一个简单的比喻：餐厅换座
想象一下你在一个非常热闹、嘈杂的餐厅里和朋友聊天。
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不使用跳频（固定频率）： 你们俩被安排在一个固定座位上，但旁边恰好坐着一对正在大声吵架的夫妇，他们的噪音严重干扰了你们的对话，导致你们听不清对方在说什么，只能重复“你说什么？”，这就像在Wi-Fi中，你的设备固定在一个信道上，而这个信道恰好被邻居的Wi-Fi、微波炉或其他设备干扰，导致网速慢、掉线。
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使用跳频（FHSS）： 餐厅经理很聪明，他发现如果让你们不停地换座位，就能避开那些嘈杂的客人，他给你一个“换座秘籍”（即一个跳频序列），告诉你现在去1号桌，5分钟后去3号桌，再过5分钟去7号桌……每次换座，你们都能找到一个相对安静的角落进行对话，即使某个时间段某个座位有噪音，你们也只是短暂地受影响，很快就能换到安静的地方，这样,你们的整个对话过程就变得非常流畅和稳定。
这个“换座”的过程,就是跳频技术的基本思想。
跳频技术核心原理
跳频扩频是一种扩频通信技术，其核心思想是：让无线信号的载波频率在一个很宽的频带内，按照一个预设的、看似随机的“伪随机”序列进行快速、离散的跳变。
下面我们来分解这个过程中的关键要素：
核心组件
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跳频序列:
- 这是跳频技术的“大脑”或“秘籍”，它是一个预定义的、伪随机的频率列表,规定了设备在哪个时间点上应该跳到哪个频率信道上。
- “伪随机” 是关键：它看起来是随机的，但实际上是按照一个固定算法生成的，这意味着只要通信双方（你的手机和路由器）使用相同的算法和初始值（称为“种子”或“密钥”），它们就能完美地同步，知道对方下一步会跳到哪个频率，而第三方（比如攻击者或干扰源）则很难预测这个序列。
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跳频图案:
- 这是跳频序列的具体可视化表现，它展示了频率随时间变化的曲线图,看起来像是在不同的频率点之间跳跃。
- 在一个“跳频频段”（Hop Set）中，包含了多个可用的信道，在2.4GHz频段,可能包含80个1MHz宽的信道。
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跳频速率:
（图片来源网络，侵删）- 指设备每秒钟切换频率的次数，单位是“跳/秒”（Hops per Second, HPS）。
- 跳频速率越高，设备就越能快速地避开干扰源，通信的可靠性也越高，蓝牙经典模式的跳频速率是1600跳/秒。
工作流程
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同步： 通信双方（如你的笔记本电脑和Wi-Fi路由器）在开始通信前,必须就两件事达成一致：
- 使用同一个跳频序列算法。
- 使用同一个初始“种子”值,以确保双方生成的序列完全同步。
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通信：
- 发送方和接收方在当前频率上停留一个极短的时间（称为“驻留时间”或“Dwell Time”）,在这个时间内完成数据包的发送和接收。
- 驻留时间结束后，双方根据跳频序列同时、同步地“跳”到下一个频率信道。
- 这个过程不断重复，形成一个连续的、在多个频率间快速切换的数据流。
如何抵抗干扰？
这是跳频技术最核心的优势,干扰可以分为两种：
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窄带干扰:
- 场景： 比如你的邻居正在用一个强信号的Wi-Fi路由器，它固定在信道6上工作,这就像餐厅里那个固定位置的大声吵架者。
- 跳频的应对： 由于你的设备在几十个信道间快速跳转，它只会偶尔跳到信道6上，当你的设备在信道6上时，通信可能会短暂地受到一点影响，但下一个时间片它就会跳到其他干净的信道上，这种窄带干扰对整个通信链路的影响被平均和稀释了,几乎可以忽略不计。
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宽带干扰:
- 场景： 比如一个微波炉在工作，它会干扰一个很宽的频段（约2.4GHz的2.4-2.5GHz）,这就像餐厅里有一群人在一个很大的区域里同时大声喧哗。
- 跳频的应对： 跳频技术依然有效，因为跳频序列是伪随机的，它只会部分地被宽带干扰所影响，只要跳频序列中还有一部分干净的频率可用，通信就能在这些干净的频率上继续进行，系统可能会降低一些速率,但连接不会完全中断。
Wi-Fi中的跳频技术：OFDM vs. FHSS
这里需要澄清一个非常重要的概念：我们今天广泛使用的Wi-Fi标准（如802.11a/g/n/ac/ax）并不主要使用跳频技术。
现代Wi-Fi的核心技术是正交频分复用，OFDM与跳频技术是两种不同的扩频技术,它们的思想甚至有些相反。
| 特性 | 跳频扩频 | 正交频分复用 |
|---|---|---|
| 工作方式 | 在时间上，在多个窄带频率之间快速切换。 | 将一个宽的频带划分成成百上千个正交的、重叠的子载波，同时在频率上传输数据。 |
| 抗干扰 | 通过跳开干扰频率来抵抗干扰。 | 通过将数据分散到许多子载波上，即使个别子载波被干扰，也只是损失少量数据，易于通过纠错码恢复。 |
| 主要应用 | 蓝牙经典、一些无绳电话、早期军用电台。 | 现代Wi-Fi (802.11a/g/n/ac/ax)、4G/5G移动通信、数字电视广播。 |
Wi-Fi完全不用跳频吗？
不是的，它用在特定场景：
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旧标准（802.11）: 最早的Wi-Fi标准（1997年发布的802.11）确实使用了跳频技术，工作在2.4GHz ISM频段，它提供的数据速率很低（最高2Mbps）,并且很快被更先进的DSSS技术所取代。
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regulatory compliance（法规遵从性）: 这是现代Wi-Fi使用跳频技术最常见的地方，在4GHz频段，由于信道非常拥挤（只有1、6、11三个完全不重叠的信道），并且存在蓝牙、微波炉等设备，各国无线电管理机构（如美国的FCC）通常会要求设备具备“动态频率选择”和“传输功率控制”功能,以减少干扰。
- DFS: 设备会主动扫描信道，检测是否被雷达等主用户占用，如果检测到，它会自动切换到其他干净的信道，这个过程可以看作是一种“智能的、按需的跳频”。
- TPC: 自动调整发射功率,避免对其他设备造成过大干扰。
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Wi-Fi 6E / Wi-Fi 7 的新频段: Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7引入了6GHz频段，这是一个全新的、非常干净的频段，有大量连续的可用信道，为了避免未来的潜在干扰，并与其他技术（如某些雷达系统）共存，这些新标准也设计了信道探测和切换机制,这也是一种更高级的动态跳频或信道选择策略。
- 跳频技术原理： 让无线信号在多个预设频率上，按伪随机序列进行快速、同步的切换，以此来“躲避”窄带和宽带干扰,提高通信的可靠性。
- 核心优势： 强大的抗干扰能力和低截获概率（信号难以被敌人或窃听者发现）。
- 在Wi-Fi中的角色：
- 已非主流技术： 现代高速Wi-Fi的核心是OFDM技术。
- 特定应用： 主要用于满足法规要求（如2.4GHz的DFS），以及在新的频段（6GHz）上进行智能的信道管理,以维持网络稳定和高效。
跳频技术就像是通信中的“游击战术”，通过不断变换位置来规避风险；而OFDM则像是“集团军作战”，将兵力（数据）分散部署在广阔的阵地上（频谱），即使局部阵地失守，整体作战能力也不受影响，两者都是通信史上的伟大发明,在不同的时代和技术背景下发挥着各自的作用。
