近日，在2024年世界移动通信大会上，国内某科技公司发布了一款新的光猫。该产品不仅支持最新Wi-Fi 7，还能连接起整个家庭的智能家居网络，随即在网上引发广泛关注，被网友称为“一只拥有三头六臂的猫”。
近年来，智能家居网络备受瞩目。其凭借基于新型自适应无线跳频技术所构建的网络系统，成功突破了多项技术难题。
跳频技术的魅力还远不止于此。不论是民用还是军用，只要涉及现代信息通信领域，Wi-Fi、蓝牙、CDMA、雷达、电台……几乎所有人们熟知的现代无线通信技术，都离不开“跳频”二字。历经80多年的发展，跳频技术给人类社会带来哪些重要影响？又将怎样掀起万物互联的浪潮？
从钢琴到无线电——有点神奇的“缘起”故事
在介绍跳频技术之前，我们需要先了解一下无线通信。
无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性，进行信息交换的一种通信方式。早期的无线通信单次只能在一个频道上传输，这就导致在日常使用无线通信的时候容易出现频带拥挤的现象。比如，自家车库门遥控器有时会向邻居家的车库门发出信号，或者是自己的手机投屏到了邻居家的电视上。在战场上，单一频道的信息传输也使得敌方很容易实施电磁噪声干扰。因为无线通信有着种种不便之处，扩频通信以及其衍生的无线电跳频技术应运而生。
扩频通信，即扩展频谱通信技术。顾名思义，指的是传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。跳频技术则是扩频通信的其中一种实现手段，使信号在收发过程中，收发两端信号频率必须不断发生同步跳变才能够保持通信。这项技术使得信号在传递过程中能够提高频谱利用率，较好地解决频带拥挤问题，同时实现抗干扰、防窃听的目的。
跳频技术的发明者，是一位名叫海蒂·拉玛的美国女性。
海蒂·拉玛在大学时代主攻的是通信。在与她的军火商丈夫的婚姻生活中，海蒂·拉玛掌握了大量无线电、扩频通信、鱼雷等相关技术知识，并由此萌生了研究基于无线电控制的鱼雷抗干扰问题的想法。这为她后来发明跳频技术奠定了基础。1940年，受到钢琴同步自动演奏的启发，海蒂·拉玛将这一原理创造性地应用到控制鱼雷电信号频率上，最早的无线电跳频技术就此诞生了。
海蒂·拉玛的这项技术由两个“姊妹系统”组成。一个系统上设置了88个随机频道，系统通过一定规律使得收发船舶和鱼雷之间的同步可变波长无线电在这88个频道上跳变，同时确保船舶上的发射机和鱼雷上的接收机能够同步实现跳频，就像两台自动演奏的钢琴同时按下同一个键从而发出相同的声音一样。另一个系统则用于控制跳变频率的最小广播时长装置，依靠无线电静默时段的短暂爆发来大幅缩短传递信号的时长，这使得基于这项技术操控的无线电信号难以被敌方截获或干扰。
海蒂的跳频方式在当时已经能够很好地满足信息加密的需求。随着时代发展，人们又陆续设计出更加复杂的跳频方式，如混沌跳频序列、自适应跳频甚至混合跳频等。基于跳频的思想，跳变的对象也从载波频率拓展到数据的传输时隙……这些改变与发展进一步增加了信息的安全性，从而更好地满足了信息保密需求。
从鱼雷到卫星——信息通信不可或缺的“基石”
跳频技术最初并没能像发明人设想的那样，用到鱼雷上，而是一直被用于制造防堵塞声呐浮标以及伴随飞机的跳频无线电系统。20世纪50年代末，跳频技术被广泛运用到军队计算机芯片中。后来，这项技术及其原理也启发着科学家们将其扩展到其他领域，如无线电话、互联网协议等。如今，从手机到卫星定位系统，这些信息通信技术的背后，都有跳频技术的影子。
跳频技术为什么能够成为大部分信息通信技术的基石呢？究其原因，有以下几点。
瞬息万变，来去无影。跳频通信抗干扰的机理类似于“打一枪换一个地方”的策略。一方面，载波频率在跳变时依循的是事先设定好的“伪随机序列”。这种序列周期长、随机性高，如果没有掌握序列规律，就会显得杂乱无章，让人难以捉摸。另一方面，跳变的频率成千上万且切换速度快，即便在某一频率上或某几个频率上施放长时间的干扰也无法对信号产生有效影响。由于频率跳变速率高，调频系统从宏观的层面上看就像是一段拓宽了的频谱带，也就是宽带。大带宽换取的是更好的信噪比。在扩展了频带之后，信息不仅可以在较低信噪比下正常进行传递，还能借此隐匿于噪声之中，就像披上了“隐身衣”一样，不露痕迹地保持可靠的通信。
