跳頻技術(shù)，英文全稱(chēng)“Frequency-Hopping Spread Spectrum”，縮寫(xiě)為FHSS，是無(wú)線通訊最常用的擴(kuò)頻方式之一。跳頻技術(shù)是通過(guò)收發(fā)雙方設(shè)備無(wú)線傳輸信號(hào)的載波頻率按照預(yù)定算法或者規(guī)律進(jìn)行離散變化的通信方式，也就是說(shuō)，無(wú)線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(lái)說(shuō)，“跳頻技術(shù)”是一種用碼序列進(jìn)行多頻頻移鍵控的通信方式，也是一種碼控載頻跳變的通信系統(tǒng)。從時(shí)域上來(lái)看，跳頻信號(hào)是一個(gè)多頻率的頻移鍵控信號(hào)；從頻域上來(lái)看，跳頻信號(hào)的頻譜是一個(gè)在很寬頻帶上以不等間隔隨機(jī)跳變的。其中：跳頻控制器為核心部件，包括跳頻圖案產(chǎn)生、同步、自適應(yīng)控制等功能；頻合器在跳頻控制器的控制下合成所需頻率；數(shù)據(jù)終端包含對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)控制。
跳頻技術(shù) 跳頻技術(shù)在同步、且同時(shí)的情況下，接受兩端以特定型式的窄頻載波來(lái)傳送訊號(hào)，對(duì)于一個(gè)非特定的接受器，F(xiàn)HSS所產(chǎn)生的跳動(dòng)訊號(hào)對(duì)它而言，也只算是脈沖噪聲。FHSS所展開(kāi)的訊號(hào)可依特別設(shè)計(jì)來(lái)規(guī)避噪聲或One-to-Many的非重復(fù)的頻道，并且這些跳頻訊號(hào)必須遵守FCC的要求，使用75個(gè)以上的跳頻訊號(hào)、且跳頻至下一個(gè)頻率的最大時(shí)間間隔(Dwell Time)為400ms。跳頻選擇（FH）是兩種基本的調(diào)制技術(shù)之一，用于展布頻譜信號(hào)傳輸。它是指無(wú)線傳播中頻率的反復(fù)交換，通常能夠?qū)⑦h(yuǎn)程通信中未經(jīng)授權(quán)的截取或干擾降低到最低的程度。它也被叫做跳頻代碼分化多路訪問(wèn)（FH-CDMA）。
與定頻通信相比，跳頻通信比較隱蔽也難以被截獲。只要對(duì)方不清楚載頻跳變的規(guī)律，就很難截獲我方的通信內(nèi)容。同時(shí)，跳頻通信也具有良好的抗干擾能力，即使有部分頻點(diǎn)被干擾，仍能在其他未被干擾的頻點(diǎn)上進(jìn)行正常的通信。由于跳頻通信系統(tǒng)是瞬時(shí)窄帶系統(tǒng)，它易于與其他的窄帶通信系統(tǒng)兼容，也就是說(shuō)，跳頻電臺(tái)可以與常規(guī)的窄帶電臺(tái)互通，有利于設(shè)備的更新。因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，跳頻技術(shù) 被廣泛適用于對(duì)通訊安全或者通訊干擾具有較高要求的無(wú)線領(lǐng)域，低端的應(yīng)用產(chǎn)品包括無(wú)聲電話、藍(lán)牙設(shè)備、數(shù)字寶護(hù)神、嬰兒監(jiān)視器、無(wú)線攝像槍、移動(dòng)電話等，中高端應(yīng)用產(chǎn)品例如手軍用電臺(tái)、雷達(dá)通訊、衛(wèi)星電話等
跳頻技術(shù)控制器核心 跳頻是載波頻率在一定范圍內(nèi)不斷跳變意義上的擴(kuò)頻，而不是對(duì)被傳送信息進(jìn)行擴(kuò)譜，不會(huì)得到直序擴(kuò)頻的處理增益。跳頻相當(dāng)于瞬時(shí)的窄帶通信系統(tǒng)，基本等同于常規(guī)通信系統(tǒng)，由于無(wú)抗多徑能力，同時(shí)發(fā)射效率低，同樣發(fā)射功率的跳頻系統(tǒng)在有效傳輸距離內(nèi)小于直擴(kuò)系統(tǒng)。跳頻的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾，定頻干擾只會(huì)干擾部分頻點(diǎn)。用于語(yǔ)音信息的傳輸，當(dāng)定頻干擾只占一小部分時(shí)不會(huì)對(duì)語(yǔ)音通信造成很大的影響。
跳頻的高低直接反映跳頻系統(tǒng)的性能，跳頻越高抗干擾的性能越好，軍用的跳頻系統(tǒng)可以達(dá)到每秒上萬(wàn)跳。實(shí)際上移動(dòng)通信GSM系統(tǒng)也是跳頻系統(tǒng)，其規(guī)定的跳頻為每秒217跳。出于成本的考慮，商用跳頻系統(tǒng)跳速都較慢，一般在50跳/秒以下。由于慢跳跳頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，因此低速無(wú)線局域網(wǎng)產(chǎn)品常常采用這種技術(shù)。 [1]
