【正文】 r a t o rP r o d u ct 1P r o d u ct E r r o r R a t e C a l cu l a t i o nTxRxE r r o r R a t eC a l cu l a t i o n0D i s p l a y1C o n s t a n t 11C o n s t a n tB i t t o I n t e g e rC o n ve r t e rB i t t o I n t e g e rC o n ve r t e rB a n d L i m i t e dW h i t e N o i s eI n1 Out 12 F S K 解調(diào)I n1 Out 12 F S K 調(diào)制 圖 含有封裝子系統(tǒng)的跳頻通信系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)框圖 1O u t1S w i tchS i g n a lG e n e ra to r1S i g n a lG e n e ra to r1In 1 (a) 2FSK 調(diào)制子系統(tǒng) 仿真結(jié)構(gòu)框圖 1O u t 1S i g n a lG e n e r a t o r 3S i g n a lG e n e r a t o r 2P r o d u ct 3P r o d u ct 2b u t t e rA n a l o gF i l t e r D e s i g n 3b u t t e rA n a l o gF i l t e r D e s i g n 2b u t t e rA n a l o gF i l t e r D e s i g n 1b u t t e rA n a l o gF i l t e r D e s i g n1I n 1 (b) 2FSK 解調(diào)子系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)框圖 1O u t 1Z e r o O r d e rH o l dV C OV o l t a g e C o n t r o l l e dO s ci l l a t o rU n b u f f e rS co p e 2P N S e q u e n ceG e n e r a t o rP N S e q u e n ceG e n e r a t o rB u f f e rB i t t o I n t e g e rC o n ve r t e rB i t t o I n t e g e rC o n ve r t e r 1 (c) 跳頻子系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)框圖 圖 跳頻通信系統(tǒng)的子系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)框圖 16 其中， 2FSK調(diào)制子系統(tǒng)， 2FSK解調(diào)子系統(tǒng)，跳頻子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖分別如圖 （ a）、圖（ b）、圖（ c）所示。 Simulink進(jìn)行一次仿真的完整流程圖，如圖 ： 計(jì) 算 下 次 抽 樣 時(shí) 間 用 于 抽 樣 時(shí) 間可 變 模 塊最 大 步 長 計(jì) 算 輸 出最 大 步 長 計(jì) 算 離 散 狀 態(tài)計(jì) 算 導(dǎo) 數(shù)計(jì) 算 輸 出計(jì) 算 導(dǎo) 數(shù)定 位 零 交 點(diǎn)初 始 化 模 塊在 結(jié) 束 時(shí) 執(zhí) 行 所 需 的 任 務(wù)仿 真 環(huán)積 分最 小 時(shí) 間步 長 圖 仿真的工作流程圖 對于此 仿真流程，先將模塊初始化，再進(jìn)入仿真環(huán)。 （ 4） 接收信號(hào)，在接收端的相關(guān)器中 進(jìn)行相關(guān)處理，相關(guān)處理時(shí) 要求 發(fā)送端的隨機(jī)碼字 與采用的偽隨機(jī)碼保持嚴(yán)格的同步，其中偽隨機(jī)生成模塊產(chǎn)生相應(yīng)的偽隨機(jī)碼。 