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芯片AD9854在跳频通信系统中的应用

芯片AD9854在跳频通信系统中的应用
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跳频通信系统抗干扰性能分析

题目:跳频通信系统抗干扰性能分析 姓名: 学院:信息科学与技术学院 系:通信工程系 专业: 年级: 学号: 教师: 2012年7月10日

跳频通信系统抗干扰性能分析 摘要 扩频技术是一种信息传送技术,它利用伪随机码对被传输信号进行频谱扩展,使之占有远远超过被传送信息所需的最小带宽。而跳频技术以其良好的抗干扰性能和衰落性及较低的信号被截获概率,成为战术通信领域应用最广的一种抗干扰手段。本文在介绍跳频通信基础原理的基础上,并借助计算机仿真工具Matlab /Simulink 搭建仿真模型,得到了在多径信道下的误码率-信噪比曲线,从而分析跳频通信系统的抗干扰性能。 关键字:跳频、Simulink 仿真、多径、抗干扰 一.引言 跳频通信时现代通信中采用的最常用的扩频方式之一,其基本原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化。与定频通信相比,由于发送的信号调制在多个伪随机跳变的频率上,敌方不容易捕获到所发送的信息,有利于信号的隐藏,可以有效躲避干扰。因此,跳频技术在通信对抗尤其是卫星通信中处于特别有利的位置。扩频技术正在取代常规通信技术成为军事通信的一种主要抗干扰通信技术。因此,对扩频通信的研究,成为通信对抗中的重要部分。本文通过Matlab 软件仿真跳频通信系统的基本过程,在多径信道下分析其抗干扰能力。 二.跳频通信的基本原理 扩频通信系统是一种信息处理传输系统,这种系统是利用伪随机码对被传输信号进行频谱扩展,使之占有远远超过被传输信息所必需的最小带宽。在接收机中利用同一码对接收信号进行同步相关处理以解扩和恢复数据。现有的扩频系统可分为:直接序列扩频、跳频、跳时,以及上述几种方式的组合。其中跳频系统是如今使用最多的扩频技术。 跳频扩频的调制方式可以为二进制或M 进制的FSK(MFSK)。如果采用二进制FSK ,调制器选择两个频率中的一个,设为0f 或1f ,对应于待传输的信号0或1.得到的二进制FSK 信号是由PN 码生成器输出序列输出觉得的频率平移量,选择

高速跳频通信同步捕获方法的研究与仿真

第6期第14卷第6期2006年12月 Vol.14No.6Dec.2006 电脑与信息技术COMPUTERANDINFORMATIONTECHNOLOGY 文章编号:1005-1228(2006)06-0025-03 高速跳频通信同步捕获方法的研究与仿真 尹建方,屈 巍,潘成胜 (沈阳理工大学通信与网络工程中心,辽宁沈阳 110168) 摘 要:同步技术是跳频通信系统的关键技术之一。针对高速跳频通信系统中同步的要求, 采用同步头与时间信息相结合的方法实现跳频同步。文章研究了同步序列格式、跳频图案同步、位同步等问题,分析了同步性能,使用Matlab6.5完成了仿真验证。同步性能分析结果表明该跳频通信系统的同步时间短、捕获概率高、虚警概率低。关键词:高速跳频通信;同步头;初始同步;Matlab;捕获概率中图分类号:TN914.43 文献标识码:A Researchandsimulationonsynchronizationcapturemethod forhigh-speedFHcommunication YINJian-fang,QUWei,PANCheng-sheng (Communication&NetworkInstitute,ShenyangLigongUniversity, Shenyang,Liaoning110168,China) Abstract:Synchronizationisoneofthekeytechniquesforfrequency-hopping(FH)communicationsystem.Basedontherequestsofsynchronizationforahigh-speedFHcommunicationsystem,weachievedsynchronizationbyusingamethodcombinedsynchronization-headwithtimeofday(TOD).Mainlythepaperstudiesthestructureofsynchronizationsequence,synchronizationofhoppingpattern,bitsynchronization,andsoon.TheperformanceofsynchronizationisanalyzedandthesimulationiscompletedbyusingMatlab6.5.TheperformanceofsynchronizationshowsthatthesynchronizationofFHcommunicationsystemmakessynchronizationtimeshort,captureprobabilityhigh,falseprobabilitylow. Keywords:high-speedfrequency-hoppingsystemb synchronization-headb initialsynchronizationb Matlabb captureprobability 收稿日期:2006-08-29;修订日期:2006-09-25 基金项目:总参谋部“十五”重点预先研究项目(41101060209) 作者简介:尹建方(1980-),男,辽宁锦州人,硕士研究生,研究方向:卫星通信、电子对抗、移动网络;屈巍(1982-),女,辽宁辽阳人,硕士研究生,研究方向:传感器网络、通信与信息系统;潘成胜,男,教授,博士生导师,研究方向:网络与通信系统检控技术、信息对抗技术。 跳频通信是现代通信领域中一种有效的抗干扰通信手段,其独特的抗干扰性能使其在军事和民用领域都得到了广泛的应用。对中低速跳频通信系统形成直接威胁的主要有跟踪式干扰和转发式干扰[1],能够有效对抗这种干扰措施的就是提高跳速和扩展跳频带宽。这样,研究高跳速、超宽 带宽的跳频通信系统成为了必然。高跳速、超宽带宽的跳频通信系统有着良好的保密能力和抗干扰能力,但其实现带来了一系列的技术难题,如快速同步、组网问题等。跳频速率越快、带宽越宽,同步技术难度越大,因此,系统在反窃取和抗干扰性能上的提高主要靠跳频同步系统性能指标的提高,