在90 年代初，出現(xiàn)了基于模糊（Fuzzy)規(guī)則的跳頻圖案產(chǎn)生器。在這種系統(tǒng)中，由模糊規(guī)則、初始條件以及采樣模式共同來(lái)決定系統(tǒng)的輸出序列。只要竊聽(tīng)者不知道模糊規(guī)則、初始條件、采樣模式三者的任何一個(gè)，就無(wú)法預(yù)測(cè)到系統(tǒng)的輸出頻率，由此就提高了系統(tǒng)的抗竊聽(tīng)能力和抗干擾能力。模糊跳頻給出的跳頻碼序列與傳統(tǒng)的跳頻碼序列相比更加均勻，也更難預(yù)測(cè)。
90年代末有人提出了混沌（chaotic)跳頻序列。其基本思想是通過(guò)混沌系統(tǒng)的符號(hào)序列來(lái)生成跳頻序列。在這個(gè)混沌系統(tǒng)中要確定一個(gè)非線性的映射關(guān)系、初始條件和混沌規(guī)則，三者唯一確定一個(gè)輸出序列。由此確定的混沌跳頻序列體現(xiàn)了良好的均勻性，低截獲概率，良好的漢明相關(guān)特性以及具有理想的線性范圍。
與一般的數(shù)字通信系統(tǒng)一樣，跳頻系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)載波同步、位同步、幀同步。此外，由于跳頻系統(tǒng)的載頻按偽隨機(jī)序列變化，為了實(shí)現(xiàn)電臺(tái)間的正常通信，收發(fā)信機(jī)必須在同一時(shí)間跳變到同一頻率，因此跳頻系統(tǒng)還要求實(shí)現(xiàn)跳頻圖案同步。跳頻系統(tǒng)對(duì)同步有兩個(gè)基本要求：一是同步速度快，二是同步能力強(qiáng)。目前跳頻電臺(tái)的同步方法有精確時(shí)鐘法、同步字頭法、自同步法、FFT捕獲法、自回歸譜估計(jì)法等等。在實(shí)際應(yīng)用中，同步方案常常綜合使用多種同步方法。例如戰(zhàn)術(shù)跳頻系統(tǒng)中常用掃描駐留同步法，綜合使用了精確時(shí)鐘法、同步字頭法、自同步法三種同步方法，分成掃描和駐留兩個(gè)階段進(jìn)行。掃描階段完成同步頭頻率的捕獲，駐留階段從同步頭中提取同步信息，從而完成收發(fā)雙方的同步。 在自適應(yīng)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(shí)現(xiàn)壞頻點(diǎn)替代，否則會(huì)使收發(fā)雙方頻率表不一致，導(dǎo)致通信失敗。
（一）頻合器
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(tái)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(jìn)一步改善的技術(shù)難度越來(lái)越大，而且分辨率較低。為了能夠進(jìn)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(shí)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(diǎn)，可滿足快速跳頻電臺(tái)對(duì)頻率合成器的要求。例如在美國(guó)的JTIDS 中，跳速達(dá)到每秒35800 跳，只有采用直接數(shù)字頻合器才能實(shí)現(xiàn)。但是DDS的價(jià)格昂貴，復(fù)雜度大，直接用于戰(zhàn)術(shù)跳頻電臺(tái)有一定的難度。如果采用DDS+PLL的方法，結(jié)合兩者的長(zhǎng)處，可以獲得單一技術(shù)難以達(dá)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(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(lèi)：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(guò)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(lái)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(lái)克服跳頻頻段內(nèi)的快衰落。
FHSS跳頻系統(tǒng)原理
（二）跳頻電臺(tái)
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(hù)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(shuō)整個(gè)通信網(wǎng)中只有一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘，通過(guò)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(lái)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(guò)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(wú)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
