为了便于工程设计和应用中正确认识跳频通信的优势与不足，有不少跳频通信工程的概念需要讨论清楚，这是从事军事通信抗干扰工程的有关人员必须掌握的基础。
1．跳频通信的稳健性
长期以来，对如何评价跳频通信与定频通信的性能，存在一些模糊认识甚至争议，主要有：既然跳频通信采用了比定频多得多的频率，具有了较大的跳频处理增益，那么在任何情况下跳频通信效果都应该优于定频通信，但事实并非如此。
首先，在没有干扰的情况下，定频通信能力实际上比跳频强。这是由于跳频通信在换频期间内不能传输信息，为了信息传输的完整性，在发端要将原连续的数据流进行压缩，在频率驻留期间发送，而在接收端要对间断的压缩数据流进行解压，还原成连续的数据流。所以，跳频信道中实际传输的数据速率要高于原数据速率(对应于定频通信速率)。根据香农信息论，柱同样信号功率和信道条件下，高数据速率信号的每比特能量要小于低数据速率信号的每比特iii，即：比特信噪比下降，使得高速率传输时的误码率要高于低速率传输时的误码率。再加上跳频同步误差、位同步误差、信道机调谐误差、接收机各频点灵敏度误差、功放和天线频响平坦度误差等因素，造成了-跳频处理的固有损耗，或者说跳频信号在处理中受到了损伤，使得在无干扰和同等功率条件下跳频通信距离一般Iiii!-频通信距离缩短1／5左右0“。
其次，在民用和丁业等用频设备形成的固定干扰(非有意干扰)环境下，定频通信的效 IIIl仍然比常规跳频通信效果好。这是因为：若固定干扰超过跳频通信系统的f扰容限，跳频通信将无法工作，即使同定干扰没有超过跳频通信的干扰容限，也会有一部分跳频频率会受到无意干扰，从而影响跳频通信的效果；对于定频通信，则有可能在众多的同定干扰空隙巾选择一个以上较干净的频点进行通信，相当于无干扰或干扰较弱的定频通信。
然而，尽管在无干扰和非人为有意干扰环境条件下，定频通信可以通过频率选择得到较好的通信效果，但并不能说明定频通信具有战场适应能力。因为在战场千扰环境下，定频通信的频点只要遇到敌方有意干扰便不能丁作，是不可靠的。iilii频通信装备即使在遇到一定十扰情况下，tlll维持相应的通信能力，从而比定频通信表现出明显的优越性，这就是跳频通信的稳健性(或称鲁棒性)，即：跳频通信以跳频扩展频谱、系统复杂性和信号损伤为代价，换来了抗干扰能力的提高。比如，在演习训练中，若不对民用手机频率实施干扰，大家会感到民用手机很好用，但只要对其进行干扰，马上手机通信中断。再比如，在海湾战争中，伊军定频电台在联军强大的干扰面前一愁奠展；而在科索沃战争巾，南联盟军队的跳频．电台却发挥了很好的作用。
另外，即使跳频通信被有效干扰至通信巾断，也追使敌方付出了比干扰定频通信多得多的代价。因此，跳频抗阻塞干扰能力是相对于人为有意干扰条件下的定频通信而青的，不能以个别性的前提得出“在干扰条件下，定频能l‘作，跳频反而不能_fl作”的普遍性结论，应浚正确评价和对待跳频通信与定频通信的性能特点及战术使用。实际上．在无干扰和非人为有意干扰环境中，只需要使用定频通信，而跳频是针对敌方有意干扰而设计和使用的。如果在敌方有意干扰的情况下，还是跳频通信效果不如定频，那就是组网、集成环境、电磁兼容和战场管理控制等使用方面可能存在问题，或装备可靠性存在问题。
2．数字跳频与模拟跳频
跳频扩谱技术体制存在数字跳频和模拟跳频两种基本体铷。所谓数字跳频，是指以跳频方式在数字信道上传输数字信息的跳频体制，即：在频率驻留时间内传输数字信息且采用数字调制，而不管信源是模拟信号还是数字信号，也不管信道机本身是否数字化实现。在数字信道中传输的数字信息也许代表数据，也许代表语音或其他信息。所谓模拟跳频，是指以跳频方式在模拟信道上传输模拟信息的跳频体制，即：在频率驻留时间内传输模拟信息且采用模拟调制，也不管信道机本身是否数字化实现。在模拟信道中传输的模拟信息可能代表数据，也可能代表语音或其他信息。这两种跳频体制在实际装备中都有所采用，但数字跳频占绝大多数。相比较而言，数字跳频具有更多的优点，如便于提高跳速、便于跳频同步设计、便于传输数据、便于数据加密等。后两个优点是显而易见的，这里只解释前两个优点。