跳频扩频通信技术资料整理

3.1.3 自适应跳频adaptive frequency hopping 在WIA-PA超帧簇通信阶段的每个时隙,根据实际的信道状况更换通信信道。 3.1.20 跳频frequency hopping 收发信道切换方法,目的为抗干扰和减少信号衰落。 3.1.40 时隙跳频timeslot hopping 为了避免干扰和衰减,按照一定规律,在每个时隙改变收发频率。 AFH Adaptive Frequency Hopping 自适应跳频 AFS Adaptive Frequency Switch 自适应频率切换 FH Frequency Hopping 跳频 TH Timeslot Hopping 时隙跳频 WIA-PA 数据链路层支持基于时隙的跳频机制、重传机制、时分多路访问(TDMA)和载波侦听多路访问CSMA)混合信道访问机制,保证传输的可靠性和实时性。 --------------------------------------- 8.4.3 时隙通信

8.4.5 信道跳频 WIA-PA 支持跳频通信方式,跳频序列由网络管理者指定。 WIA-PA 支持以下3 种跳频机制:——自适应频率切换(AFS):在WIA-PA 超帧中,信标Beacon、CAP 和CFP 段在同一个超帧周期使用相同的信道,在不同的超帧周期根据信道状况切换信道。信道质量差时,即丢包率高于“PLRThreshold”时设备改变通信信道。参数“PLRThreshold”的容详见6.9.1.2.1;——自适应跳频(AFH):在WIA-PA 超帧的每个时隙,根据信道状况更换通信信道。信道状况通过重传次数进行评价。信道质量差时,如果发送端统计的重传次数达到了“ChannelThreshold”,则从可用信道“IntraChanel[ ]”中按顺序选择下一信道,同时在下一重传时隙利用主信道通知所在簇的接收端(通知过程详见图43)。如果接收端没有接收到信道切换通知,继续统计接收端的重传次数,达到“ChannelThreshold”时从可用信道“IntraChanel[ ] ”中按顺序选择下一信道在第(ChannelThreshold+2)个重传时隙进行通信。如果接收端接收到信道切换通知,则更换通信信道,且返回确认信息ACK。如果发送端没有收到确认信息ACK,则不更换信道,仍然采用主信道重传数据。如果发送端达到重传上限值“macMaxFrameRetries”,则丢弃当前包,且利用主信道发送下一个包。如果接收端在切换信道后仍然没有接收到发送端的包,则认为切换信道失败,返回主信道进行通信。如果发送端在达到重传上限值“macMaxFrameRetries”前与接收端在备选信道上通信成功,则发送端选用备选信道发送下一个包。非活动期的簇通信段采用AFH 跳频机制。

跳频通信技术的研究

跳频通信技术的研究 当今信息时代,如何有效的利用宝贵的频带资源,如何进行准确可靠的信息通信是通信领域中至关重要的问题。扩频通正是在这种背景下迅速发展起来的。从20世纪40年代起,人们就开始了对扩频技术的研究,其抗干扰、抗窃听、抗测向等方面的能力早已为人们所熟知。但由于扩频系统的设备复杂,对各方面的要求都很高,在当时的技术条件下,要制成适应军事和民用需要的扩频系统是不可能的,因而扩频技术发展缓慢。进入20世纪60年代后,随着科学技术的迅速发展,许多新型器件的出现,特别是大规模、超大规模集成电路、微处理器、数字信号处理(DSP)器件、扩频专用集成电路(ASIC)以及像声表面波(SAW)器件、电荷耦合器件(CCD)这样的新型器件的问世,使扩频技有了重大的突破和发展,许多新型系统相继问世,兵在实际的使用和实验中显示出了它们的优越性,使扩频通信成为未来通信的一种重要方式。并因此受到了人们极大的重视。扩展频谱系统主要包括以下几种扩频方式: (1)直接序列扩频(DS) (2)跳频(FH) (3)跳时(TH) (4)线性调频(Chirp) 本文中主要讲述对跳频通信的研究。本论文共分X章, 第一章扩频技术及其理论基础 1.1概论 扩展频谱系统具有很强的干扰性,其多址能力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注,被广泛地应用于军事通信和民用通信中。 扩展频谱系统是指发送的信息被展宽到一个很宽的频带上,这一频带比要发送的信息的带宽宽得多,在接收端通过相关接收,将信号恢复到信息带宽的一种系统,简称为扩频系统或SS(Spread Spectrum)系统。

1.2 扩频通信的理论基础 扩频通信技术是把要发送的信号扩展到一个很宽的频带上,然后再发送出去,系统的射频带宽比原始信号的带宽宽得多。这样做,系统的复杂度比常规系统的复杂度要高得多,付出的代价是昂贵的,能得到什么好处呢?可以从著名的香农定理来看。 香农定理指出:在高斯白噪声干扰条件下,通信系统的极限传播速率(或称信道容量)为 C=B lb(1+S/N)b/s (1-1)式中:B为信号带宽,S为信号平均功率,N为噪声功率。若白噪声的功率谱密度可为,噪声功率N= B,则信道容量C可表示为 (1-2) 由上式看出,B、、S确定后,信道容量C就确定了。由香农第二定理知,若信源的信息速率R小于或等于信道容量C,通过编码,信源的信息能以任意小的差错概率通过信道传输。为使信源产生的信息以尽可能高的信息速率通过信道,提高信道容量是人们所期望的。 由香农公式可以看出: (1)要增加系统的信息传输速率,则要求增加信道容量。增加信道容量的方法可以通过增加传输信号带宽B,或增加信噪比S/N来实现。由式(1-1)可知,B与C成正比,而C与S/N呈对数关系,因此,增加B比增加S/N 更有效。 (2)信道容量C为常数时,带宽B与信噪比S/N可以互换,即可以通过增加带宽B来降低系统对信噪比S/N的要求;也可以通过增加信号功率,降低信号的带宽,这就为那些要求小的信号带宽的系统或对信号功率要求严格的系统找到了一个减小带宽或降低功率的有效途径。 (3)当B增加到一定程度后,信道容量C不可能无限地增加。由式(1-1)可知,信道容量与信号带宽成正比,增加B,势必会增加C,但当B增加到一定程度后,C增加缓慢。由式(1-2)知,随着B的增加,由于噪声功率N= B,因而N也要增加,从而信噪比S/N要下降,影响到C的增加。1-2扩频系统的物理模型

