跳頻

跳頻

跳頻（Frequency Hopping，簡稱FH）是一種無線通信技術，指在通信過程中，載波頻率按照特定規律離散變化的調製方式。這種技術通過讓發射機和接收機按照預先設定的頻率序列同步跳變，實現抗干擾、抗截獲的通信效果。

跳頻技術的核心特徵包括：

• 通信雙方按照偽隨機序列同步切換工作頻率

• 每個頻率停留時間極短（通常毫秒級）

• 頻率變化範圍遠大於信息帶寬

跳頻序列生成

跳頻系統依靠偽隨機碼序列控制頻率跳變，該序列具有以下特性：

1. 偽隨機性：看似隨機但可重複生成

2. 長周期性：確保序列不易被破解

3. 正交性：多個網絡可共用頻段而不相互干擾

同步機制

實現跳頻通信的關鍵在於收發雙方的嚴格同步，包括：

• 跳頻圖案同步

• 跳變時刻同步（時隙同步）

• 幀同步和信息同步

跳頻參數

主要技術參數包括：

• 跳頻帶寬：系統使用的總頻帶範圍

• 跳頻速率：每秒跳變的次數

• 跳頻間隔：相鄰跳變頻率的最小間隔

• 跳頻圖案：頻率變換的規律序列

按跳變速率分類

1. 慢跳頻（SFH）：

   • 跳頻速率低於信息符號速率

   • 一個或多個符號周期內保持相同頻率

   • 典型應用：早期藍牙技術

2. 快跳頻（FFH）：

   • 跳頻速率高於信息符號速率

   • 一個符號周期內多次跳頻

   • 典型應用：軍事抗干擾通信

按帶寬利用方式分類

1. 常規跳頻：跳頻帶寬固定不變

2. 自適應跳頻：根據信道狀況動態調整跳頻圖案

抗干擾能力

• 窄帶干擾僅影響部分頻點

• 通過糾錯編碼可恢復受損信息

• 對頻率選擇性衰落有天然抵抗性

隱蔽性能

• 信號能量分散在寬頻帶內

• 單一頻點駐留時間極短

• 難以被常規接收機檢測和截獲

多址接入能力

• 多用戶通過不同跳頻圖案共享頻帶

• 碼分多址（CDMA）的基礎技術之一

軍事通信

• 戰場無線電系統

• 戰術數據鏈

• 電子對抗設備

民用通信

1. 藍牙技術：

   • 採用79個1MHz寬度的跳頻信道

   • 跳速1600跳/秒

   • 實現2.4GHz ISM頻段的可靠傳輸

2. 無線局域網：

   • IEEE 802.11早期版本支持跳頻

   • 現已被直接序列擴頻取代

3. 物聯網設備：

   • 智能家居無線控制

   • 工業無線傳感器網絡

• 1942年：好萊塢女星Hedy Lamarr與作曲家George Antheil提出跳頻專利

• 1950年代：美國軍方開始研發跳頻技術

• 1962年：第一台實用跳頻電台AN/ARC-50問世

• 1980年代：跳頻技術進入民用領域

• 1994年：藍牙技術採用跳頻作為核心方案

同步難題

• 初始同步建立困難

• 保持同步需要精確時鐘

• 移動環境下的多普勒效應影響

頻譜管理

• 需協調多系統的跳頻圖案

• ISM頻段日益擁擠

• 法規限制（如各國對跳頻帶寬的規定）

硬件要求

• 需要快速切換的頻率合成器

• 寬帶天線設計挑戰

• 高功耗問題

1. 認知跳頻技術：

   • 結合頻譜感知功能

   • 智能避開受干擾頻段

   • 實現動態頻譜接入

2. 超寬帶跳頻：

   • 擴展跳頻帶寬至數GHz

   • 進一步提升抗干擾能力

   • 應用於極高數據率傳輸

3. 量子跳頻：

   • 基於量子隨數生成跳頻序列

   • 實現理論上不可破解的通信

   • 軍事保密通信的前沿方向

跳頻技術作為擴頻通信的重要分支，在無線通信領域持續發揮關鍵作用，其獨特的技術優勢使其在軍事和特定民用場景中仍不可替代。