跳频系统(2)

  6.2 跳频信号的发送与接收 
  6.2.1 怎祥产生跳频信号
  在传统的定频通信系统中,发射机中的主振荡器的振荡频率是固定设置的,
  因而它的载波频率是固定的。为了得到载波频率是跳变的跳频信号,要求主振荡 器的频率应能遵照控制指令而改变。这种产生跳频信号的装置叫跳频器。通常,跳频器是由频率合成器和跳频指令发生器构成的,如见图6-8(a)。
   
  图6-8
  图中,如果将跳频器看作是主振荡器,则与传统的发信机没有区别。被传送的信息可以是模拟的或数字的信号形式(图中标示的为信码入),经过调制器的相应调制,便获得副载波频率固定的已调波信号,再与频率合成器输出的主载波频率信号进行混频,其输出的已调波信号的载波频率达到射频通带的要求,经过高通滤波器后馈至天线发射出去。这就是定频信号的发送过程。
  跳频系统的频率合成器输出什么频率的载波信号是受跳频指令控制的。在时钟的作用下,跳频指令发生器不断地发出控制指令,频率合成器不断地改变其输出载波的频率。因此,混频器输出的已调波的载波频率也将随着指令不断地跳变,从而经高通滤波器和天线发送出去的就是跳频信号。
  跳频器输出的跳变的频率序列,就是跳频图案。因此,有什么样的跳频指令就会产生什么样的跳频图案?
  通常,是利用伪随机发生器来产生跳频指令的,或者由软件编程来产生跳频指令。所以,跳频系统的关键部件是跳频器,更具体地,是能产生频谱纯度好的快速切换的频率合成器和伪随机性好的跳频指令发生器。
  由跳频信号产生的过程可以看出,不论是数字的或模拟的定频发送系统,在原理上,只要加装上一个跳频器就可变成一个跳频的发送系统。但是在实际系统中尚需考虑信道机的通带宽度。
  6.2.2 怎样接收跳频信号
  定频信号的接收设备中,一般都采用超外差式的接收方法,即接收机本地振荡器的频率比所接收的外来信号的载波频率相差一个中频,经过混频后产生一个固定的中频信号和混频产生的组合波频率成分。经过中频带通滤波器的滤波作用,滤除组合波频率成分,而使中频信号进入解调器。解调器的输出就是所要传送给收端的信息。
  跳频信号的接收,其过程与定频的相似。为了保证混频后获得中频信号,要求频率合成器的输出频率要比外来信号高出一个中频。因为外来的信号载波频率是跳变的,则要求本地频率合成器输出的频率也随着外来信号的跳变规律而跳变,这样才能通过混频获得一个固定的中颇信号。图6-8(b)给出跳频信号接收机的框图。图中的跳频器产生的跳频图案应当与所要要高出一个中频,并且要求收、发跳频完全同步。所以,接收机中的跳频器还需受同步指令的控制,以确定其跳频的起、止时刻。
  可以看出,跳频器是跳频系统的关键部件,而跳频同步则是跳频系统的该心技术。
  6.2.3 正确接收跳频信号的条件
  跳频系统要实现跳频通信,正确接收跳频信号的条件是跳频系统的同步。
  系统的同步包括以下几项内容:
   收端和发端产生的跳频图案相同,即有相同的跳频规律。
   收、发端的跳变频率应保证在接收端产生固定的中频信号,即跳变的载波频率与收端产生的本地跳变频率相差一个中频。 
   频率跳变的起止时刻在时间上同步,即同步跳变,或相位一致。
   在传送数字信息时,还应做到帧同步和位同步。
  图6-9示出跳频同步的几种情况。
   
  图6-9
  其中,图(a)只是跳频图案相同;图(b)是跳频图案及跳频频率一致的情况;图(c)为跳频图案、跳频频率以及跳频起止时刻完全一致的同步情况。图中黑色矩形块代表接收端的跳频图案,带有斜线的矩形块代表发送端的跳频图案,即所要接收的外来信号的跳频图案。图(b)和图(c)中,接收端跳频图案的瞬时频率比外来信号高出一个中频。
  6.2.4 跳频信号的波形
  与定频连续信号波形不同,跳频信号的波形是不连续的,这是因为跳频器产生的跳变载波信号之间是不连续的。频率合成器从接受跳频指令开始到完成频 率的跳变需要一定的切换时间。为了保证其输出的频率纯正而稳定,防止杂散辐射,在频率切换的瞬间是抑止发射机末级工作的。
  频率合成器从接受指令开始建立振荡到达稳定状态的时间叫作建立时间;稳定状态持续的时间叫驻留时间;从稳定状态到达振荡消失的时间叫消退时间。从 建立到消退的整个时间叫作一个跳周期,记作Th。建立时间加上消退时间叫作换频时间。只有在驻留时间(记作TD)内才能有效地传送信息。图6-10给出频率 合成器的换频过程和载波信号的波形。
  
  图6-10
  跳频通信系统为了能更有效地传送信息,要求频率切换占用的时间越短越好。通常,换频时间约为跳周期Th的1/8 ~ 1/10。比如跳频速率每秒500跳的系统,跳周期Th=2ms,其换频时间为0.2ms左右。跳频速率每秒20跳的系统,跳周期是50ms,其换频时间约为5ms。