利用MATLAB实现跳频通信系统

利用MATLAB实现跳频通信系统 摘要:随着无线通信不断快速的发展,跳频调制技术越来越受到人们的重视。跳频通信是一种具有较强抗干扰能力的通信体制。其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式,即通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。跳频技术是一种具有高抗干扰性、高抗截获得能力的扩频技术。由于它的技术优势,跳频技术不仅在军事通信领域得到广泛的运用,在民用领域也有很好的表现。 本课题要求构建蓝牙跳频通信系统的各组成模块,包括信号传输,信号接收,谱分析和误码分析部分,了解和熟悉蓝牙跳频系统的特点,分析系统的运行及性能。主要研究方法是MATLAB软件进行蓝牙跳频通信系统的仿真,通过各组成模块的连接与封装,运行并分析结果。 关键词:蓝牙,跳频,MATLAB,无线通信

Realize Frequency Hopping Communication System Based on MATLAB Abstract:With the rapid development of the wireless communications, people pay more and more attention to frequency hopping modulation techniques. Frequency hopping communication is a strong anti-interference communication system. The working principle is a communication mode which refers to the carrier frequency that sends and receives the signal according to rule to do dispersant change, that is applying the carrier frequency used in communication by pseudo-random code control and random changes hopping. Frequency hopping technology is a spread spectrum with high anti-interference and resistance ability. Frequency hopping technology not only being widely used in military communication areas, but also in civilian areas due to its technique advantages. This paper is to make up composed modules for the Bluetooth frequency hopping communication system, which including signal transmission, signal reception, spectral analysis and error analysis, as well as to know and have a deep understanding of the characteristics of this system, and also including analyzing the performance and its performance. The main research method is using matlab to make the simulation of the Bluetooth frequency hopping communication systems, run and analysis results by the simulation of each of the modules connection and encapsulation. Keywords: Bluetooth, frequency hopping, MATLAB, wireless communication

跳频信号的侦察技术研究

跳频信号的侦察技术研究 跳频通信因其良好的抗干扰性、低截获概率及组网能力,在军事通信中得到了广泛的应用,也向通信侦察提出了严峻的挑战。开展对跳频信号侦察的研究,寻求截获、估计、分选跳频信号的方法,已成为当前通信侦察领域紧迫而艰巨的任务之一。论文研究了复杂电磁环境下跳频信号侦察的关键技术,主要包括跳频信号的检测、参数估计和信号分选三部分内容。首先,将各种时频表示应用于跳频信号的检测,仿真其性能,在时频聚焦性和抑制交叉项两项指标上定性和定量比较了各种时频表示的优劣,寻求综合性能较好的时频表示。建立了跳频信号的数学模型,给出了跳频信号各种参数的定义;重点研究了各种线性时频表示、二次时频分布、重排类时频分布、组合时频分布在跳频信号检测中的应用;利用信息熵,定量评价了各类时频分布的性能,并估算了几种典型时频分布的计算复杂度,给出了各类时频分布的综合评价。其次,针对单天线宽带数字接收系统,研究了复杂电磁环境下基于时频分析的跳频信号参数盲估计算法。针对跳频信号侦察,提出了“复合信息熵”的定量评估指标,该指标综合考虑电磁环境中的信号类型数、跳频信号数目、跳速和信道使用情况,由类型熵、密度熵和分布熵三部分组成;基于信道化门限和时频分析完成了去噪和信号预选;基于谱图对单个跳频信号的跳周期、跳时和载频进行了盲估计;基于组合时频分析(SP&SPWVD),对多个跳频信号的跳周期、跳时、载频和幅度参数进行了盲估计,并给出了各参数估计的仿真性能。再次,基于时频分析、空间谱估计,结合数字信道化、时频聚焦等技术对FH

信号、FH/DS信号进行空时频测向,实现了欠定条件下的高精度测向。根据传统的空时阵列模型,结合信号的时频分析,建立了空时频分布 的数学模型;分析了空时频测向能获得时频增益的原因,研究了增益 大小与哪些因素相关;利用空时频分析实现了多个跳频信号的DOA估计,提出了适合无“频率碰撞”情况下的线性空时频DOA估计算法; 虽然利用空时频技术能够实现欠定条件的多信号测向,但在N /M值较大情况因为信号之间的互扰较大使测向性能欠佳,故再结合数字信道 化技术,解决了N /M值较大情况信号之间互扰很大的问题,实现了多 个跳频信号的高精度测向;将空时频分析和宽带信号测向方法,实现 了欠定条件下多FH/DS信号的DOA高精度估计。最后对跳频信号分选技术进行了深入的研究,针对不同的应用场合提出了相应的分选算法。提出了一种适应于环境中仅存在异步组网电台的实时分选方法,该方 法计算量少,便于实时分选,适合应用于快速、高速跳频信号的侦察; 提出了一种类数目K值的估计和优选初始聚类中心的改进K-Means算法;初始聚类中心优选能使聚类迭代次数大为减少,并能避免聚类过 程中陷入局部最小,增强了聚类的鲁棒性;利用改进K-Means聚类算 法对HDW集合进行了聚类分选;针对高斯核参数σ的优选问题,提出 了粗搜索和精估计相结合的改进方法,在得到精确的σopt同时减少 了总搜索次数;利用密度分布图和领域半径、门限参数实现了KKM算 法中类数目K的估计和初始聚类中心的优选;利用基于高斯核函数的 K-Means对跳速和到达角均时变的跳频信号进行聚类分选,分选效果 良好。

