研究了人类内分泌。起初,海蒂只是将他视为内分泌学家,并询问了他的问题,例如如何增强乳房和身体形状……但随后他们的话题逐渐转向了战争。
当时,德国的纳粹正在封锁大西洋,并不断用鱼雷轰炸美国商船。海蒂想起了她的第一个武器经销商丈夫。在一个晚餐中,她听到纳粹官员谈论如何操纵鱼雷。如果直接使用遥控器,则很容易被相同频率的信号打扰,从而导致鱼雷偏离目标。
她想到了钢琴上改变音调的技术。如果将此技术应用于鱼雷接收器,则更改无线电信号频率也可以更改信号。如果信号频率不断随机更改,则敌人的干扰将大大减少。海蒂告诉钢琴家这个想法。安塞尔(Ansel)利用这个想法给出了特定的实施计划,两者将其击倒。发明了“跳跃技术”。 1942年,他申请了美国专利局的专利。
获得专利后,他们将相关专利直接移交给美国海军。但是海军显然并没有认真对待女演员和音乐家的技术发明。当时,美国海军抛弃了“频率调制技术”的专利。然后建议海蒂(Heidi)作为一名女演员,想参加反纳粹事业,出售战争债券更为现实。
海蒂无助地微笑着,没有拒绝。然后,她拍卖了她的680次吻,并总共出售了2500万美元的债券。转换为现在,价值约3.4亿美元。
到1980年代中期,无线通信开始进入平民领域。
美国的高通开始开发一个CDMA无线通信系统,该系统要求这么多人通过同一基站的信号进行通信。无线技术遇到了加密和反干扰问题。 At this time, the Heidi Rama's " " in a bunch of .
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