跳频和扩频通信_跳频机器学习

跳频(FH, Frequency Hopping)是指载波频率在很宽频率范围内按某种序列或图案进行跳变，它能进一步提高系统的抗干扰性能。
跳频技术改善了无线信号的传输质量，可以明显地降低同频干扰和频率选择性衰落，为了避免在同一小区或临近小区中，在同一个突发脉冲序列期间，产生频率击中现象，即跳变到相同频率，必须注意两个问题：一是同一个小区或临近小区不同的载频采用相互正交的伪随机序列；二是跳频的设置需根据统一的超帧序列号以提供频率跳变顺序和起始时间。
下图所示是一个跳频的示意图，采用每帧改变频率的方法，即每隔 4.615 ms 改变载波频率，因此其跳频速率为 1/4.615 ms = 217 跳/秒。

跳频系统的抗干扰原理与直接序列扩频系统是不同的。直扩是靠频谱的扩展和解扩处理来提高抗干扰能力的，而跳频是靠躲避干扰来获得抗干扰能力的。
扩展频谱(SS, Spread Spectrum)通信简称扩频通信。扩频通信技术是一种信息传输方式，在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必需的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复所传信息数据。
长期以来，人们总是想方设法使信号所占频谱尽量窄，以充分提高十分宝贵的频率资源的利用率。为什么要用宽频带信号来传输窄带信息呢?简单的回答就是主要为了通信的安全可靠，这一点可以用信息论和抗干扰理论的基本观点加以说明。顺便指出，扩频通信技术可用来实现码分多址方式，并为数字化通信增添一种新的多址方式。
香农在其信息论中得出带宽与信噪比互换的关系式，即香农公式为：$C=B{\log }_2^{(1+\frac{S}{N})}$。式中，C为信道容量，单位为b/s；B为信号频带宽度，单位为Hz；S为信号平均功率，单位为W；N为噪声平均功率，单位为W。
香农公式原意是说，在给定信号功率和白噪声功率N的情况下，只要采用某种编码系统，就能以任意小的差错概率，以接近于C的传输速率来传送信息。这个公式还表明：在保持信息传输速率C不变的条件下，可以用不同频带宽度B和信噪比来传输信息，也就是说，频带B和信噪比是可以互换的。在同等信号速率下，增加信号带宽可以降低接收方对信噪比的要求，而信噪比与信号的发射功率成正比，下调信噪比后，信号的发射功率甚至可以低于噪声，或者说淹没在噪声中，增强隐蔽性和抗干扰性。如果增加信号频带宽度，就可以在较低的信噪比的条件下以任意小的差错概率来传输信息，甚至在信号被噪声湮没的情况下，即S/N<1，或$10{\log }_2^{\frac{S}{N}}$<0dB，只要相应地增加信号带宽，也能进行可靠的通信。上述表明，采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处。
将信息带宽扩展100倍，甚至用1000倍以上的带宽信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。
扩频通信的主要特性：
①抗干扰能力强；扩频通信系统扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。
②隐蔽性好；由于扩频信号在很宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率就很小，即信号的功率谱密度就很低。信号被湮没在噪声里，敌方很不容易发现有信号存在，想进一步检测出信号的参数就更加困难了。因此，扩频信号具有很低的被截获概率，这在军事通信上十分有用，可以进行隐蔽通信。
③可以实现码分多址；扩频通信具有较强的抗干扰性能，但付出了占用频带宽的代价，可以让许多用户共用这一宽频带，则可以大大提高频带的利用率。由于扩频通信中存在扩频码序列扩频调制，充分利用正交或准正交的扩频码序列之间的相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户以不同码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用的信号。这样一来，在一宽频带上许多用户可以同时通信而互不造成严重干扰。
④抗衰落、抗多径干扰；移动信道属于随参信道，信道条件最为恶劣，由于移动台不断移动，受地形地物的影响产生慢衰落现象。更为严重的是，由于多径效应产生快衰落现象，其衰落深度可达30dB。扩频系统具有潜在的抗频率选择性衰落的能力，这是因为扩频通信系统所传送的信号频谱已扩展很宽，频谱密度很低，如在传输中小部分频谱衰落时，不会造成信号的严重畸变。