高速公路机电系统全面解决方案

高速公路机电系统全面解决方案 浙江浙大网新快威科技有限公司旨在为高速公路机电系统提供整体系统解决方案,主要涵盖监控系统、通信系统、收费系统、供电照明系统等。 一、监控系统监控系统采用先进的远程监控技术,采用模块化系统结构,采用星型组网方式,为业主提供一套高可靠性、高稳定性、高实时性、高联动性的先进的监控系统。 监控系统以监控(分)中心计算机系统为核心,附以功能强大的外场设备,实现对高速公路沿线的监控,对高速公路的安全高效运营提供科学的依据。 1、监控(分)中心监控(分)中心是监控系统的指挥部,采集并处理外场设备的数据,紧急时依靠对数据的分析自动形成专家解决方案,并自动(手动)对外场设备下发指令。 监控(分)中心包括监控(分)中心局域网、监控软件、通信计算机、监控管理计算机、图形管理计算机、应用服务器、数据库服务器、闭路电视系统中心显示、控制及存储设备、模拟显示屏(地图板)、大屏幕投影设备、控制台、电源设备等。 监控(分)中心局域网采用10M/100M/1000M 以太网,保证数据交换安全、快速。计算机可以实现互为双机热备份,当一台计算机出现故障时,另外一台计算机可以实现另外一台计算机的功能。 监控软件采用模块化结构,保证软件应用简单、维护方便、升级容易,并且业主可以根据

自身实际情况进行进一步开发。监控(分)中心监控软件采用CS 模式,管 理结构简单,在服务器正常工程的前提下,任何一台客户机的故障均不会影响其它客户机正 常工作。 通信计算机采用性能稳定的工业控制计算机,保证与外场设备的通信安全稳定。 数据库服务器采用先进的存储技术(如RAID )实现数据的双机备份,保证数据的安全存储。 闭路电视系统设备采用先进的显示、控制设备及存储设备,实现图像的显示清晰明亮,控制外场摄像机实时连续,存储图像容量大,时间长,压缩格式灵活。 模拟显示屏通过串行接口连接至交通监控计算机,智能接收交通监控计算机发送的数据,实时模拟显示高速公路运行的状况。 大屏幕投影系统采用先进的高亮度长寿命投影系统,将采集到的视频信号、局域网内计算机显示信号放大显示在大屏幕投影屏幕上,直观放大的显示需求信息,并且大屏幕投影系统可以与闭路电视系统和监控软件联动,实现自动切换异常视频信号。 电源设备采用大容量、长延时、冗余性能优良的设备,保证市电正常或者市电不正常时,监控(分)中心设备均可以正常工作。 2、外场设备 外场设备包括车辆检测器设备、气象检测器设备、大(小)型可变情报标志设备、闭路 电视外场设备等。 车辆检测器采用检测精度高、适应7X 24小时连续不间断工作、适应野外恶劣环 境条件,及时准确的收集车流量、平均车速、车道占有率等数据,并通过通信系统实时传送至

跳频通信系统中的迟入网技术研究

科技情报开发与经济SCI-TECHINFORMATIONDEVELOPMENT&ECONOMY2007年第17卷第2期 随着跳频技术的出现,跳频通信得到了迅速发展,由于其独特的技术性能,跳频通信在军事领域得到了广泛的应用。跳频信号的载频具有伪随机跳变的特点,而侦察方无法预先获知其跳变规律,因此难以用伪码同步方法来实现对跳频信号的解跳侦收。本文讨论了跳频通信中的同步控制技术,并提出了一种实现迟入网同步的有效方法。 1系统结构及基本原理 以一种数字化的超短波跳频电台的简要框图为例(见图1),图中Ain,Aout分别表示模拟话音输入和输出。DSP是进行同步控制和信号处理的核心模块。发送时,DSP主要完成信号的组织、波形形成、驱动频率合成器跳频等任务;接收时,完成信号捕获、同步信息接受、驱动频率合成器跳频以实现解跳及对基带信号进行码元判决等。数字上、下变频器的作用是在DSP和高速A/D/A器件之间完成取样率的匹配,同时进行调制、解调;跳频码发生器根据DSP提供的时间信息TOD(TimeOfDelay),启动加密算法计算出伪随机的跳频码送给DSP;主控单片机用于对系统内的各模块功能进行集中控制和协调,并提供人机接口;外接计算机用于数据传输。 2时间信息(TOD)与3种跳频同步分类 2.1TOD设计格式 为了提高跳频电台的抗干扰能力,同步频率要随时间变化。我们设计了一种非线性的TOD表示方法(见图2),将TOD分为高段和低段,高段以1min为计时单位,低段以跳频间隔为计时单位,低段计够1min后要向高段进位;所以低段只需要16kb,高段为32kb。TODh与TODl一起代表了系统的实时状态。 2.23种跳频同步的关系 跳频同步又分为初始同步、迟入网同步和勤务同步。初始同步是指接收方通过接收同步字头实现与发送方同步的过程;迟入网同步是指未能通过接收初始同步入网的电台或者初始同步后又失去同步的电台,通过接收发送方在信息(话音数据或数传数据)跳中的迟入网同步信息实现跳频同步;勤务同步是指接受方在取得初始同步或者迟入网同步后,仍然需要通过接收方插入在信息(如话音数据)跳中的勤务同步信息来保持同步,以免因为收发双方频率源漂移等原因丢失跳频同步。 通常迟入网同步跳和勤务同步跳放在一起设计,只是用途不同而已,简称为迟入网同步。插入在信息跳中的迟入网同步信息和勤务同步信息称为迟入网勤务同步信息,简称为勤务同步;也就是说勤务信息的作用有两个:迟入网同步和同步跟踪保持。 同步跟踪保持在跳频同步中必不可少。不同电台之间由于系统频率源的差异,会造成彼此定时关系的差异。这种差异在同步之后会导致失步。这是因为,两电台获得初始同步以后,在接受机前端收发的跳沿(起跳时刻)是对齐的,现在假定收方的系统频率源略快于发方,那么收方的抽样定时也就略快于发方,从而收方的跳频间隔略快于发方,见图3。当然这里为了说明问题,对时钟差异做了夸大。 由图3可以看出,同步后随着时间增长,跳沿的逐渐错开会导致信号接收出错,直至完全失步。在设计中应避免这种失步,需要设置跳频勤务信息跳,实现跳频同步跟踪保持。勤务信息的接收应具有判断这种跳沿错开方向及大小的作用,所以说,勤务信息是同步保持及快速再同步的保证。 用于计算同步频率的算法称为同步频率算法。在设计同步频率算法时,不管在初始同步中,还是在迟入网勤务同步中,同步频率算法都采用一个不变的算法,但要求这一组同步频率应具有足够的随机性,以提高同步信息的防截获、抗干扰能力。因此在同步方案设计与实现中,对算法提出了很高的要求。 3迟入网同步方案 3.1勤务序列格式 本通信系统的设计方案为,每隔280跳发一组勤务信息序列,共20跳(传插有6跳数据),用于迟入网同步和跳频跟踪保 持。设计的跳频迟入网勤务同步序列组成格式见图4。 它由同步序列、网号、TOD构成,各自的跳数分配如下: 第一组f0 ̄f5发\Walsh0~\Walsh5(\表示负的);第二组f2 ̄ 文章编号:1005-6033(2007)02-0197-02收稿日期:2006-09-11跳频通信系统中的迟入网技术研究 李冬贵,帖翊,陈生潭 (西安电子科技大学,陕西西安,710071) 摘要:介绍了超短波跳频电台系统结构及基本原理,分析了时间信息(TOD)与3种 跳频同步分类,提出了一种迟入网同步方案。 关键词:跳频通信;跳频同步;迟入网同步 中图分类号:TU914.41文献标识码:A 图1系统结构图示 图2TOD表示方法注:图中带端点的箭头指示的是跳频起始时刻—— —跳沿;第几跳指初始同步完成后跳频跳数计数的跳序数。 图3收发跳沿错开的情况 197

