【正文】 .............................. 23 FHSS 通信系統(tǒng) MATLAB 仿真 ........................................... 23 FHSS 通信系統(tǒng)仿真模型 .............................................. 23 仿真結(jié)果及分析 .................................................... 24 設計總結(jié) ............................................................... 27 參考文獻 ............................................................... 29 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） II 致謝 ................................................................... 31 附錄 ................................................................... 33 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） III 基于 MATLAB 的 FHSS 通信系統(tǒng)設計與實現(xiàn) 摘要 擴頻通信在 軍事領(lǐng)域長期的成功應用以及近年來在商業(yè)領(lǐng)域的異軍突起，使其在通信技術(shù)中扮演重要的角色，而 FHSS 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用。一般而言， FHSS 系統(tǒng)主要在軍事通信中對抗故意干擾，在衛(wèi)星通信中也用于保密通信，而直擴系統(tǒng)則主要是一種民用技術(shù)。展望未來，第四代移動通信系統(tǒng)（ 4G）的驅(qū)動無疑 會使擴頻技術(shù)傳輸高速數(shù)據(jù)的能力得到更大的拓展。 FHSS 所展開的訊號可依特別設計來規(guī)避噪聲或OnetoMany 的非重復的頻道，并且這些跳頻訊號必須遵守 FCC 的要求，使用 75 個以上的跳頻訊號、且跳頻至下一個頻率的最大時間間隔 (Dwell Time)為 400ms。而 FHSS 系統(tǒng)則有幾個、幾十個、甚至上千個頻率、由所傳信息與擴頻碼的組合去進行選擇控制 ，不斷跳變。這也是它能在 WLAN 系統(tǒng)中得到廣泛使用的原因。這是因為當大功率信號只在某個頻率上產(chǎn)生 遠近效應，當載波頻率跳變至另一個頻率時則不再受其影響?？垢櫴礁蓴_要求快速跳頻，使干信息調(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 擴頻碼發(fā)生器器 射頻發(fā)生器 頻率合成器 擴頻碼發(fā)生器器 信息 信息輸 出 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 4 擾機跟蹤不上而失效。本質(zhì)上，F(xiàn)HSS 是一個 RF 系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中， RF 載波不斷跳變（這也是它名字的由來），從一個頻點跳到另一人頻點（在給定的頻率范圍內(nèi)）。本章主要 介紹了跳頻通信及系統(tǒng)組成部分， 詳細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。這些 PN 序列是具有多個碼位的 0, 1 序列 (至少幾十個 bit)，它們是經(jīng)過嚴格挑選的、具有良好的自相關(guān)性、但彼 此間卻近似相互正交、線性無關(guān)的。擴頻通信正是利用了這一點，即用擴展頻譜的方法來換取較好的信噪比。 依據(jù)這個理論我們就 得到了擴頻與解擴頻基本過程如下。在以下的圖 示概 圖 信號與噪聲的功率密度 念看出：待傳信息的頻譜被擴展了以后，能量被均勻地分布在較寬的頻帶上，功率譜密度下降；擴頻信號解擴以后，寬帶信號恢復成窄帶信息 ，功率譜密度上升；相對與信息信號，脈沖干擾只經(jīng)過了一次被模二相加的調(diào)制過程，頻譜被擴展，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?？梢园烟鴷r理解為：用一定碼序列進行選擇的多時片的時移鍵控。它指序列元素間有確定關(guān)系存在，但具有與隨機序列類似的下列性質(zhì)： 在有限長度或一周期內(nèi)各元素的個數(shù)相差不超過 1，即接 近等概率； 出現(xiàn) l個相同值或稱 l 長游程的概率接近 q1 ； 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 9 相關(guān)函數(shù) ??? ??10)(pi ciiaaR ? 在 0?? 時為 p,? =0 時不超過177。一般情況下周期是 12?n 的因子。這樣只有相同的 PN 碼才會輸出相同跳變次序的頻率。另一端就是信號的接收、放大、解調(diào)得到有用的信息。 FHSS 系統(tǒng)組成框圖如圖 所示。不同用途的頻率合成器 ,對頻率間隔的要求是不相同的。 跳頻碼發(fā)生器 是產(chǎn)生偽隨機序列的部分，用它產(chǎn)生的偽隨機序列去控制頻率合成器來產(chǎn)生我們 所需要的頻率。 )(1ts 在信道中與其它地址信號 )(tsj , 噪聲 )(tn 以及千擾 )(tj 組合后進入接收機的信號 )(tsr 為： ?? ???? kj jr tjtntststs 21 )()()()()( （ 32） 其中 : )(1ts 為發(fā)射端的有用信號 : )(tsj 是其它地址信號 ( kj ,2?? )， )(tsr 進 入 接收機與本地信號 ])co s[( rr tn ??? ?? ? 相乘后得 : ])c os [()]()()()([)( 21 rrkj jp tntjtntststs ??? ?????? ??? （ 33） 式中 : r? 