【正文】 摘要 跳頻通信系統(tǒng)是一種典型擴展頻譜通信系統(tǒng)，它在軍事通信、移動通信、計算機無線數(shù)據(jù)傳輸和無線局域網(wǎng)等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，已成為當(dāng)前短波保密通信的一個重要發(fā)展方向。本文介紹了跳頻通信系統(tǒng)的基本工作過程，從跳頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、主要技術(shù)指標(biāo)、跳頻通信系統(tǒng)的解跳和解調(diào)等方面闡述了跳頻通信基本原理,并對跳頻通信系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)及其性能進行了仿真研究和理論分析。本文從理論上分析了跳頻通信系統(tǒng)的抗干擾性能,其組成部分包括信號生成部分、發(fā)送部分、接收部分、判決部分、跳頻子系統(tǒng)模塊五個部分,并以2FSK系統(tǒng)為例,給出了上述通信干擾樣式下的誤碼率理論分析結(jié)果，并利用Matlab中的Simulink仿真系統(tǒng)實現(xiàn)跳頻系統(tǒng)的仿真和分析，達(dá)到了預(yù)期的效果。關(guān)鍵詞：跳頻系統(tǒng)。 擴頻通信。 Matlab。 Simulink仿真目 錄第1章 緒論 1 概述 2 跳頻通信簡介 2 跳頻通信系統(tǒng)概述 2 跳頻技術(shù)的應(yīng)用背景和發(fā)展趨勢 2 MATLAB簡介 3 本文研究內(nèi)容及章節(jié)安排 4第2章 跳頻通信系統(tǒng)的基本原理 5 跳頻通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 5 跳頻系統(tǒng)的發(fā)送部分 5 跳頻系統(tǒng)的接收部分 6 跳頻通信系統(tǒng)的性能指標(biāo) 7 跳頻通信系統(tǒng)的調(diào)制方式 7 頻率合成器 8 跳頻信號的解跳與解調(diào) 9 跳頻信號的解跳 9 跳頻信號的解調(diào) 10第3章 跳頻通信系統(tǒng)仿真及性能分析 11 Simulink 基礎(chǔ)知識和設(shè)計開發(fā)原理簡介 11 Simulink 基礎(chǔ)知識簡介 11 Simulink的設(shè)計和開發(fā) 11 跳頻通信系統(tǒng)仿真模型的建立 12 S－函數(shù)的仿真流程 13 跳頻通信系統(tǒng)的仿真框圖 14 仿真模型中示波器的仿真結(jié)果顯示 17 基于源代碼的跳頻通信系統(tǒng)仿真 18 誤碼率分析 21第4章 仿真的源程序 23第5章 結(jié)論 25參考文獻 26第1章 緒論 概述擴頻通信是現(xiàn)代通信技術(shù)的熱點技術(shù)之一。擴頻通信最初用于軍事抗干擾通信，后來又在移動通信中得到廣泛的應(yīng)用。擴頻通信信息傳輸系統(tǒng)，有利于提高系統(tǒng)的抗干擾性能，改善性噪比。擴頻通信方式主要有：直接序列擴頻，跳頻擴頻，線性調(diào)頻。本文主要研究跳頻擴頻，跳頻擴頻系統(tǒng)就是用偽隨機碼序列構(gòu)成跳頻指令來控制頻率合成器，在多個頻率中進行有選擇的頻移鍵控。MATLAB的Simulink動態(tài)仿真環(huán)境很強大，具有方便、直觀、靈活的優(yōu)點[8]。MATLAB集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個方便的、界面友好的用戶環(huán)境。在這個環(huán)境下，對所要求解的問題，用戶只需簡單地列出數(shù)學(xué)表達(dá)式，其結(jié)果便以人們十分熟悉的數(shù)值或圖形方式顯示出來。本文根據(jù)跳頻擴頻通信的原理，利用MATLAB提供的可視化仿真工具Simulink建立跳頻擴頻通信系統(tǒng)的仿真模型，研究擴頻通信的特性，為研究以擴頻通信為基礎(chǔ)的現(xiàn)代通信提供理論依據(jù)。 跳頻通信簡介 跳頻通信系統(tǒng)概述擴頻通信，即擴展頻譜通信與光纖通信、衛(wèi)星通信，一般被譽為進入信息時代的三大高技術(shù)通信傳輸方式，它是上世紀(jì)40年代發(fā)展起來的一種技術(shù)，用來為戰(zhàn)爭環(huán)境下的軍隊提供可靠安全的通信[1]。