前已述及，在相邻两跳之间存在换频时间，在此时间内是不能传送信息的。如果不对信息进行处理，对应于换频时间内的信息就会自白丢掉，造成在进行语音通信时出现间断和耳机中的“咔嚓”声，在进行数据通信时Ill现同定的误码。在数字跳频时，由于传输的是数字信息，可对信息流进行一定的压缩，提高空巾传输速率，将应在换频时问内传递的信息放到频率驻留时间内传送，存收端进行相反的解压过程，恢复成原速率和原信息，从而避免了换频时间内的信息丢失。如果换频HCP7足够短，压缩倍数就很小，使得通信质量的变化与跳速的关系不太明显，所以数字跳颇可以适当提高跳速，这是数字跳频的典型特征之一。在模拟跳频时，由于传输的是模拟信I-，不便压缩处理，造成换频I}f=7内的信息丢失，通信质量随着跳速的增加而明显恶化．这是模拟跳频的典型特征之也是模拟跳频跳速难以提高的原因之一。为了保证通信质量，模拟跳频只好采用低速跳频，如短波模拟跳频电台等。
关于对跳频同步设计的影响，主要是由于同步信息一般是数据信息。在数字跳频中，同步信息可以和数据流一并处理，从而带来了很多的方便；在模拟跳频中，需要使用传输跳频同步信息的专用调制解调器，以模拟信I-(#iilIi频同步所需的数据，带来了跳频同步设计的诸多不便。这里顺便指出一点：与模拟跳频同步设计类似，在模拟跳频通信中，只要有用于数传的调制解调器，就可以实现在模拟跳频信道上的数据传输；在数字跳频通信中，只要有语音编码器，就可以实现在数字跳频信道L的语音传输。所以，不能认为传输数据的跳频就是数字跳频。
3．跳频数据平衡
综上所述。在数字跳频中发端和收端要分别进行数据压缩和解压的过程，使得发端压缩前后的数据速率不一样(压缩后数据速率与压缩前数据速率之比称为数据压缩比)，收端解压前后的数据输率也不一样，但发端压缩后的数据速率与收端解压前的数据速率相同，发端压缩前的数据速率与收端解压后的数据速率相同，并目压缩前和解压后的数据流足连续的，压缩后和解压前的数据流是间断的，如图3.5所示。
式中，Th为跳周期；R。为压缩前或解压后的数据速率；R，为压缩后或解压前的数据速率；￡为换频时间；”。为发端加入的跳频控制所需的信息位数；M为数据平衡所需的跳周期数，一般 M≥1，式(3 2)两端即为在M跳数据平衡时间内压缩或解压单元输入和输出的信息比特数。式(3-2)是一个经典的数据平衡关系式。
由于跳频的数据压缩和解压分别需要一个数据存储缓冲(缓存)的过程，该过程所需的时间开销即为跳频数据处理时延，简称跳频时延，其长短为M·T”即跳频时延主要与数据平衡所需的跳周期数和跳速有关。在R。和R。一定的情况下，Flt于R。>R“，如果发端存储缓冲时间过短，则存储器中的数据会被读空；相应地，如果收端的存储时问过短，则存储器中的数据就会溢出。这两种情况下的数据平衡都将遭到破坏，失去平衡点，从而造成大的误码。相反，如果收发数据缓存时间加长，则会引起跳频处理时延增大。实际上，在保证时钟精度的情况下。存在一个满足跳频数据平衡的最短处理时延。
在系统中还有其他环节也会引起数据传输时延，如语音编解码、纠错编解码、交织解交织、空中传输等，所有环节的时延总和为收发之间的传输时延，其中开销较大的是跳频处理时延和交织处理时延。如果收发时延太大，会引起两个方面的问题。一是造成数字语音的延迟和回声，实践表明，收发双向时延在50Ins以上时，人耳就有明显的感觉，在100ms以上就难以忍受。如果仅仅是点对点通信，还勉强叮以接受；如果需要中继通信，特别是多跳中继，这个矛盾将更为突j¨。二是程与交换机相接的跳频链路中，如果传输时延太长，会引起信令接续困难，甚至接续不上，造成呼损率增大，通信实时性降低。冈此．希望跳频处理时延和交织处理时延越小越好，特别是有语音通信的场合更是如此。但是，处理时延的过分降低又会引起其他方面的问题，需要在系统设计中jj以权衡。在纯数据通信的场合，对传输时延的要求町以适当降低。
