蓝牙技术谈之调频技术（一）

跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS)在同步、且同时的状况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道，而且这些跳频讯号必须遵照FCC的要求，使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔(Dwell Time)为400ms。

跳频技术引入的目的

随着数字移动通讯网络的飞速发展，移动用户的急剧增长，那么网络中单位面积的话务量也在不断地增长。在某些大城市的市中心等繁华地段，在忙时甚至出现严重的话务拥塞状况，面对日益增加的话务需求，须要对网络进行扩容以知足容量和覆盖的要求。

在网络建设的初期，因为用户数量很少，所以网络规划中首先考虑的是覆盖问题，可是随着网络的不断扩容，覆盖的不断完善，咱们发现容量问题成为制约网络进一步发展的瓶颈。对于我国如今采用的GSM网络因为受到频段的限制，在通过这么多年的快速扩容以后，容量上的限制表现得愈来愈明显。

对于网络扩容，一般咱们能够采用如下几种方法：小区分裂，增长新的频段以及提升频率复用度来增长每一个小区配置等方法。很显然在网络建设的初期一般采用小区分裂，经过不断增长新的基站（宏蜂窝和微蜂窝基站）来达到扩容的目的，可是随着站距的不断接近，咱们发现网络的干扰也在不断的增长，所以当宏蜂窝基站的站距达到必定程度以后就很难在网络中增长新的基站。那么在这种状况下就出现了在GSM900网络的基础上引入GSM1800网络，经过引入这一新的频段来解决网络瓶紧问题，这也是咱们如今所看到中国移动和联通公司在现网所采用的DCS双频网络。可是因为GSM900／GSM1800频段有限并且各个运行商所分配到的频率资源不一样，并且考虑到引入双频网的成本很高，所以能够考虑经过在现有的GSM900单频网络或在引入GSM1800的双频网络中经过提升频率复用度，增长单位面积的容量配置来达到节省网络成本和提升容量的目的。经过引入跳频、功率控制、不连续发射等无线链路控制技术来达到扩容的目的。

跳频系统工做原理

 

跳频是最经常使用的扩频方式之一，其工做原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预约规律进行离散变化的通讯方式，也就是说，通讯中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。

  跳频通信原理

从通讯技术的实现方式来讲，“跳频”是一种用码序列进行多频频移键控的通讯方式，也是一种码控载频跳变的通讯系统。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，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的。其中：跳频控制器为核心部件，包括跳频图案产生、同步、自适应控制等功能；频合器在跳频控制器的控制下合成所需频率；数据终端包含对数据进行差错控制。

与定频通讯相比，跳频通讯比较隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获我方的通讯内容。同时，跳频通讯也具备良好的抗干扰能力，即便有部分频点被干扰，仍能在其余未被干扰的频点上进行正常的通讯。因为跳频通讯系统是瞬时窄带系统，它易于与其余的窄带通讯系统兼容，也就是说，跳频电台能够与常规的窄带电台互通，有利于设备的更新。

 

咱们你们都知道跳频技术是一种扩频通讯技术，因为跳频技术具备通讯的秘密和对抗干扰，所以它首先被应用于军事通讯。可是随着移动通讯的发展和数字化，跳频技术已在数字蜂窝系统中得到应用，我国所采用的GSM移动通讯系统就采用了这种技术。

跳频是指载波频率在很宽频带范围内按某种图案（序列）进行跳变。信息数据D经信息调制成带宽为Bd的基带信号后，进入载波调制。载波频率受伪随机码发生器控制，在带宽Bss（Bss＞＞Bd）的频带内随机跳变，实现基带信号带宽Bd扩展到发射信号使用的带宽Bss的频普扩展。可变频率合成器受伪随机序列（跳频序列）控制，使载波频率随跳频序列的序列值改变而改变，所以载波调制又被称为扩频调制。

跳频系统的特色

跳频系统具备如下特色：

＊ 跳频系统大大提升了通讯系统抗干扰、抗衰落能力；
＊ 能多址工做而尽可能不互相干扰；
＊ 不存在直接扩频通讯系统的远近效应问题，便可以减小近端强信号干扰远端弱信号的问题；
＊ 跳频系统的抗干扰性严格说是"躲避"式的，外部干扰的频率改变跟不上跳频系统的频率改变；
＊ 跳频序列的速率低，一般状况，码元速率小于或等于信息速率。在TDMA系统中，跳频速率每每等于每秒传输的帧数。GSM系统中每一个时隙长576.9μs，8个时隙为一帧，所以帧的长度为4.615ms，每秒跳频为217次。