20世紀(jì)50年代，美國麻省理工學(xué)院研究成功NO MAC系統(tǒng)，成為了擴頻通信研究發(fā)展的開端。時至今日，隨著民用、軍用通信事業(yè)的發(fā)展，頻帶擁擠的矛盾日益突出。而信號處理技術(shù)、大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展，推動了擴頻通信理論、方法、技術(shù)等方面的研究發(fā)展和應(yīng)用普及。擴頻通信主要有以下幾種方式：直接序列擴頻、跳頻擴頻和線性調(diào)頻[4]。跳頻就是用偽隨機碼序列構(gòu)成跳頻指令來控制頻率合成器，可以看成載波頻率不斷變化的多頻移頻鍵控[2]。跳頻指令由所傳遞的信息碼與偽隨機序列模二相加構(gòu)成，其發(fā)送頻率由跳頻指令隨機選擇。調(diào)制器將發(fā)送端的信息碼序列與偽隨機序列調(diào)制，頻率的合成由不同的跳頻圖案控制。在接收端，接收到的信號與噪聲經(jīng)濾波后送至混頻器。接收機本振信號的跳變規(guī)律與發(fā)送端相同，而且也是一頻率跳變信號，接收機的中頻為兩個合成器產(chǎn)生的對應(yīng)的頻率的頻差。要使收發(fā)雙方的跳頻與頻率合成器產(chǎn)生的跳變頻率同步，需要收發(fā)方的偽隨機碼同步。經(jīng)混頻后，得到一個不變的中頻信號，將此中頻信號進行解調(diào)，就可恢復(fù)出發(fā)送的信息。 跳頻技術(shù)的應(yīng)用背景和發(fā)展趨勢跳頻通信主要用于戰(zhàn)術(shù)無線電通信和民用移動通信，其工作方式一般以語音為主，也可傳輸數(shù)據(jù)。跳頻通信具有良好的組網(wǎng)能力、低截獲概率及抗干擾性,跳頻技術(shù)提高了軍事裝備的抗截獲和抗干擾能力, 在軍事領(lǐng)域得到了極大的發(fā)展,向通信對抗提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。開展跳頻通信抗干擾技術(shù)的研究,尋求干擾跳頻通信的方法,己成了當(dāng)前通信對抗領(lǐng)域十分緊迫而困難的任務(wù)之一[5]。隨著跳頻技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用也越來越廣泛。在戰(zhàn)術(shù)中，電臺采用跳頻技術(shù)可以提高通信抗干擾能力。早在70 年代，跳頻系統(tǒng)的研究就開始了，現(xiàn)已開發(fā)的跳頻的波段應(yīng)用為：在VHF 波段(30—300MHz）的低端30—88MHz、UHF波段(300MHz 以上）以及HF波段(—30MHz)。跳頻速率和數(shù)據(jù)數(shù)率，隨著研究的不斷深入，也越來越高，現(xiàn)在美國Sanders 公司的CHESS 高速短波跳頻電臺已經(jīng)實現(xiàn)了5000跳/秒的跳頻速率，最高數(shù)據(jù)數(shù)率可達(dá)到19200bps。此外，CHESS跳頻電臺以DSP 為基礎(chǔ)，采用了差動跳頻（DFH)技術(shù)，與一般的跳頻電臺有所不同。CHESS跳頻電臺，通過現(xiàn)代數(shù)字處理技術(shù)，較好地解決了多徑衰落、短波系統(tǒng)帶寬有限、信號間相互干擾等問題。同時，它的瞬時信號對其信號的影響很小，因為其帶寬很窄。跳頻電臺可以實現(xiàn)更高跳速、更高數(shù)據(jù)速率，正是跳頻通信系統(tǒng)的未來發(fā)展方向，新型的跳頻電臺也已逐漸應(yīng)用軟件無線電這個概念。當(dāng)前的軍事通信中，短波自適應(yīng)跳頻電臺已經(jīng)占有了很重要的一部分。短波信道有許多固有特點，與VHF/UHF頻段不同，例如，受天氣變化、多徑時延、幅度衰落等因素的影響，信道條件變化不可捉摸。但是短波通信的可靠性，隨著各種新技術(shù)的出現(xiàn)，得到了技術(shù)上的保證，這些新技術(shù)中包括自適應(yīng)跳頻技術(shù)。它通過自動搜索無干擾或未被占用的跳頻信道進行跳頻，分析波段上的頻率占用率，不僅降低了短波頻譜大量占用的影響，也避免了自然干擾。它會根據(jù)需要有效的適應(yīng)惡劣環(huán)境，自動地改變跳頻序列。它在海灣戰(zhàn)爭中體現(xiàn)出了優(yōu)越性，因此引起了各國的高度重視。遠(yuǎn)近效應(yīng)，在現(xiàn)有的DS/CDMA 系統(tǒng)中是一個很大的問題。