4．跳频信噪比与信干比
根据香农信息论，无线通信必须保证其解调输出端达到一定的信噪比，才能正常解调。对于定频通信，由于频率单一，只要在使用的频率上满足正常解渊的信噪比即可。对于跳频通信，由丁在一张频率表的多个频率In跳变，各频率通道}的噪声和接收灵敏度等不尽相同，使得各实际频率的信噪比离散性很火。所以，跳频通信某一个频率上的信噪比不能描述在多个频率上跳频的信噪比的全貌。
为此，引入跳频信噪比中值的概念，设跳频频率集的频率个数为Ⅳ，各频率分别用 f(i—o，1，…，N l)表示，各频率被使用的概率为P：，在，，r的信噪比为D，，定义跳频信噪比中值D。为跳频频率集上所有信噪比的期望值：
根据第2章的叙述，此处的D，即为划应最差频率信道上的所需最小输出信噪比，其值要大于其他频率上所需的最小输出信噪比．它是由系统设计和系统悯制解调性能决定的，希望它越小越好。对丁一个实际的跳频通信系统，D；值的大小是闻定的，直接影响跳频十扰容限。而DFH是在跳频通信应用过程巾的实际跳频信噪比，希望它越大越好，与环境冈素有关，直接影响跳频组网及跳频网系运用性能。
5．跳频可用频率
在跳频通信系统的方案论证和研制中，对于给定的跳频带宽资源，人们很关心什么样的频率可用的问题，涉及到跳频带宽、空中传输速率和最小频率间隔等因素。
设：两种不同的跳频带宽分别为w。、w。，且W：=2W，；空中传输速率为R。；信号瞬时带宽为8；最小频率问隔(有时称最小频率步进)为△r。
不失一般性，避开具体的实现方式，以下针对实际系统中常见的几种典型的跳频模型进行讨论。
模型l和模型2可以归为同一类，略有区别。在模型l中，各频点的瞬时频谱不相互邻接。在模型2中，各频点的瞬时频谱相互邻接，并且一个频点瞬时频谱的零点落在相邻频点瞬时频谱的零点上，是模型l的扩展。对于这两种模型，接收机在跳频同步后的解调信号不会从一个频点重叠到另一个频点上去；若一个频点受干扰．则对其他频点不造成影响；在进行非点对点的异步组网通信(使用全向天线)时，虽然存在频率碰撞，但由于同类电台的最小频率间隔△，是一样的，实际使用的频率步进最小为af或其整数倍，所以发生频率碰撞(网间干扰)时只对相应的单个频点形成干扰。
模型3和模型4可以归为同一类，也略有区别。其基本特征是发生了相邻频点瞬时频谱重叠，实际中与所用空中数据传输速率、频率资源和收发信机的设计有关，一般在频率资源有限、数据速率较高以及采用直扩／跳频混合体制时容易m现这种情况。模型3频谱重叠的方法是一个频点瞬时频谱的中心落在相邻频点瞬时频谱的零点上，且一个频点的瞬时频谱与上下两个相邻频点的部分频谱重叠。模型4频谱重叠的比例更大。对于这两种模型，从表面上看，频谱重叠大大减少'r对频率资源的需求；在点对点通信(或使用定向天线、同步组网或TDM／TDMA)时，由于在本频点信号消失后才出现另一个频点信号，相邻跳之间存在时间差，每个时刻只有一个频点瞬时频谱出现，即使相邻频点成为相邻跳，也不会发生频率碰撞，可以维持正常的解调和频率分离。但是，若某一个频点受干扰，则模型3上下相邻的两个频点都会受到干扰，模型4受干扰的频点更多。同理，在非点对点全向天线异步组网通信时，模型3形成的网问干扰也比模型1和模型2严重，模型4比模型3严重。
模型5的频谱重叠情况与模型3一·致，只是跳频带宽增加了l倍，其跳频处理增益增加了3 dB，实际上比模型1、模型2和模型4也增加了3 dB(后面将讨论模型1～模型4的跳频处理增益是一样的)。
