【正文】 (FSK)調(diào)制，使載波的頻率不斷地跳變。FHSS 系統(tǒng)的跳變頻率有多個(gè)，多達(dá)幾十各甚至上千個(gè)。傳送的信息與這些擴(kuò)頻碼的組合進(jìn)行選擇控制，在傳送中不斷跳變。在接收端，由于有與發(fā)送端完全相同的本地發(fā)生器發(fā)生完全相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)，然后通過(guò)解調(diào)才能正確地恢復(fù)原有的信息?！　∷^ FHSS，比較確切的意思是：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說(shuō)，用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變，所以稱為 FHSS。簡(jiǎn)單的頻移鍵控如 2FSK，只有兩個(gè)頻率，分別代表傳號(hào)和空號(hào)。而 FHSS 系統(tǒng)則有幾個(gè)、幾十個(gè)、甚至上千個(gè)頻率、由所傳信息與擴(kuò)頻碼的組合去進(jìn)行選擇控制，不斷跳變?！　∠聢D 為 FHSS 的原理示意圖。發(fā)端信息碼序列與擴(kuò)頻碼序列組合以后按照不同的碼字去控制頻率合成器。太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 信息調(diào)制 器頻率合成器射頻調(diào)制器變 頻 器中頻帶通信息解調(diào)器擴(kuò)頻碼發(fā)生器器射頻發(fā)生器頻率合成器擴(kuò)頻碼發(fā)生器器信息 信息輸出圖 FHSS原理圖　 跳頻圖案的偽隨機(jī)性和跳頻圖案的密鑰量使 FHSS 系統(tǒng)具有保密性。即使是模擬話音的 FHSS 通信，只要另一方不知道所使用的跳頻圖案就具有一定的保密的能力。當(dāng)跳頻圖案的密鑰足夠大時(shí)，具有抗截獲的能力。　　由于載波頻率是跳變的，具有抗單頻及部分帶寬干擾的能力。當(dāng)跳變的頻率數(shù)目足夠多時(shí)，跳頻帶寬足夠?qū)挄r(shí)，其抗干擾能力是很強(qiáng)。這也是它能在 WLAN 系統(tǒng)中得到廣泛使用的原因。利用載波頻率的快速跳變，具有頻率分集的作用，從而使系統(tǒng)具有抗多徑衰落的能力。條件是跳變的頻率間隔具要大于相關(guān)帶寬。利用跳頻圖案的的正交性可構(gòu)成跳頻碼分多址系統(tǒng)，共享頻譜資源，并具有承受過(guò)載的能力?！? FHSS 系統(tǒng)為瞬時(shí)窄帶系統(tǒng)，能與現(xiàn)有的窄帶系統(tǒng)兼容通信。即當(dāng) FHSS 系統(tǒng)處于某一固定載頻時(shí)，可與現(xiàn)有的定頻窄帶系統(tǒng)建立通信。另外，F(xiàn)HSS 系統(tǒng)對(duì)模擬信源和數(shù)字信源均適用。　　FHSS 系統(tǒng)無(wú)明顯的無(wú)近效應(yīng)。這是因?yàn)楫?dāng)大功率信號(hào)只在某個(gè)頻率上產(chǎn)生遠(yuǎn)近效應(yīng)，當(dāng)載波頻率跳變至另一個(gè)頻率時(shí)則不再受其影響。這一點(diǎn)，使 FHSS 系統(tǒng)在移動(dòng)通信中易于得到應(yīng)用與發(fā)展。FHSS 系統(tǒng)也有其缺點(diǎn)和局限：　　信號(hào)的隱蔽性差。因?yàn)?FHSS 系統(tǒng)的接收機(jī)除跳頻器外與普通超外差式接收機(jī)沒(méi)有什么差別，它要求接收機(jī)輸入端的信號(hào)噪聲功率比是正值，而且要求信號(hào)功率遠(yuǎn)大于噪聲功率。所以在頻譜儀上是能夠明顯地看到跳頻信號(hào)的頻譜。特別是在慢速跳頻時(shí)，跳頻信號(hào)容易被另一方偵察、識(shí)別與截獲?！　HSS 系統(tǒng)抗多頻干擾及跟蹤式干擾能力有限。當(dāng)跳頻的頻率數(shù)目中有一半的頻率被干擾時(shí)，對(duì)通信會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至中斷通信。抗跟蹤式干擾要求快速跳頻，使太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 干擾機(jī)跟蹤不上而失效?！　】焖偬l器的限制。產(chǎn)生寬的跳頻帶寬、快的跳頻速率、偽隨機(jī)性 [5]好的跳頻圖案的跳頻器在制作上遇到很多困難，且有些指標(biāo)是相互制約的。因此，使得 FHSS 系統(tǒng)的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)也受到了局限?！　