一带千码，扩洼成洋。随着无线传输的普及，频谱资源变得愈发宝贵。在无线通信普及的初期，用户常常会遇到网络堵塞带来的问题。比如在10多年前，我国每到除夕夜就会因短信在短时内过量发送而导致信息拥堵。从本质上看，这正是由频带拥挤所引起的。为了防止这类情况发生，提高频谱利用率也就成了现代通信的基本要求之一。跳频通信就像二维码一样，可以在载波频率和传输时隙上应用千变万化的跳频图案，从而在一定带宽内允许多个跳频通信系统同时运行，大大节省了频谱资源空间。
当然，跳频通信也并非“无解”，跟踪式干扰乃是它的“头号天敌”。以其战场应用为例，在作战过程中，一方可以通过使用某种侦察接收机对另一方发出信号进行侦听，破解其所使用的跳频图案后，就能够迅速以相同的跳频图案进行跟踪式干扰。现有的侦察接收机对一定跳速下的跳频图案截获概率目前已非常高。为了应对这种情况，跳频信号的驻留时间就应当尽可能缩短，不让侦察接收机有“可乘之机”。
从军用到民用——升级发展为千行百业赋能
自20世纪70年代末出现第一台超短波跳频电台，到如今每秒几千跳的高速跳频系统，问世几十年来，跳频通信在军事领域大放光彩。跳频通信被视为制造军事通信设备和进行信息战、电子战的一项不可或缺的关键技术。
跳频技术在军事领域发挥的作用，总的来说可以归为以下两个方面。
在军事通信方面，跳频技术保证了通信的机密性、稳定性。如果把军事通信系统比作战场信息传输的纽带，那么跳频技术就是将纽带两端牢牢握紧的手。科索沃战争中，尽管北约使用了最先进的电子战手段、最先进的隐形战机和巡航导弹，但南斯拉夫联盟的指挥中心仍然和武装部队保持着密切联系，其中一个重要原因，就是南斯拉夫联盟信息系统的跳频通信技术发挥了重要作用。
纵观军事通信领域的光纤网络、无线局域网、无线通信、卫星通信、水下通信等技术手段，无不以跳频技术为托底。当前美军所使用的数据链终端——“MIDS”多功能信息分发系统就应用了以快速跳频技术为主的电子战防护技术；而基于跳频等技术所研发的AN/PRC系列便携式通信设备，更是对传统电台的“降维打击”。
在电子对抗方面，跳频技术不仅可以用来抗干扰，更能基于其抗干扰的优良特性为信息干扰系统保驾护航。凭借跳频技术实现“隐身”的远程对空搜索雷达，能够对大范围内的空中目标进行跟踪与搜索；有了跳频技术为屏障，电子战飞机在执行雷达干扰、通信干扰、摧毁敌防空、电子监视和信号情报侦察等任务时更加如鱼得水……在侦察和反侦察、干扰与抗干扰的角力之中，跳频技术不仅是“固盾之材”，更是“利矛之钢”。
跳频技术在军事领域中扮演着关键角色的同时，也在民用领域掀起了信息化巨浪。
20世纪八九十年代，“无线革命”兴起。数字蜂窝、移动通信、蓝牙系统、无线局域网等新兴通信方式为了扩大用户群、优化通信体验，亟须解决频带拥挤问题。于是，跳频技术顺理成章开始向民用通信领域进军。据了解，在移动通信领域采用了跳频及扩频码分多址技术后，其通信容量提高了20倍之多；在广播领域，原先一个调频电台只能传送一个单声道和一个立体声节目，在采用了跳频技术后，同时传送75个立体声调频节目变得轻而易举……
跳频技术对频谱资源的极大拓宽，使得万人乃至万物互联不再遥不可及。蓝牙、Wi-Fi等这些需要被大量使用的信息技术，都是在扩展了频谱资源、保证了通信不会频繁紊乱的前提下开发使用的。可以预见的是，在未来，“无线办公室”“无线城市”等基于跳频技术的新兴事物也将变为现实。
虽然当前跳频技术的理论和应用都已经相当成熟，我们仍可窥见其巨大的进步空间和发展潜力。受到元器件、解编码技术等多重因素的制约，跳频在速率上和方法上仍然存在着发展瓶颈。为此，跳频技术将瞄准高速化、融合化、智能化等方向持续深入发展。在未来，跳频技术会随着信息技术的进一步突破而常用常新。
来源：中国军网