跳頻通信系統(tǒng)仿真模型的建立 基于 Simulink 建立的跳頻 通信系統(tǒng) 的 仿真模型， 可以實(shí)時(shí)地觀測到系統(tǒng)跳 頻前后信號(hào)的頻譜 變化 ，并且能夠反映跳頻通信系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工作過程， 還可以根據(jù)需要 設(shè)計(jì)和研究相應(yīng)的跳頻 仿真模型，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代通信的模擬仿真，為系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)和研究 提供 了 強(qiáng)有力的研究平臺(tái)， 此系統(tǒng)以跳頻通信為基礎(chǔ)， 仿真模型如圖 ： 2 0 0 H z信 源2 F S K調(diào) 制Z 1跳 頻白 噪 聲信 道解 跳2 F S K調(diào) 制誤 碼調(diào) 制數(shù) 值顯 示P N發(fā) 生 器序 列 格式 轉(zhuǎn) 換D / A轉(zhuǎn) 換2 F S K調(diào) 制3 0 0 H z噪 聲共 軛變 換2 F S K調(diào) 制波 形顯 示B F F T 測試 圖 系統(tǒng)仿真模型 在跳頻通信系統(tǒng)仿真模型中 ,信號(hào)的處理過程為： （ 1） 由信源端生成 準(zhǔn)備傳送的有用信號(hào)。 （ 2） 通用 S－函數(shù)模塊處理 S－函數(shù) 后， 可以 轉(zhuǎn)化為用戶自創(chuàng)建的模塊。 2） 封裝功能 Simulink通過封裝可以為子系統(tǒng)建立用戶自定義的 圖標(biāo)和對話框 ， 具有封裝功能是 Simulink模塊一個(gè)十分實(shí)用的特點(diǎn)， 可以 用簡單的圖標(biāo)來代替子系統(tǒng)，從而在當(dāng)前窗口中隱藏子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容 。 1) 子系統(tǒng)模塊 動(dòng)態(tài)模型包含許多環(huán)節(jié)時(shí)，可以把 此 系統(tǒng)按功能分塊， 其中 每一塊 都可以 建立一個(gè)子系統(tǒng)。 Simulink本身可以實(shí)現(xiàn) 微分方程和差分方程的求解等復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算問題，用戶只需要根據(jù)問題類型及精度要求對求解器類型進(jìn)行配置即可。此系 統(tǒng) 目前 已成為 科學(xué)研究和工程應(yīng)用的軟件工具包 [11]。 11 第 3 章 跳頻通信系統(tǒng)仿真及性能分析 Simulink 基礎(chǔ)知識(shí)和設(shè)計(jì)開發(fā)原理簡介 Simulink 基礎(chǔ)知識(shí)簡介 Simulink 是 MATLAB軟件的應(yīng)用 ， 是一個(gè)對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和對仿真結(jié)果進(jìn)行 分析的一個(gè)軟件包 ， 是 在 MATLAB中建立系統(tǒng)方框圖和基于方框圖的系統(tǒng)仿真環(huán)境 [12]。典型的非相干跳頻解調(diào)器如圖 ： 圖 非相干跳 頻解調(diào)器 這個(gè)解調(diào)器適用于每比特信息多個(gè)頻率切普的接收機(jī)，其中切普判決是根據(jù)順序而來的每一對切普進(jìn)行的。雙通道“傳號(hào) 空號(hào)”跳頻接收機(jī)的原理框圖如圖 ： 圖 雙通道 傳號(hào) /空號(hào)跳頻接收機(jī)原理框圖 在二進(jìn)制的 FH發(fā)射機(jī)里，數(shù)據(jù)的傳輸采用 2FSK時(shí)，是用發(fā)射某個(gè)頻率 (切普 )表示“傳號(hào)”，而發(fā)射另一個(gè)頻率表示“空號(hào)”來實(shí)現(xiàn)的。 跳頻信號(hào)的解跳 跳頻系統(tǒng)的接收機(jī) ， 應(yīng)對發(fā)射信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的反變換。 t 9 跳頻信號(hào)的解跳與解調(diào) 跳頻信號(hào)的解跳與解調(diào)包括兩個(gè)方面：首先是跳頻信號(hào)的解跳（解擴(kuò)），解跳后信號(hào)頻率集中在窄帶濾波器通帶之內(nèi)。 跳頻控制器主要由頻率合成器和偽碼產(chǎn)生器組成。 跳頻通信系統(tǒng)的調(diào)制方式 跳頻通信系統(tǒng)一般采用 FSK、 ASK等非相干解調(diào)的調(diào)制方式，尤其以 2FSK方式最為常用，本文跳頻通信系統(tǒng)采用 2FSK調(diào)制方式。它等于跳頻駐留時(shí)間和信道切換時(shí)間之和，與跳頻速率成倒數(shù)關(guān)系。 (3)跳頻 速率 跳頻 速率，是指 跳頻電臺(tái)載波跳變的速率，通常用 每秒鐘頻率跳變的次數(shù) 來表示。跳頻帶寬越寬， 跳頻 系統(tǒng)抗寬帶干擾能力越強(qiáng)。 如果系統(tǒng)未同步，則濾波器輸出的是噪聲信號(hào)。所以， 為了確定其跳頻的起、止時(shí)刻，接收機(jī)中的跳頻器還需受同步指令的控制 。 跳頻信號(hào)的接收過程與定頻 相似。其原理框圖如圖 ： 高 通 濾 波 器 帶 通 濾 波 器 數(shù) 據(jù) 解 調(diào) 器 信 宿頻 率 合 成 器跳 頻 序 列 發(fā) 生 器同 步 電 路混 頻 器 圖 跳頻系統(tǒng)接收端原理框圖 定頻信號(hào)的接收設(shè)備中， 接收方法一般都采用超外差式 ，即接收機(jī)本地振 蕩器的頻率與 所接收的外來信號(hào)的載波頻率 產(chǎn)生頻差，即 相差一個(gè)中頻。