∫环N用 RF 載波在大量 RF 信道上跳頻實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻的技術(shù)，它用隨機(jī)或偽隨機(jī)代碼確定使用通道的序列。同 DSSS 一樣，F(xiàn)HSS 使用一個(gè) PN 碼。但是它不是將 PN 碼調(diào)制到 RF載波上，而是用這個(gè) PN 碼確定離散頻率的次序。這些離散頻率就成了 RF 載波。本質(zhì)上，F(xiàn)HSS 是一個(gè) RF 系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，RF 載波不斷跳變（這也是它名字的由來(lái)） ，從一個(gè)頻點(diǎn)跳到另一人頻點(diǎn)（在給定的頻率范圍內(nèi)） 。 設(shè)計(jì)內(nèi)容及結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)主要研究設(shè)計(jì) FHSS 通信系統(tǒng)，設(shè)計(jì)要求 FHSS 通信系統(tǒng)要具有抗干擾、FHSS 同步等特性。對(duì) FHSS 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，抗干擾技術(shù)是 FHSS 通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。它增強(qiáng)了 FHSS 通信系統(tǒng)在惡劣情況下的使用能力，實(shí)現(xiàn)了保密通信，在增強(qiáng)信號(hào)處理能力上也起到了積極的促進(jìn)作用。主要介紹了 FHSS 通信的理論基礎(chǔ)和 FHSS 系統(tǒng)的原理及組成，進(jìn)而對(duì) FHSS 系統(tǒng)進(jìn)行了深入精心的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了 FHSS 通信系統(tǒng)的 MATLAB 仿真， BPSK 調(diào)制解調(diào)等仿真系統(tǒng)。全文共分五章，結(jié)構(gòu)安排如下：第1章 緒論 介紹了課題研究的目的，擴(kuò)頻通信的應(yīng)用發(fā)展及跳頻通信的簡(jiǎn)介。第2章 對(duì)擴(kuò)頻通信進(jìn)行介紹，其中主要介紹了擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)， 擴(kuò)頻通信方式以及隨機(jī)序列碼。第3章 介紹了跳頻通信系統(tǒng)原理。本章主要介紹了跳頻通信及系統(tǒng)組成部分，詳細(xì)闡述了跳頻通信的原理及跳頻通信的抗干擾方式和跳頻通信同步。第4章 FHSS 通信系統(tǒng)仿真，通過(guò)源程序?qū)μl通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得出結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2章 擴(kuò)頻通信 擴(kuò)頻通信 擴(kuò)頻通信的定義 擴(kuò)頻通信，即擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)（Spread Spectrum Communication） ，它的基本特點(diǎn)是其傳輸信息所用信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬。除此以外，擴(kuò)頻通信還具有如下特征: 是一種數(shù)字傳輸方式； 帶寬的展寬是利用與被傳信息無(wú)關(guān)的函數(shù)(擴(kuò)頻函數(shù))對(duì)被傳信息進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)的； 在接收端使用相同的擴(kuò)頻函數(shù)對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，還原出被傳信息。 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的工作原理是先用周期性地址碼或偽隨機(jī)噪聲序列碼(PN)與信息信號(hào)相乘(即進(jìn)行調(diào)制)得到擴(kuò)頻信號(hào)，它包含原始信息和地址碼信息。再把擴(kuò)頻信號(hào)與載波相乘，得到數(shù)字微波信號(hào)，此信號(hào)的相位載有原始信息和地址碼信息 [6]。這個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)天線發(fā)射出去后在接收點(diǎn)接收，接收機(jī)收到此信號(hào)經(jīng)解調(diào)、濾波得到擴(kuò)頻信號(hào)。