跳频和扩频通信

跳频通信和扩频通信 跳频通信是扩频通信的一个分支,它的突出优点是抗干扰性强,因而很适用于军事领域。当70年代末第一部跳频电台问世以后,就预示着其发展势头锐不可挡。到了80年代,世界各国军队普遍装备跳频电台。这十年是跳频电台发展速度最快的十年。广泛使用跳频电台曾被誉为80年代VHF频段无线电通信发展的主要特征。90年代,跳频通信如虎添翼,在军用跳频通信领域已相当成熟的同时,跳频通信的应用又拓宽到民用领域。业内人士指出,跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段,称其为无线电通信的“杀手锏”。跳频通信是如此的神奇,以致于自其问世至今的短短30年间,倍受世界各国,特别是几大军事强国的青睐。 2 跳频通信的基本概念 2.1 定义 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,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。 2.2 同步条件(通信条件) 与定频通信相比,跳频通信的载波频率一直在跳变。工作中,发方以相当快的速率(跳速)改变频率,收方必须与发方同步地改变频率,双方才能保持通信。也就是说,跳频通信时,收发双方必须采用同一种跳频图案。跳频电台之间要成功地进行跳频通信,收发双方必须同时满足三个条件:跳频频率相同;跳频序列相同;跳频的时钟相同(允许存在一定的误差)。三个条件缺一不可,否则无法实现跳频通信。 3 跳频通信的主要特点 3.1 抗干扰性强 跳频通信抗干扰的机理是“打一枪换一个地方”的游击策略,敌方搞不清跳频规律,因而具有较强的抗干扰能力。一方面,我方的跳频指令是个伪随机码,其周期可长达十年甚至更长的时间。另一方面,跳变的频率可以达到成千上万个。因此,敌方若在某一频率上或某几个频率上施放长时间的干扰也无济于事。

跳频通信系统中同步技术研究

跳频通信系统中同步技术研究 作者:李娜 来源:《现代电子技术》2011年第01期 摘要:同步技术是跳频通信系统关键技术之一。针对跳频通信系统中同步的要求,采用同步字头与时间信息相结合的方法实现跳频同步。首先研究了跳频同步方法、同步信息格式和初始同步等问题,最后对同步性能进行了分析。结果表明,该跳频通信系统的同步时间短、捕获概率高、虚警概率低。 关键词:跳频通信;同步字头; 时间信息TOD; 同步方案;同步性能 中图分类号:TN914.41-34文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2011)01-0095-02 Technology of Synchronization in Frequency-hopping Communication System LI Na (Beijing HAIGE SHENZHOU Communications Technology Co. Ltd., Guangzhou HAIGE Communications Group,Beijng 100070, China) Abstract: Synchronization is one of the key technologies of FH communication. The synchronization of frequency hopping is achieved by adopting synchronization head and time of day to meet the requirement of practical development of FH communication system. The method of frequency-hopping synchronization, the format of synchronization information and the capture of synchronization are studied, and the performance of synchronization is analyzed. The results show that the FH communication system has characteristics of short synchronization time, high capture probability and low false probability. Keywords: frequency-hopping communication; synchronization head; TOD; synchronization scheme; synchronization performance 0 引言 跳频通信是现代通信领域中一种有效的抗干扰通信手段,其独特的抗干扰性能使其在军事和民用领域都得到了越来越广泛的应用。由于定时时钟相对误差、传输信道的多普勒频移等因素,跳频通信系统存在时间和频率的不确定性,为保证正常工作,建立和实现准确的跳频同步是关键[1]。 1 跳频同步方法的研究

