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以我們?nèi)粘ＵJ(rèn)知，很難將一位明星與技術(shù)發(fā)明人聯(lián)系在一起。本期就給大家介紹這樣一位明星，以及由她與人合作發(fā)明的跳頻通信技術(shù)。
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跳頻信號(hào)的來源
跳頻信號(hào)的發(fā)明極其具有傳奇色彩。1940年，海蒂·拉瑪與安塞爾由電子鋼琴音符的跳動(dòng)產(chǎn)生靈感，通過信號(hào)頻率跳變隱藏通信信號(hào)，并由此發(fā)明了能夠抵擋電波干擾的軍事通訊系統(tǒng)，它就是“跳頻通訊技術(shù)”，也就是CDMA的前身。海蒂·拉瑪曾是艷絕一時(shí)的明星，被稱為“世界上最美麗的女人”。而她的另一個(gè)身份是一位女發(fā)明家，她與他人合作發(fā)明了“跳頻通信技術(shù)”，被廣泛用于今天的手機(jī)、衛(wèi)星通訊和無線互聯(lián)網(wǎng)，她也由此而被后世尊為“CDMA之母”。
跳頻技術(shù)發(fā)明人：海蒂·拉瑪
跳頻通信的基本概念
我們在用收音機(jī)收聽某電臺(tái)，當(dāng)電臺(tái)在中波和短波兩個(gè)波段上播放同一個(gè)節(jié)目時(shí)，會(huì)有這樣的體會(huì)：若中波波段信號(hào)不好，則隨即換到短波波段收聽；當(dāng)短波波段信號(hào)不好，則又換回到中波波段收聽。這種以更換波段的手段來改善收聽效果的方法，就是跳頻的通俗含義。只不過這種跳頻僅在接收端發(fā)生，而且是由人工干預(yù)來實(shí)施跳頻的。我們假設(shè)，當(dāng)廣播電臺(tái)發(fā)送的頻段也能“緊跟”收音機(jī)用戶更換的話，那么，這種通信方式就是跳頻通信。因此，跳頻通信可這樣描述：通信收發(fā)雙方同步地改變頻率的通信方式稱為跳頻通信。
從通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式來說，跳頻是一種用碼序列進(jìn)行多頻頻移鍵控的通信方式；從時(shí)域上來看，跳頻信號(hào)是一個(gè)多頻率的頻移鍵控信號(hào)；從頻域上來看，跳頻信號(hào)是一個(gè)在很寬頻帶上以不等間隔隨機(jī)跳變的信號(hào)。因此，跳頻通信在某一特定頻點(diǎn)上仍為普通調(diào)制技術(shù)。跳頻系統(tǒng)根據(jù)頻率變化的快慢，通常分為快跳頻和慢跳頻。下圖為跳頻信號(hào)頻率瀑布圖。
跳頻信號(hào)頻率瀑布圖
跳頻通信系統(tǒng)模塊
跳頻通信具體的實(shí)現(xiàn)過程如上圖所示。在跳頻通信中，收發(fā)雙方具有相同的跳頻序列。發(fā)送端利用此跳頻序列最終控制產(chǎn)生按照一定規(guī)律不斷跳變的載波頻率，從而使得所發(fā)送的信號(hào)能夠不斷跳變。接收端在接收到來自發(fā)送端的該信號(hào)后，采用相同跳頻序列所控制的跳變速度和規(guī)律，對該信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。
相比于傳統(tǒng)的定頻信號(hào)，跳頻信號(hào)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.抗干擾能力強(qiáng)：寬頻帶范圍內(nèi)，不同時(shí)刻頻率不斷跳變。
2.低截獲概率：跳頻信號(hào)載頻是不斷跳變的，以及跳頻序列的偽隨機(jī)性。
3.易組網(wǎng)：能實(shí)現(xiàn)多址通信，不同用戶被分配的地址碼不同。
4.寬頻帶：占用信號(hào)頻帶寬，保證信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
但是跳頻在技術(shù)實(shí)現(xiàn)也存在一些難點(diǎn)，主要表現(xiàn)在如何實(shí)現(xiàn)寬頻帶內(nèi)的快速變頻和在快速變頻的同時(shí)如何保證信號(hào)的高質(zhì)量?？焖僮冾l與信號(hào)的高質(zhì)量是相互矛盾的。在GSM系統(tǒng)中各個(gè)時(shí)隙之間的間隙只有二十幾微秒，要實(shí)現(xiàn)跳頻，系統(tǒng)必須在時(shí)隙之間二十幾微秒的保護(hù)時(shí)間內(nèi)快速地從一個(gè)頻點(diǎn)切換到另一個(gè)頻點(diǎn)。按照以前的技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)快速跳頻的同時(shí)必然會(huì)帶來調(diào)制精度下降、接收靈敏度惡化、雜散增加以及阻塞性能下降等一系列負(fù)作用。
跳頻技術(shù)的應(yīng)用
跳頻技術(shù)無論在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，在軍事領(lǐng)域中，跳頻技術(shù)主要運(yùn)用于包括戰(zhàn)術(shù)跳頻電臺(tái)，電子對抗、全球定位、遙控遙測及導(dǎo)航等場合。
在民用領(lǐng)域中，跳頻技術(shù)主要運(yùn)用在移動(dòng)通信、數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算機(jī)無線數(shù)據(jù)傳輸 、無線局域網(wǎng)等。除此之外，為了更加高效的利用日漸緊張的頻譜資源，藍(lán)牙，Wi-Fi和多種無人機(jī)遙控器均采用跳頻通信方式傳輸信號(hào)。
Wi-Fi信號(hào)
無人機(jī)控制信號(hào)
藍(lán)牙信號(hào)
小結(jié)
跳頻通信技術(shù)是信息安全的非常有效的手段之一，具有優(yōu)良的抗干擾性能和多址組網(wǎng)性能，是現(xiàn)代軍事無線通信抗干擾的主要手段，對于在惡劣的電磁環(huán)境中保障我軍暢通的通信指揮，具有重大的軍事意義。跳頻通信的抗干擾效果，在外軍的幾次局部戰(zhàn)爭中得到了考驗(yàn)，在我軍的重大軍事演習(xí)中也得到了檢驗(yàn)。在民用移動(dòng)通信中，跳頻通信技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，如GSM、HOMERF(家用射頻)、BLUE-TOOTH(藍(lán)牙)等，與我們的日常生活日益密切。
【本文為專欄作者“中國保密協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)分會(huì)”原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者】
文章標(biāo)題：明星海蒂·拉瑪與跳頻通信技術(shù)
文章網(wǎng)址：http://fisionsoft.com.cn/article/ccdoddd.html