由于遠(yuǎn)近效應(yīng)只發(fā)生在大功率信號的某個頻率上，當(dāng)載波頻率跳變到另一個頻率時則不受影響，因此遠(yuǎn)近效應(yīng)在跳頻系統(tǒng)中并不明顯，這使得移動通信中易于應(yīng)用和發(fā)展遠(yuǎn)近效應(yīng)。在數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，如果鏈路間采用低互相關(guān)的跳頻圖案異步跳頻，或者采用相互正交的跳頻圖案同步跳頻，可以完全消除或基本消除鏈路間的干擾，對提高系統(tǒng)的容量具有重要意義。此外，跳頻的頻率分配具有很大的靈活性，是瞬時窄帶系統(tǒng)，在現(xiàn)有頻率資源比較缺乏的條件下，這一特性具有重要意義。在組網(wǎng)技術(shù)中，跳頻的多址性能具有很重要的意義。加拿大Laval 大學(xué)，提出了將快跳頻技術(shù)應(yīng)用到光纖網(wǎng)絡(luò)中。該系統(tǒng)將傳統(tǒng)跳頻系統(tǒng)中的頻率合成器用Bragg 光柵替代，跳速達(dá)到10G數(shù)量級。系統(tǒng)在比特誤碼率為109，30個用戶的條件下，數(shù)據(jù)速率為500Mb/s。在具有相同數(shù)量的用戶使用時，F(xiàn)FH/CDMA系統(tǒng)的比特誤碼率明顯優(yōu)于DS/CDMA 系統(tǒng)，與采用非相干DS/CDMA 技術(shù)的光纖網(wǎng)絡(luò)相比。此外，跳頻技術(shù)在GSM、室內(nèi)無線通信、無線局域網(wǎng)、水下通信、衛(wèi)星通信、微波、雷達(dá)等多個領(lǐng)域也得到了十分廣泛的應(yīng)用[3]。跳頻系統(tǒng)本身也存在著一些局限和缺點，如跟蹤式干擾能力有限，信號隱蔽性差，以及抗多頻干擾性能不夠等，而另一種擴頻方式直接序列擴頻卻有較好的抗多頻干擾的能力和隱蔽性。這兩種擴頻技術(shù)結(jié)合起來，就構(gòu)成了直接序列/跳頻擴展頻譜技術(shù)。這種技術(shù)在直接序列擴展頻譜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又具有載波頻率跳變的功能。直擴系統(tǒng)所用的偽隨機序列和跳頻系統(tǒng)，在時間上是相互關(guān)聯(lián)的，使用同一個時鐘進行時序控制，因為它們用的偽隨機跳頻圖案由同一個偽隨機碼發(fā)生器生成。意大利Telettra 公司的Hydra V 電臺是采用了直接序列/跳頻混合擴頻技術(shù)的第一代戰(zhàn)術(shù)電臺，采用了直接序列擴頻DBPSK 調(diào)制方式，提高了電臺的抗干擾性能，比單獨采用跳頻技術(shù)多獲得9dB 的處理增益。此外，跳頻是瞬時窄帶系統(tǒng)，其頻率分配具有很大的靈活性，在現(xiàn)有頻率資源十分擁擠的條件下，研究跳頻通信技術(shù)具有重要意義。 MATLAB簡介MATLAB誕生于20世紀(jì)70年代，具有其他仿真軟件所無可比擬的矩陣運算能力和系統(tǒng)仿真能力。MATLAB可以實現(xiàn)算法、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、創(chuàng)建用戶界面、進行矩陣運算、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于控制設(shè)計、工程計算、圖像處理、信號處理與通訊、金融建模設(shè)計與分析、信號檢測等領(lǐng)域[9]。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。MATLAB是英文MATrixLABoratory (矩陣實驗室) [10]。該軟件包括: 矩陣計算、數(shù)值分析、建模和系統(tǒng)控制、數(shù)字信號處理等應(yīng)用程序。 MATLAB語言簡潔、緊湊、使用方便, 有豐富的運算符號和庫函數(shù),還具有結(jié)構(gòu)化的控制語句和面向?qū)ο缶幊痰奶攸c。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MathWorks也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。 隨著其版本的不斷提高, 各種