在GSM数字蜂窝系统中，跳频技术能够提升抗衰落、抗干扰能力。跳频技术对于静态或慢速移动的移动台具备很好的抗衰落效果，而对于快速移动的移动台因为同一信道的两个链接的突发脉冲序列其位置差已足以使它们与瑞利变化不相关，所以跳频增益很小，这就是跳频所具备的频率分集。因为跳频时频率在不停的变化，频率的干扰是瞬时的，所以跳频具备干扰分集。

 

常规跳频

通讯收发双方的跳频图案是事先约好的，同步地按照跳频图案进行跳变。这种跳频方式称为常规跳频(Normal FH）。随着现代战争中的电子对抗越演越烈，在常规跳频的基础上又提出了自适应跳频。它增长了频率自适应控制和功率自适应控制两方面。在跳频通讯中，跳频图案反映了通讯双方的信号载波频率的规律，保证了通讯方发送频率有规律可循，但又不易被对方所发现。经常使用的跳频码序列是基于m 序列、M序列、RS码等设计的伪随机序列。这些伪随机码序列经过移位寄存器加反馈结构来实现，结构简单，性能稳定，可以较快实现同步。它们能够实现较长的周期，汉明相关特性也比较好，可是当存在人为的故意干扰(如预测码序列后进行的跟踪干扰)时，这些序列的抗干扰能力较差。

 

蓝牙所采用的自适应调频技术

    蓝牙工做于2.4~2.48GHz ISM 频段，因为该频段频谱异常拥挤（11b/g，微波炉，无绳电话等），而且BlueTooth采用低功耗（-6~+4dBm）。所以为了不频率的相互冲突，蓝牙采用了AFH（Adaptive Frequency Hopping）,LBT（Listen Before Talk）,功率控制等抗干扰措施。
    AFH 的实现过程为设备识别、信道分类、分类信息交换、自适应跳频。
1，设备识别：蓝牙设备之间进行互联以前，首先根据链路管理协议（LMP：Link Manager Protocol）交换双方之间的信息，肯定双方是否均支持AFH模式，LMP信息中包含了双方应使用的最小信道数。此步骤由主机进行询问，从机回答。
2，信道分类：首先按照PLRs（Packet Loss Ratios）的门限制、有效载荷的CRC,HEC,FEC偏差参数对每个信道进行评估。从设备测量CRC时，也会自动检测此包的CRC，已决定此包的正误。而后主从设备分别按照LMP的格式造成一份分类表，以后主从设备的跳频会根据此分类表进行。
3，信道信息交换：主从设备会经过LMP命令通知网络中的全部成员，交换AFH的信息，信道被分为好信道，坏信道，未用信道。主从设备之间联系以肯定那些信道可用，那些不可用。
4，执行AFH：先进性调频编辑，以选择合适的调频频率。因为环境中会存在突发干扰，因此调频的分类表须要进行周期性跟新，而且及时进行相互交流。
AFH 的结构：

蓝牙结构中在频率同步器和调频序列发生器中加入一个分组映射器（即自适应频率选择器）。 

 

本来用于军事和情报领域中的扩频技术被用于蓝牙通讯，以保证其通讯的抗干扰性和保密性。经过将窄带宽的信息通过调制和扩频，在接收端以约定好的方式解扩和解调，恢复原始信号，因为扩频会将干扰信号同时进行扩频，因此干扰信号的功率谱密度大大下降，而在解扩的时候又会被滤波掉，因此就将干扰信号的干扰强度大大下降，保证了蓝牙通讯的抗干扰性和被窃听的可能。调制和解调采用通用的FSK方式，而扩频和解扩则采用事先约定好的伪随机扩频码序列。

因为扩频下降了信号的功率谱密度，因此被监听的可能也大大减少了，对其余窄带通讯系统的干扰也很小。蓝牙采用跳频技术进行扩频，上述的伪随机扩频码序列在蓝牙技术内被称为跳频序列。蓝牙主设备决定跳频序列，从设备依照该序列以每秒1600跳的频率进行跳频。双方须要周期进行同步，以保证在可允许的偏差内同时跳到相同的频率。