擴(kuò)頻信號(hào)與接收機(jī)里的地址碼(與發(fā)射機(jī)里的相同)相乘，稱為解擴(kuò)，得到原始信息信號(hào)。這些 PN 序列是具有多個(gè)碼位的 0, 1 序列(至少幾十個(gè) bit)，它們是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格挑選的、具有良好的自相關(guān)性、但彼此間卻近似相互正交、線性無(wú)關(guān)的。在眾多的碼型中，它們很容易識(shí)別出與自己相同的碼型，而不容易與其他碼型混淆。通常的調(diào)制技術(shù)都是在加性高斯白噪聲信道中爭(zhēng)取達(dá)到更好的功率效率或帶寬效率。而擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)使用的傳輸帶寬是傳輸所需的最小信號(hào)帶寬的幾個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)于單個(gè)用戶其帶寬效率很低，擴(kuò)展頻譜的優(yōu)點(diǎn)是很多用戶可以共享帶寬。根據(jù)香農(nóng)信息理論，有擾連續(xù)信道的信道容量滿足以下香農(nóng)公式: （21）)/1(log2NSWC??公式（21）表明，在給定的信號(hào)功率 S 和白噪聲功率 N 的情況下，只要采用某種編碼系統(tǒng)，就可以以任意小的差錯(cuò)概率、以接近 C 的信息傳輸速率來(lái)傳送信息。同時(shí)也表明，在信道容量 C 一定時(shí)，頻帶寬度 W 和信噪比 S/N 之間可以彼此互換。也就是說(shuō)，如果增加頻帶寬度，就可以在較低的信噪比情況下用相同的信息率以任意小的差錯(cuò)概率來(lái)傳輸信息。擴(kuò)頻通信正是利用了這一點(diǎn)，即用擴(kuò)展頻譜的方法來(lái)?yè)Q取較好的信噪比。柯捷爾尼可夫理論公式為:太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 （22）)/(0nEFPe?是誤碼率，E 是每比特信號(hào)能量， 是噪聲功率譜密度。把此式適當(dāng)改變一下就可eP以很容易看出其含義。設(shè)傳輸帶寬為 W，信號(hào)功率是 ,噪聲功率 ，信號(hào)TES/?0WnN?持續(xù)時(shí)間為 T，信息信號(hào)帶寬 ，將這些代入式（22）中可以得到:TF/1?? （23） )/()FNS??上式說(shuō)明， 是由 決定的。就是說(shuō)傳輸一定帶寬 的信息，信噪比eP/()/NS? F?可以和帶寬 互換，此結(jié)果與香農(nóng)定理完全一致。在擴(kuò)頻通信中， 是處理增NSWW/益，處理增益越大， 越大，誤碼率越低，通信安全可靠性越好。)/()/F??總之 ，擴(kuò)頻通信是用寬的帶寬 來(lái)?yè)Q取低的 或 ，或者說(shuō)用寬的帶換取低的誤NS碼率，提高通信的抗干擾能力和增加通信的隱蔽性。這是擴(kuò)展頻譜通信的基本思想和理論據(jù)。依據(jù)這個(gè)理論我們就得到了擴(kuò)頻與解擴(kuò)頻基本過(guò)程如下。 一般的無(wú)線擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行三次調(diào)制。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制。接收端有相應(yīng)的射頻解調(diào)，擴(kuò)頻解調(diào)和信息解調(diào)。根據(jù)擴(kuò)展頻譜的方式不同，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可分為：直接序列擴(kuò)頻（DS） 、跳頻（FH） 、跳時(shí)（TH） 、線性調(diào)頻以及以上幾種方法的組合。圖 信息的頻譜擴(kuò)展過(guò)程所謂直接序列擴(kuò)頻（DSDirect Scquency） ，就是用高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端直接去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，在收端直接使用相同的擴(kuò)頻碼序列對(duì)擴(kuò)展的信號(hào)頻譜進(jìn)行解調(diào)，還原出原始的信息。直接序列擴(kuò)頻的頻譜擴(kuò)展和解擴(kuò)過(guò)程在圖上我們可以看出：太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)過(guò)程在發(fā)端，信息碼經(jīng)碼率較高的 PN 碼調(diào)制以后，頻譜被擴(kuò)展了。