(终稿)高速公路通信系统复习题

高速公路通信系统复习题 一、单选题: 1、高速公路干线通信管道通常是沿高速公路()埋设。(C) A、公路边坡 B、排水沟外侧 C、中央分隔带 D、路肩 (注:行业规范) 2、为了加快光缆施工进度和保证施工质量,目前广泛采用的新施工方法是(D)。 A、牵引法 B、拉曳法 C、吸气法 D、气吹法 (注:行业规范) 3、STM-4等级同步传输系统的传输容量是()。(C) A、34Mbit/s B、155Mbit/s C、622Mbit/s D、120Mbit/s (注:国际标准) 4、光分波器和光合波器在光纤通信用光电器件中属于()。(B) A、光发送器件 B、光波系统互连器件 C、光接受器件 D、光电集成器件 (注:国际标准) 5、()是各种交通控制信息快速及时传递的基本保障。(D) A、路由器 B、业务电话 C、紧急电话 D、通信系统 (注:功能定义) 6、紧急电话主要用于( )。(D) A、紧急调度 B、紧急处理 C、紧急服务 D、呼救求援 (注:功能定义) 7、通信站联合接地电阻不应大于()欧姆。(B) A、0.5 B、1 C、2 D、10 (注:国家标准) 8、由于()具有较多的优点,所以我国新建的交通通信专网大多采用这种传输制式。(B) A、PDH B、SDH C、STM-1 D、ATK (注:实际情况)(ATK:多媒体管理程序) 9、高速公路信令网应采用()结构方式。(C) A、一级 B、二级 C、三级 D、四级 (注:国家标准,我国信令网采用三级。第一级是信令网的最高级,称为高级信令转接点(HSTP),第二级是低级信令转接点(LSTP),第三级为信令点(SP)。)

nRF24L01点对点跳频技术应用

nRF24L01点对点跳频技术应用(转载) 分类:技术应用 关键字:nRF24L01;射频;无线通信;跳频 1 nRF24L01概述 nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz~2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术,其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时,工作电流也只有9 mA;接收时,工作电流只有12.3 mA,多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。 nRF24L01主要特性如下: GFSK调制: 硬件集成OSI链路层; 具有自动应答和自动再发射功能; 片内自动生成报头和CRC校验码; 数据传输率为l Mb/s或2Mb/s; SPI速率为0 Mb/s~10 Mb/s; 125个频道: 与其他nRF24系列射频器件相兼容; QFN20引脚4 mm×4 mm封装; 供电电压为1.9 V~3.6 V。 2 引脚功能及描述 nRF24L01的封装及引脚排列如图1所示。各引脚功能如下:

图(1) CE:使能发射或接收; CSN,SCK,MOSI,MISO:SPI引脚端,微处理器可通过此引脚配置nRF24L01: IRQ:中断标志位; VDD:电源输入端; VSS:电源地: XC2,XC1:晶体振荡器引脚; VDD_PA:为功率放大器供电,输出为1.8 V; ANT1,ANT2:天线接口; IREF:参考电流输入。 3 工作模式 通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式,如表1所示。

跳频通信技术及其应用与发展

跳频通信技术及其应用与发展 跳频通信是扩频通信的一个分支,它的突出优点是抗干扰性强,因而很适用于军事领域。当70 年代末第一部跳频电台问世以后,就预示着其发展势头锐不可挡。到了80年代,世界各国军队普遍装备跳频电台。这十年是跳频电台发展速度最快的十年。广泛使用跳频电台曾被誉为80年代VHF频段无线电通信发展的主要特征。90年代, 跳频通信如虎添翼,在军用跳频通信领域已相当成熟的同时,跳频通信的应用又拓宽到民用领域。业内人士指出,跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段,称其为无线电通信的“杀手锏”。跳频通信是如此的神奇,以致于自其问世至今的短短30 年间,倍受世界各国,特别是几大军事强国的青睐。 2跳频通信的基本概念 2.1定义 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,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。

2.2同步条件(通信条件) 与定频通信相比,跳频通信的载波频率一直在跳变。工作中,发方以相当快的速率(跳速)改变频率,收方必须与发方同步地改变频率,双方才能保持通信。也就是说,跳频通信时,收发双方必须采用同一种跳频图案。跳频电台之间要成功地进行跳频通信,收发双方必须同时满足三个条件:跳频频率相同;跳频序列相同;跳频的时钟相同(允许存在一定的误差)。三个条件缺一不可,否则无法实现跳频通信。 3跳频通信的主要特点 3.1抗干扰性强 跳频通信抗干扰的机理是“打一枪换一个地方”的游击策略,敌方搞不清跳频规律,因而具有较强的抗干扰能力。一方面,我方的跳频指令是个伪随机码,其周期可长达十年甚至更长的时间。另一方面,跳变的频率可以达到成千上万个。因此,敌方若在某一频率上或某几个频率上施放长时间的干扰也无济于事。 另外,跳频频率受伪随机码控制而不断跳变,在每一个频率 的驻留时间内,所占信道的带宽是很窄的。由于频率跳变的速率非常快,因而从宏观上看,跳频系统又是个宽带系统,即扩展了频谱。事实上,跳频的带宽就是频率的数目与每个频率所占信道带宽的乘积。由扩频通信理论可知,扩展频谱的好处可以换取更好的信噪比。也就是说,如果扩展了频带,

跳频通信系统抗干扰方法

跳频通信系统抗干扰的方法有: 1.提高跳频速率 提高跳频速率是对付跟踪干扰的有效方法。提高跳频速率后,使频率的驻留时间足够短,在驻留时间小于干扰机转发时间加上时间差引起的传播时延条件下,当引导的干扰信号到达接收机时,跳频接收机已在接收下一个跳频频率了。近年来,出现了跳频在几千跳/秒的高速跳频短波数据系统,如美国HF200O。跳速2560跳/秒高速短波跳频系统有非常强的抗干扰能力,同时,由于跳频频率驻留时间短,在零点几个毫秒,这样可以克服短波严重的多径和衰落的影响,使数据传输速率得到较大的提高。 2.展宽工作频段 抗干扰能力与频带有关,频带越宽,处理增益越高,抗干扰性能也就越好。随着技术水平的提高,多频段电台不断涌现,在一部电台内的跳频带宽也越来越宽。 3.双工跳频 随着战术通信向无线电话方式发展,许多系统要求具有双工跳频功能,双工系统一般分两种方式工作,一种是时分双工,即将每一跳时隙再分成上下两个时隙,用时分的方式完成双工工作。另一种方式为频分双工,此方法简单,无同步问题,但由于频分双工需上下两个跳频段和频率间隔,在频段较窄的系统中将严重影响抗干扰的处理增益,同时系统中需要收发两个频率合成器和双跳频单元,电磁兼容问题也较严重。 4.自适应跳频 自适应跳频的基本思想是将跳频的频率点与干扰的频率点相联系起来,当整