所以， 跳頻器 是 跳頻系統(tǒng)的關(guān)鍵部件 ，更具體地 說 ，是能產(chǎn)生 偽隨機(jī)性好的跳頻指令發(fā)生器和頻譜純度好的快速切換的頻率合成器 。 因此 混頻 器輸出的已調(diào)波的載波頻率 ， 也將隨著指令不斷地跳變，從而經(jīng)高通濾波器和天線發(fā)送出去 ，這 就是跳頻信號(hào)。一般 要求主振蕩器的頻率應(yīng)能遵照控制指令而改變 ，這樣是為了得到載波頻率是跳變的跳頻信號(hào) 。 跳頻系統(tǒng)的發(fā)送部分 發(fā)送端包括：信源、數(shù)據(jù)調(diào)制器、頻率合成器、跳頻序列發(fā)生器、高通濾波器、以及發(fā)送端天線等。 全文分為 4 個(gè)章節(jié)，第 1 章主要對跳頻通信和 MATLAB 進(jìn)行了簡介，并總括全文；第 2 章敘述了跳頻通信的結(jié)構(gòu)和原理， 主要性能指標(biāo)，調(diào)制方式，頻率合成器以及跳頻信號(hào)的解跳與解調(diào)， 使讀者對跳頻通信有大致較詳細(xì)的了 解 ；第 3 章運(yùn)用 MATLAB 軟件對跳頻通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真， 通過仿真結(jié)果分析系統(tǒng)的性能，檢驗(yàn)此系統(tǒng)的優(yōu)勢；第 4 章總結(jié)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，指出設(shè)計(jì)成果并發(fā)現(xiàn)不足 , 總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。 本文研究內(nèi)容及章節(jié)安排 本文基于 MATLAB中的 Simulink 建模和源程序，對跳頻通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和分析。該軟件包括 : 矩陣 計(jì)算、 數(shù)值分析、 建模和系統(tǒng)控制、 數(shù)字信號(hào)處理 等應(yīng)用程序。 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(yùn)算能力和系統(tǒng)仿真能力 。 這種技術(shù) 在直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 ，又具有 載波頻率跳變的功能 。 在具有 相同數(shù)量的用戶使用時(shí) ， FFH/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 。 在組網(wǎng)技術(shù)中， 跳頻的多址性能 具有 很重要的意義。 遠(yuǎn)近效應(yīng) ， 在現(xiàn)有的 DS/CDMA 系統(tǒng)中 是一個(gè)很大的問題。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 3 技術(shù) 。同時(shí)，它的瞬時(shí)信號(hào) 對其 信號(hào)的影響很小 ，因?yàn)槠?帶寬很窄 。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)。接收機(jī) 本振信號(hào) 的跳變規(guī)律與發(fā)送端 相同， 而且也是一頻率跳變信號(hào)，接收機(jī)的中頻為 兩個(gè)合成器產(chǎn)生的 對應(yīng)的頻率的頻差 。 跳頻就是用偽隨機(jī)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]。 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(kuò)頻通信研究發(fā)展的開端。 MATLAB集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形 顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境 。擴(kuò)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(kuò)頻通信 。 I 目 錄 摘要 ............................................................. 1 第 1 章 緒論 ...................................................... 1 概述 ...................................................... 1 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 ..