接下来的问题是模型4中最小频率步进(不完全等于最小频率间隔)应如何设置，其前提是保证接收机能正常解调。在纯跳频通信系统巾，最小频率步进至少为频率合成器的最小频率间隔；在直扩／跳频通信系统巾，最小频率步进要综合考虑频率合成器的最小频率间隔、直扩解扩器件的频率分辨范围和直扩前的原信息带宽，至少应取三者之间的最大值。
根据以上分析，按模型l、模型2方法设置的各频率是可用的；按模型3～模型5设置的各频率，只要保证接收机能正常分辨和解调，在点对点通信时是可用的，但在非点对点异步组网通信时会出现一个下扰频率干扰几个通信频率的情况(含人为干扰或网间干扰)，且频谱重叠越多，这种情况越严重。其中，模型3为频谱罩叠的临界状态，也是经典著作指出的允许频谱重叠的极限情况l J。
以上从技术层面讨论了跳频频率的可用性问题，但跳频频率的可用性在使用上还与外界的一止匕禁用频率有关，如国际、国家规定的自关保护频率、救生频率以及作战设定的有关备用频率等，尽管这些频率可能处于跳频工作带宽内，跳频通信没备本身从技术上也可用，但在频率表设置时都应设为禁用频率，将这些频率扣除。
综上所述，对于给定的跳频频段，不是所有的频率都是可用的，与跳频网络和跳频设备有关，也与外界的一些禁用频率有关。
6．跳频链路／系统增益
跳频链路增益亦称跳频系统增益，它与跳频处理增益不是一个概念，不是描述抗干扰能力的指标，也不能认为跳频处理增益越大，跳频链路增益也越大。跳频链路增益是一项综合指标，它是天线增益与信道机增益之和(dB)，表明了系统的功率余量和通信能力，是最终影响通信距离的直接因素。正常情况下，跳频链路增益越大，通信距离越远。
由于跳频信号在发送和接收过程中有损伤和跳频实际传输的空中数据速率要高于原始数据速率(跳频信道机对跳频信号的适应性)等原因，使得在同等条件下，跳频链路增益要小于定频链路增益，这是导致在无干扰情况下跳频通信距离小于定频通信距离的直接原因。影响跳频链路增益的因素很多，主要有跳频数据压缩与解压性能、跳频同步维持性能、弱信号检测性能、调制解调性能、信号再生性能、时钟及位同步性能、放大器性能、接收机增益控制性能、滤波器性能、凋谐性能、功放性能、机内组合干扰性能、机内电磁兼容性能、收发隔离性能、接收机灵敏度的一致性以及天线对于跳频的适应性等。可见，其中不少凶素与影响跳频处理损耗的因素是一样的，只是考虑问题的角度不同。也就是说，一毡具体单元的性能好坏，直接影响到多方面的系统整体性能。另外，信道机的一些同有性能同样影响定频链路增益，但在跳频条件下其性能将进一步恶化。
明确了跳频链路增益的影响因素，也就明确了提高跳频链路增益的途径。但是，与定频链路增益相比，跳频链路增益最小降低量的理论值是客观存在的，主要是数据压缩带来的信号损伤(后面将讨论)。
7．跳频速率
跳频速率(简称跳速)一般定义为每秒钟射频频率跳变的次数，单位为Hop／s(跳／秒)。每跳的持续时间为跳周期，主要分为两部分：换频时问和频率驻留时间。跳速和跳周期互为倒数关系，若跳速为200 Hop／s，则跳周期为5 rfis。
从理论上讲，跟踪干扰是跳频通信的最大克星。跟踪十扰与抗跟踪干扰主要是对抗双方在速度域的较量，如果实现了有效的跟踪干扰，其通信效果与定频通信受到有效瞄准干扰一样，跳频通信将失去处理增益。所以，一般认为跳频通信的跳速越高，抗跟踪干扰的能力就越强。但是，从跳频信道机下程实现的角度看，提高跳速也是有限度的，会受到诸如信道机的反应时间、频率合成器的反应时间、cPu的处理速度、空-}1信道特性、装备成本等因素的制约，并且过高的跳速还会引起频谱溅射污染问题，从而降低跳频网问电磁兼容性能。从战场反侦察的角度看，如果采用与敌我双方差异太大的过高跳速，还容易暴露目标，引来敌方的火力摧毁或阻塞干扰。