个频段上出现较大面积干扰时,系统能自动识别干扰,自适应的改变跳频序列,重新跳到无干扰或干扰较轻的频段上,从而克服部分频段干扰带来的影响。 针对上述特点可采用自适应跳频通信系统,自适应跳频系统是在常规跳频系统的基础上,实时的剔出干扰频段,从而自适应的选择优良的信道集进行跳频通信,使通信系统保持良好的通信状态。也就是说,它除了要实现常规跳频通信系统的功能外,还要实现自适应频率控制功能,通过可靠的信道质量评估信道,发现了干扰频点后,应当在收发双方的频率表中将其删除,并用好的频点对它们进行替换,以维持频率表的固定大小。为了使收发频率表同步更新,需要通过一个信道将对方频率更新信息通知对方。这种信息的相交换是种闭环控制过程,需要制定相应的信息交换协议来保证频率表可靠的更新。

高速公路通信系统传输子网的设计

摘要 高速公路联网收费是高速公路的收费管理发展的大势所趋,本论文在江西省高速公路实行联网收费的环境下,对公路干线通信网进行了设计,建立了以SDHSTM -4 为主体的传输主干层,为了保证整个通信网络的时钟同步,还从网络的建设需求出发提出主从式同步的时钟信号网的建设方案。文中详细讨论了通信网络中的各种技术和通信子系统的具体结构及功能,描述了联网环境下的通信系统各子系统如何实现,图示了干线网络组成、同步网时钟系统、网管系统的构成等,描述了数字程控交换联网时中继方式,视频图像的传输方式等。另外,本文对高速公路的通信网络如何适应通信技术的发展以及高速公路综合业务应用方面作了有益的研究。本设计在江西省高速公路联网收费区域中已顺利实施,江西省高速公路目前己完成了联网收费第一阶段建设目标,基本实现了全省联网收费,联网收费系统自开通以来运行平稳,带来明显的社会效益和经济效益。 关键词:高速公路;通信网络;SDH;视频图像传输

目录

第一章绪论 1.1 研究背景 1.2 研究目的及意义 1.3 本文所作工作与论文安排 第二章设计原则和目标 2.1 设计原则 2.2 设计目标 2.2.1 技术目标 2.2.2 应用目标 第三章通信系统管理体制 第四章需求分析 4.1 业务需求 4.2 管理需求 4.3 安全需求 第五章通信技术选择 5.1 联网对通信技术的要求 5.2 传输网络技术的选择 5.2.1 传输网络技术的发展 5.2.2 传输网络技术的选择 5.2.3 图像传输技术的选择. 5.2.4 语音交换的联网 第六章通信系统构成和技术要求6.1 概述. 6.2 干线光纤数字同步传输系统6.3 综合业务接入网系统 6.4 数字程控交换系统 6.5 紧急电话系统 6.6 应用数据传输通路 6.7 闭路电视传输系统 6.8 会议电视系统 第七章结论 7.1 主要研究成果 7.2 问题与不足 致谢 参考文献