在收端，擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)同樣的 PN 碼解調(diào)以后，信息碼被恢復(fù)；信息碼經(jīng)調(diào)制、擴(kuò)頻傳輸、解調(diào)然后恢復(fù)的過(guò)程，類似與 PN 碼進(jìn)行了二次 模二相加的過(guò)程。在以下的圖 中我們還可以用能量面積圖示概圖 信號(hào)與噪聲的功率密度念看出：待傳信息的頻譜被擴(kuò)展了以后，能量被均勻地分布在較寬的頻帶上，功率譜密度下降；擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)以后，寬帶信號(hào)恢復(fù)成窄帶信息，功率譜密度上升；相對(duì)與信息信號(hào)，脈沖干擾只經(jīng)過(guò)了一次被模二相加的調(diào)制過(guò)程，頻譜被擴(kuò)展，功率譜密度下降，從而使有用信息在噪聲干擾中被提取出來(lái)。太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 擴(kuò)頻通信方式直接序列擴(kuò)頻（DS）直接序列擴(kuò)頻(Direct Sequence,DS)直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而在收端用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息。頻率跳變（FH）頻率跳變調(diào)制(Frequency Hopping, FH)用較低比特率的偽隨機(jī)序列的指令去控制載波的中心頻率，離散的在一個(gè)給定的頻帶內(nèi)跳變，形成一個(gè)寬帶的離散頻率譜。線性跳頻(Chirp)線性跳頻（Linear frequencyhopping）如果發(fā)生的射頻脈沖信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)其載頻的頻率作線性變化，則稱為線性調(diào)頻。下面將對(duì)系統(tǒng)中用到的跳頻技術(shù)做一更為詳細(xì)的介紹。 跳變時(shí)間(TH)跳時(shí)(TH －Time Hopping)是使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。首先把時(shí)間軸分成許多時(shí)片。在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)片發(fā)射信號(hào)由擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行控制?？梢园烟鴷r(shí)理解為：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多時(shí)片的時(shí)移鍵控。 隨機(jī)序列碼 序列元素間有確定關(guān)系存在，但具有與隨機(jī)序列 [7]類似性質(zhì)的一種特殊的離散信號(hào)形式，可表示為 … …其中 可取值 0，1 或 1，1 也可以取符號(hào)域中的元2101aa，， i素。前者叫二元序列，后者叫 元序列。但實(shí)用中最主要的還是前者。序列長(zhǎng)度可以為有q限，也可以為無(wú)窮。后者主要著重的是周期序列，即存在最小正整數(shù)，使對(duì)一切 有i， 為周期。iap??　　序列的各元素為相互獨(dú)立且具有相同分布的隨機(jī)變量時(shí)，稱為隨機(jī)序列。實(shí)際應(yīng)用的主要是偽隨機(jī)序列。它指序列元素間有確定關(guān)系存在，但具有與隨機(jī)序列類似的下列性質(zhì)：在有限長(zhǎng)度或一周期內(nèi)各元素的個(gè)數(shù)相差不超過(guò) 1，即接近等概率； 出現(xiàn) l 個(gè)相同值或稱 l 長(zhǎng)游程的概率接近 ；q太原科技大學(xué)華科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 相關(guān)函數(shù) ????10)(piciaR?在 時(shí)為 p, =0 時(shí)不超過(guò)177。1，式中 為序列的長(zhǎng)度或周期。實(shí)際上有時(shí)將大體滿0?? p足以上條件的序列也稱為偽隨機(jī)序列?！?偽隨機(jī)序列可用圖中 的反饋移位寄存器得到。圖中 表示反饋函a ),(21iiniaaf???數(shù)。 級(jí)移位 寄存器只能有 （一般為 ）種狀態(tài), 故經(jīng)一定時(shí)間后會(huì)回到原來(lái)的某nn2nq一狀態(tài), 產(chǎn)生周期性輸出, 若反饋函數(shù)的輸出 與各輸入 間有線性關(guān)系存在,則ina?iin1???為線性移位寄存器，否則為非線性移位寄存器。