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明星海蒂·拉玛与跳频通信技术

以我们日常认知,很难将一位明星与技术发明人联系在一起。本期就给大家介绍这样一位明星,以及由她与人合作发明的跳频通信技术。

作者:李慧艳 张巧遇|2018-05-24 15:15

以我们日常认知,很难将一位明星与技术发明人联系在一起。本期就给大家介绍这样一位明星,以及由她与人合作发明的跳频通信技术。

跳频信号的来源

跳频信号的发明极其具有传奇色彩。1940年,海蒂·拉玛与安塞尔由电子钢琴音符的跳动产生灵感,通过信号频率跳变隐藏通信信号,并由此发明了能够抵挡电波干扰的军事通讯系统,它就是“跳频通讯技术”,也就是CDMA的前身。海蒂·拉玛曾是艳绝一时的明星,被称为“世界上最美丽的女人”。而她的另一个身份是一位女发明家,她与他人合作发明了“跳频通信技术”,被广泛用于今天的手机、卫星通讯和无线互联网,她也由此而被后世尊为“CDMA之母”。

跳频技术发明人:海蒂·拉玛

跳频通信的基本概念

我们在用收音机收听某电台,当电台在中波和短波两个波段上播放同一个节目时,会有这样的体会:若中波波段信号不好,则随即换到短波波段收听;当短波波段信号不好,则又换回到中波波段收听。这种以更换波段的手段来改善收听效果的方法,就是跳频的通俗含义。只不过这种跳频仅在接收端发生,而且是由人工干预来实施跳频的。我们假设,当广播电台发送的频段也能“紧跟”收音机用户更换的话,那么,这种通信方式就是跳频通信。因此,跳频通信可这样描述:通信收发双方同步地改变频率的通信方式称为跳频通信。

从通信技术的实现方式来说,跳频是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式;从时域上来看,跳频信号是一个多频率的频移键控信号;从频域上来看,跳频信号是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的信号。因此,跳频通信在某一特定频点上仍为普通调制技术。跳频系统根据频率变化的快慢,通常分为快跳频和慢跳频。下图为跳频信号频率瀑布图。

跳频信号频率瀑布图

跳频通信系统模块

跳频通信具体的实现过程如上图所示。在跳频通信中,收发双方具有相同的跳频序列。发送端利用此跳频序列最终控制产生按照一定规律不断跳变的载波频率,从而使得所发送的信号能够不断跳变。接收端在接收到来自发送端的该信号后,采用相同跳频序列所控制的跳变速度和规律,对该信号进行解调,从而实现数据通信。

相比于传统的定频信号,跳频信号主要有以下优点:

1.抗干扰能力强:宽频带范围内,不同时刻频率不断跳变。

2.低截获概率:跳频信号载频是不断跳变的,以及跳频序列的伪随机性。

3.易组网:能实现多址通信,不同用户被分配的地址码不同。

4.宽频带:占用信号频带宽,保证信息传输的可靠性。

但是跳频在技术实现也存在一些难点,主要表现在如何实现宽频带内的快速变频和在快速变频的同时如何保证信号的高质量。快速变频与信号的高质量是相互矛盾的。在GSM系统中各个时隙之间的间隙只有二十几微秒,要实现跳频,系统必须在时隙之间二十几微秒的保护时间内快速地从一个频点切换到另一个频点。按照以前的技术,在实现快速跳频的同时必然会带来调制精度下降、接收灵敏度恶化、杂散增加以及阻塞性能下降等一系列负作用。

跳频技术的应用

跳频技术无论在军事领域还是民用领域都有广泛的应用,在军事领域中,跳频技术主要运用于包括战术跳频电台,电子对抗、全球定位、遥控遥测及导航等场合。

在民用领域中,跳频技术主要运用在移动通信、数据传输、计算机无线数据传输 、无线局域网等。除此之外,为了更加高效的利用日渐紧张的频谱资源,蓝牙,Wi-Fi和多种无人机遥控器均采用跳频通信方式传输信号。

Wi-Fi信号

无人机控制信号

蓝牙信号

小结

跳频通信技术是信息安全的非常有效的手段之一,具有优良的抗干扰性能和多址组网性能,是现代军事无线通信抗干扰的主要手段,对于在恶劣的电磁环境中保障我军畅通的通信指挥,具有重大的军事意义。跳频通信的抗干扰效果,在外军的几次局部战争中得到了考验,在我军的重大军事演习中也得到了检验。在民用移动通信中,跳频通信技术也得到了广泛的应用,如GSM、HOMERF(家用射频)、BLUE-TOOTH(蓝牙)等,与我们的日常生活日益密切。

【本文为51CTO专栏作者“中国保密协会科学技术分会”原创稿件,转载请联系原作者】

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