另外，如果采用信号积累的方式，对跳频信号进行侦察，并且侦察接收机的处理速度足够快，则跳频通信的跳速越高，侦察方就越容易积累，给跳频信号的侦察反而带来方便。实际上，有效的跟踪干扰与抗干扰不仅决定于跳速，还与功率、通信距离、干扰距离、跳频密钥分配、跳频图案算法、组网效果、反侦察能力等因素有关。实践表明，只要能做到正确地跳频组网和跳频密钥分配，有效阻止干扰方对跳频目标网的侦察分选，即使跟踪干扰机的反应速度高于跳频通信的跳速，也难以实现跟踪干扰。目前，国际上还未发现在跳频组网运用条件下(达到一定的组网数量)，成功跟踪十扰几百跳每秒跳频通信网的报导。所以，跳速是扰跟踪干扰的重要指标，但不是唯一指标，实际中未必一定是跳速越高越好，要考虑多方而的㈥索，以确定合适的跳速。可见，不能简单地认定跳速越高，抗跟踪干扰能力就越强。
小同频段的信道特性及频率资源不仅制约r数据速率，还制约了跳频速率，使得跳速与频段和数据速率之间构成了一定的制约关系，加上信道机工程实现的一此原冈，使得常规短波数宁跳频的跳速要低于超短波以上波段数字跳频的跳速。理论．也可以证明，对于不同频段、不同数据速率，存在最高极限跳速”1”。
有些跳频通信装备需要设置几种跳速，此时在系统设计和使用巾需要考虑“跳速牵引”问题。所谓跳速牵引，是指在当前跳速受到干扰时，主台主动人T改变跳速．其他电台会自动收到主台发}H的跳速牵引信息．从而自动地将网内属台牵引到新的跳速上，无须属台操作员进行操作。
8．跳频同步
根据跳频通信所处状态的不同，跳频同步涉及的内容主要有跳频网问同步、跳频初始同步、跳频同步维持、跳频再同步、迟后人网同步、比特同步以及跳同步(也是帧同步)等。其中，跳频初始同步是跳频同步设计和使t|=}j的重点。
跳频网间同步主要是指在跳频组网过程中各跳频网问的同步，即网与网之间的定时关系，与跳频组网方式有关。如果是同步组网，则网问需要严格的定时关系；如果是异步组网，则网问不存在定时关系。关丁跳频同步组网和跳频异步组网的内容将在后面介绍。
跳频初始同步是指同一跳频网内的各用户从丌机后的未同步状态到跳频通信状态的过。程，无论是跳频同步组网还是异步组网，均需要跳频初始同步。在跳频图案算法相同的前提 F，通信双方或多方必须在同一时刻具有相同的频率号，即先完成跳频初始同步，才能进行跳频通信。然而，无论跳频收发信机具有多少种跳频罔案算法，所有收发信机的跳频冈案算法存某一个通信时段内都是预置好的，且是相同的。所以，只要实现了在某一时刻、某个频率卜同时起跳，就实现了跳频初始同步．包括收发频率号对准和收发跳的时间对准(即跳同步)。可见，跳频初始同步实际上是通信双方或多方消除相互之间频率、时间二维不确定性的过程，以实现跳频接收机的解跳，然后在嗣定的中频上解调。因此，跳频初始同步的过程也就是通常所说的解跳的过程。值得指出的是，“解跳”是数学意义上的提法，在跳频通信 T程巾并没有除了跳频初始同步以外的“解跳”单元。
在工程中，实现跳频初始同步实际上就是完成跳频初始同步信息的有效传输。由于收发双方都是根据各自的时钟来计算频率的，加上各自的跳频图案算法又是相同的，所以初始同步信息主要是时间信息。为了组网和使用的需要，还有一些勤务管理信息需要在同步过程中一并传输。那么，在没有实现跳频初始同步的条件下，又如何完成初始同步信息的传输呢?问题的焦点是在什么频率上传输初始同步信息。第一种方法是在预先约定的固定初始同步频率上定频传输初始同步信息，这种方法实现简单，但其定频初始同步频率一旦被敌方侦察和干扰，就不能实现跳频初始同步，也就不能实现跳频通信。第二种方法是在m个跳变的频率上发送和扫描接收初始同步信息，并且要实时替换这些初始同步频率，这种初始同步方法的抗干扰和反侦察性能较好，但实现较复杂，需要设置专门的跳频初始同步算法。为了保证跳频初始同步的性能，一般采用第二种跳频初始同步方法，一种采用快发慢收的跳频初始同步方式，如图3—7所示。