军用跳频电台

军用跳频电台 军用跳频电台大多是短波或超短波电台。 跳频是最常用的扩频方式之一,其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式,也就是说,通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。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,也是一种码控载频跳变的通信系统。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。 与定频通信相比,跳频通信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信内容。同时,跳频通信也具有良好的抗干扰能力,即使有部分频点被干扰,仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。由于跳频通信系统是瞬时窄带系统,它易于与其他的窄带通信系统兼容,也就是说,跳频电台可以与常规的窄带电台互通,有利于设备的更新。 通信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。它增加了频率自适应控制和功率自适应控制两方面。 在跳频通信中,跳频图案反映了通信双方的信号载波频率的规律,保证了通信方发送频率有规律可循,但又不易被对方所发现。常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。这些伪随机码序列通过移位寄存器加反馈结构来实现,结构简单,性能稳定,能够较快实现同步。它们可以实现较长的周期,汉明相关特性也比较好,但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。 在90年代初,出现了基于模糊(Fuzzy)规则的跳频图案产生器。在这种系统中,由模糊规则、初始条件以及采样模式共同来决定系统的输出序列。只要窃听者不知道模糊规则、初始条件、采样模式三者的任何一个,就无法预测到系统的输出频率,由此就提高了系统的抗窃听能力和抗干扰能力。模糊跳频给出的跳频码序列与传统的跳频码序列相比更加均匀,也更难预测。 90年代末有人提出了混沌(chaotic)跳频序列。其基本思想是通过混沌系统的符号序列来生成跳频序列。在这个混沌系统中要确定一个非线性的映射关系、初始条件和混沌规则,三者唯一确定一个输出序列。由此确定的混沌跳频序列体现了良好的均匀性,低截获概率,良好的汉明相关特性以及具有理想的线性范围。 与一般的数字通信系统一样,跳频系统要求实现载波同步、位同步、帧同步。此外,由于跳频系统的载频按伪随机序列变化,为了实现电台间的正常通信,收发信机必须在同一时间跳变到同一频率,因此跳频系统还要求实现跳频图案同步。跳频系统对同步有两个基本要求:一是同步速度快,二是同步能力强。目前跳频电台的同步方法有精确时钟法、同步字头法、自同步法、FFT捕获法、自回归谱估计法等等。在实际应用中,同步方案常常综合使用多种同步方法。例如战术跳频系统中常用扫描驻留同步法,综合使用了精确时钟法、同步字头法、自同步法三种同步方法,分成扫描和驻留两个阶段进行。扫描阶段完成同步头频率的捕获,驻留阶段从同步头中提取同步信息,从而完成收发双方的同步。 在自适应跳频中,同步还包括收发双方频率集更新的同步,保证双方同步地实现坏频点替代,否则会使收发双方频率表不一致,导致通信失败。 频合器是跳频通信系统中的关键部分,目前大多数跳频电台中使用的频率合成器采用的是锁相环(PLL)频率合成技术,但是该技术的频率转换速度已经接近其极限,要进一步改善的技术难度越来越大,而且分辨率较低。为了能够进一步提高跳频速率,提出了直接式数字频合器(DDS)。它采用全数字技术,具有频率分辨率高,频率转换时间快,输出频率可以很高而且稳定性好,相位噪声低等优点,可满足快速跳频电台对频率合成器的要求。例如在美国的JTIDS中,跳速达到每秒35800跳,只有采用直接数字频合器才能实现。但是DDS的价格昂贵,复杂度大,直接用于战术跳频电台有一定的难度。如果采用DDS+PLL的方法,结合两者的长处,可以获得单一技术难以达到的效果。 在跳频系统中,即使在信道条件良好的情况下,仍有可能在少数跳中出现错误,因此有必要进行差错控制。差错控制的方法主要分为两类:一是自动请求重发纠错(ARQ)技术;二是采用前向纠错(FEC)技术。 ARQ技术可以很好的对付随机错误和突发错误,它要求有反馈电路,当信道条件不好时,需要频繁的重发,最终可能导致通信失败。 FEC技术不需要反馈电路,但是需要大量的信号冗余度以实现优良的纠错,从而会降低信道效率。由于纠错码对突发错误的纠错能力较差,而通过交织技术可以使信道中的错误随机化,因此,经常采用编码与交织技术相结合的办法来获得良好的纠错性能。 在跳频系统中常用的纠错编码技术有汉明码、BCH码、trellis码、RS码、Golay码、卷积码和硬判决译码、软判决译码等。1993年提出了TURBO码,其信噪比接近于Shannon极限,引起了人们的极大兴趣。与RS码等常用的跳频编码相比, TURBO码在跳频系统中显示了极大的应用潜能。此外,还可以把不同的编码方法结合在一起,取长补短,进行联合编码。在快跳频方式下,还可以运用重发大数判决来克服跳频频段内的快衰落。 跳频电台在实际应用中通常要组成跳频通信网,以实现网中的任何两个通信终端均能够做到点到点的正常通信。组网除了要避免近端对远端的干扰、码间干扰、电磁干扰等其它干扰以及由系统引起的热噪声等噪声干扰以外,还要注意避免由组网引起的同道干扰、邻道干扰、互调干扰、阻塞干扰等。采用跳频的多址通信网具有很多优点:抗干扰能力强,低截获概率,低检测概率,对频率选择性衰落有很好的抑制作用等等。但是,与常用的DS/CDMA系统相比,跳频网的最大用户数相对较小。 跳频通信网可以分为同步通信网和异步通信网。跳频通信网有多种组网方式,如分频段跳频组网方式、全频段正交跳频组网方式等。在分频段跳频组网方式中,系统把整个频段分成若干个子频段,不同的通信链路采用不同的子频段进行通信,从而有效地防止同一通信网间的干扰。全频段正交跳频组网方式仅用于同步跳频通信网中,也就是说整个通信网中只有一个基准时钟,通过设计在某一相同时刻t的N个相互正交的跳频频率序列来进行组网,这样尽管各个终端间的通信均使用相同频段,但是由于瞬时的跳频频率点不相同,因此可保证它们之间不会出现同频道干扰。自适应跳频通信系统中,由于在通信过程中会去除那些通信条件恶劣的信道,因此频率更新后可能会出现同频道干扰现象,故必须设计一种良好的频点更新算法,保证更新后的跳频序列之间依然是正交的,否则可能会使各通信节点之间频繁出现频率碰撞,导致无法正常通信。实际应用中也可以把以上两种组网方式结合进行。例如英国Recal-Tacticom公司的Jaguar系列电台在组网中就同时采用了这两种组网方式,可组网数目达到200—300个。 除了以上这些关键技术以外,调制解调方法在跳频系统中也很重要,可以采用FSK、QAM、QPSK、QASK、DPSK、QPR、数字chirp调制等多种调制方式。 自适应跳频系统是在常规跳频系统的基础上,实时地去除固定或半固定干扰,从而自适应地自动选择优良信道集,进行跳频通信,使通信系统保持良好的通信状态。也就是说,它除了要实现常规跳频系统的功能之外,还要实现实时的自适应频率控制和自适应功率控制功能,因此就需要一个反向信道以传输频率控制和功率控制信息。 通过可靠的信道质量评估算法,发现了干扰频点后,应当在收发双方的频率表中将其删除,并以好的频点对它们进行替换,以维持频率表的固定大小。这种检测和替换是实时进行的。为增加跳频信号的隐蔽性和抗破译能力,跳频图案除具有很好的伪随机性、长周期外,各频率出现次数在长时间内应具有很好的均匀性。在引入自适应频率替换算法对频率表进行实时更新后,为保障系统性能,仍然要求跳频图案具有很好的均匀性,所以应当依次用不同的质量较好的频点来分别替换被干扰的频点。 收端频率表的更新会导致收发频率表的不一致性。为了使收发频率表同步更新,必须通过反馈信道将收端的频率更新信息通知发方。这种信息的相互交换是一种闭环控制过程,需要制定相应的信息交换协议来保证频表可靠的同步更新。衡量协议有效性的另一个重要指标便是频点去除的速度。在检测出干扰频点后,干扰频点去除的速度越快,对通信的影响越小。 信道质量评估的另一个作用是进行自适应功率控制。功率控制就是要把有限的发送功率最好地分配给各个跳频信道,使得各个信道都能够以最小发射机功率实现正常通信,从而提高跳频信号的隐蔽性和抗截获能力。在自适应跳频系统中,系统检测每个信道的通信状况,并通过信道质量评估单元中的功率控制算法对每个跳频信道单独进行功率控制。 功率控制算法可以基于两种原则:一是比特误码率最小原则,算法为各个跳频信道选择适当的功率,

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