跳頻技術 (Frequency-Hopping Spread Spectrum; FHSS)在同步、且同時的情況下,接收兩端以特定型式的窄頻載波來傳送訊號,對於一個非特定的接收器,FHSS所產生的跳動訊號對它而言,也只算是脈衝噪聲。FHSS所展開的訊號可依特別設計來規避噪聲或One-to-Many的非重複的頻道,並且這些跳頻訊號必須遵守FCC的要求,使用75個以上的跳頻訊號、且跳頻至下一個頻率的最大時間間隔(Dwell
Time)爲400ms。
跳頻技術引入的目的
隨着數字移動通信網絡的飛速發展,移動用戶的急劇增加,那麼網絡中單位面積的話務量也在不斷地增加。在某些大城市的市中心等繁華地段,在忙時甚至出現嚴重的話務擁塞情況,面對日益增長的話務需求,需要對網絡進行擴容以滿足容量和覆蓋的要求。
在網絡建設的初期,由於用戶數量不多,因此網絡規劃中首先考慮的是覆蓋問題,但是隨着網絡的不斷擴容,覆蓋的不斷完善,我們發現容量問題成爲制約網絡進一步發展的瓶頸。對於我國現在採用的GSM網絡由於受到頻段的限制,在經過這麼多年的快速擴容之後,容量上的限制表現得越來越明顯。
對於網絡擴容,通常我們可以採用以下幾種方法:小區分裂,增加新的頻段以及提高頻率複用度來增加每個小區配置等方法。很顯然在網絡建設的初期通常採用小區分裂,通過不斷增加新的基站(宏蜂窩和微蜂窩基站)來達到擴容的目的,但是隨着站距的不斷接近,我們發現網絡的干擾也在不斷的增加,因此當宏蜂窩基站的站距達到一定程度之後就很難在網絡中增加新的基站。那麼在這種情況下就出現了在GSM900網絡的基礎上引入GSM1800網絡,通過引入這一新的頻段來解決網絡瓶緊問題,這也是我們現在所看到中國移動和聯通公司在現網所採用的DCS雙頻網絡。但是由於GSM900/GSM1800頻段有限而且各個運行商所分配到的頻率資源不同,而且考慮到引入雙頻網的成本很高,因此可以考慮通過在現有的GSM900單頻網絡或在引入GSM1800的雙頻網絡中通過提高頻率複用度,增加單位面積的容量配置來達到節省網絡成本和提高容量的目的。通過引入跳頻、功率控制、不連續發射等無線鏈路控制技術來達到擴容的目的。
跳頻系統工作原理
我們大家都知道跳頻技術是一種擴頻通信技術,由於跳頻技術具有通信的祕密和對抗干擾,因此它首先被應用於軍事通信。但是隨着移動通信的發展和數字化,跳頻技術已在數字蜂窩系統中獲得應用,我國所採用的GSM移動通信系統就採用了這種技術。
跳頻是指載波頻率在很寬頻帶範圍內按某種圖案(序列)進行跳變。信息數據D經信息調製成帶寬爲Bd的基帶信號後,進入載波調製。載波頻率受僞隨機碼發生器控制,在帶寬Bss(Bss>>Bd)的頻帶內隨機跳變,實現基帶信號帶寬Bd擴展到發射信號使用的帶寬Bss的頻普擴展。可變頻率合成器受僞隨機序列(跳頻序列)控制,使載波頻率隨跳頻序列的序列值改變而改變,因此載波調製又被稱爲擴頻調製。
跳頻系統的特點
跳頻系統具有以下特點:
* 跳頻系統大大提高了通信系統抗干擾、抗衰落能力;
* 能多址工作而儘量不互相干擾;
* 不存在直接擴頻通信系統的遠近效應問題,即可以減少近端強信號干擾遠端弱信號的問題;
* 跳頻系統的抗干擾性嚴格說是"躲避"式的,外部干擾的頻率改變跟不上跳頻系統的頻率改變;
* 跳頻序列的速率低,通常情況,碼元速率小於或等於信息速率。在TDMA系統中,跳頻速率往往等於每秒傳輸的幀數。GSM系統中每個時隙長576.9μs,8個時隙爲一幀,因此幀的長度爲4.615ms,每秒跳頻爲217次。
在GSM數字蜂窩系統中,跳頻技術可以提高抗衰落、抗干擾能力。跳頻技術對於靜態或慢速移動的移動臺具有很好的抗衰落效果,而對於快速移動的移動臺由於同一信道的兩個連接的突發脈衝序列其位置差已足以使它們與瑞利變化不相關,因此跳頻增益很小,這就是跳頻所具有的頻率分集。由於跳頻時頻率在不停的變化,頻率的干擾是瞬時的,因此跳頻具有干擾分集。
常規跳頻
通信收發雙方的跳頻圖案是事先約好的,同步地按照跳頻圖案進行跳變。這種跳頻方式稱爲常規跳頻(Normal FH)。隨着現代戰爭中的電子對抗越演越烈,在常規跳頻的基礎上又提出了自適應跳頻。它增加了頻率自適應控制和功率自適應控制兩方面。在跳頻通信中,跳頻圖案反映了通信雙方的信號載波頻率的規律,保證了通信方發送頻率有規律可循,但又不易被對方所發現。常用的跳頻碼序列是基於m 序列、M序列、RS碼等設計的僞隨機序列。這些僞隨機碼序列通過移位寄存器加反饋結構來實現,結構簡單,性能穩定,能夠較快實現同步。它們可以實現較長的週期,漢明相關特性也比較好,但是當存在人爲的故意干擾(如預測碼序列後進行的跟蹤干擾)時,這些序列的抗干擾能力較差。
藍牙所採用的自適應調頻技術
藍牙工作於2.4~2.48GHz
ISM 頻段,由於該頻段頻譜異常擁擠(11b/g,微波爐,無繩電話等),並且BlueTooth採用低功耗(-6~+4dBm)。因此爲了避免頻率的相互衝突,藍牙採用了AFH(Adaptive Frequency Hopping),LBT(Listen Before Talk),功率控制等抗干擾措施。
AFH
的實現過程爲設備識別、信道分類、分類信息交換、自適應跳頻。
1,設備識別:藍牙設備之間進行互聯之前,首先根據鏈路管理協議(LMP:Link Manager Protocol)交換雙方之間的信息,確定雙方是否均支持AFH模式,LMP信息中包含了雙方應使用的最小信道數。此步驟由主機進行詢問,從機回答。
2,信道分類:首先按照PLRs(Packet Loss Ratios)的門限制、有效載荷的CRC,HEC,FEC誤差參數對每一個信道進行評估。從設備測量CRC時,也會自動檢測此包的CRC,已決定此包的正誤。然後主從設備分別按照LMP的格式形成一份分類表,之後主從設備的跳頻會根據此分類表進行。
3,信道信息交換:主從設備會通過LMP命令通知網絡中的所有成員,交換AFH的信息,信道被分爲好信道,壞信道,未用信道。主從設備之間聯繫以確定那些信道可用,那些不可用。
4,執行AFH:先進性調頻編輯,以選擇合適的調頻頻率。由於環境中會存在突發干擾,所以調頻的分類表需要進行週期性跟新,並且及時進行相互交流。
AFH 的結構:
藍牙結構中在頻率同步器和調頻序列發生器中加入一個分組映射器(即自適應頻率選擇器)。