為本地頻率合成器的中心頻率，與 0? 差一個中頻 1? 。因此，常采用偽隨機改變的跳頻圖案。 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 15 圖 跳頻圖案 圖 (a)中所示為一快跳頻圖案，它是在一個時間段內(nèi)傳送一個碼位 (比特 )的信息。 FHSS 通信抗干擾方式 通信收 、發(fā)雙方的跳頻圖案是事先約定好的，或者是由發(fā)方通知收方的。跳頻圖案中受到這兩種干擾時就用全黑色方塊來表示。為了有效地干擾跳頻系統(tǒng)，在通信頻率跳到新的頻率之前，干擾機必須完成從偵聽到施放干擾的全過程。 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 18 跳頻頻率的數(shù)目，與抗單頻干擾及多頻干擾的能力有關(guān)。系統(tǒng)同步時間的長短將影響該系統(tǒng)的頑存程度。由于跳頻速率很快，從而在宏觀上實現(xiàn)了頻譜的擴展。 FHSS 擴展頻譜具有抗單頻干擾、多頻干擾的能力，還具有抗部分頻帶和太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 19 寬帶干擾的能力。 FHSS 系統(tǒng)的同步一般包括跳頻圖案的同步、幀同步、信息碼元同步等。用匹配濾波器同步，一般是對同步字頭進行匹配濾波，一旦輸入的 FHSS 信號與匹配濾波器相匹配，就表示收到了同步字頭，即完成了時間的同步，接收端就可以從此刻啟動本地頻率合成器，從而完成了跳頻同步口為提高同步性能，多采用匹配濾波器組，如采用聲表面波匹配濾波組。為了保證 TOD 信息的正確接收，在如圖 。接著，就依照同步信息的指令開始同步跳頻，即由等待階段轉(zhuǎn)入同步跳頻的階段，從而建立了FHSS 系統(tǒng)的同步。 仿真算法、仿真語言和仿真程序構(gòu)成了數(shù)字仿真軟件。 仿真參數(shù)：工作頻段： 1~40MHz；跳頻間隔： ；跳頻范圍： 5MHz~6MHz； 跳頻速度： 200h/s?？梢钥吹?FHSS 信號的幅度和相位特性兩個 ,幅度代表能量 ,觀察幅度的分布就知道 FHSS 信號能量的分布 .共有 3000個采樣點。第二，比較系統(tǒng)的學習了擴頻通信，重點掌握了 FHSS 通信系統(tǒng)的原理以及設計要求。做論文設計時， 由于自己經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導和同學們的幫助，想要完成這個設計是難以想象的。如果沒有大家的幫助，我的畢業(yè)設計也不會進行的那么順利。 % 120 ones for bit 1 end c=cos(t)。)。 t2=[0:2*pi/19:2*pi]。 c2=[c2 c2 c2 c2 c2 c2]。 spread_signal=[]。 end end subplot(4,1,3) plot([1:3000],spread_signal)。 title(39。 subplot(2,1,2)。 end c=cos(t)。)。 t2=[0:2*pi/19:2*pi]。 c2=[c2 c2 c2 c2 c2 c2]。 spread_signal=[]。 end end subplot(4,1,3) plot([1:3000],spread_signal)。 title(39。 subplot(4,1,4) 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 38 plot([1:3000],freq_hopped_sig)。 case(5) spread_signal=[spread_signal c5]。 c5=[c5 c5]。 c1=[c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1]。)。 title(39。 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 36 for k=1:25 if s(1,k)==0 sig=ones(1,120)。\bf\it 跳頻擴頻信號及其 FFT 算法 39。 subplot(4,1,4) plot([1:3000],freq_hopped_sig)。 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 35 case(5) spread_signal=[spread_signal c5]。 c5=[c5 c5]。 c1=[c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1]。)。 title(39。 % Creating 60 samples for one cosine for k=1:25 if s(1,k)==0 sig=ones(1,120)。 我還要感謝和我一起做畢業(yè)設計的同學們。在程序的運行和結(jié)果分析中可以看出系統(tǒng)很好的實現(xiàn)了設計的要求，充分體現(xiàn)了 FHSS 通信系統(tǒng)一些良好的特性。 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 27 設計總結(jié) 通過本次 FHSS 通信系統(tǒng) 仿真設計 我又學到了不少的知識和技能：第一，學會了使用MATLAB 軟件編寫程序來實現(xiàn)一些簡單的通信系統(tǒng)。 從圖中可以顯著的看到 FHSS 信號在隨機的改變其載頻的頻率，無法去預測下一跳的具體載頻頻率，從而保證了通信的保密性和抗干擾性等性能 。 在接收信號時收信機通常采用 超外差式接收機，使接收到的信號比接收端頻率合成器的輸出信號低一個中頻，然后該接收信號與頻率合成器的輸出信號進行混頻從而實現(xiàn)解擴，輸出一個固定中頻信號。 仿真計算：根據(jù)初步的仿真結(jié)果對該數(shù)學模型進行驗證。 太原科技大學華科學院畢業(yè)設計（論文） 21 圖 圖中，接收端在頻率 f6 上等待接收跳頻信號；發(fā)送端發(fā)送的跳頻信號的載波頻率依次在f f f f f f6 … 上跳變。 同步字頭法，發(fā)端需發(fā)送含有同步信息的碼字，收端解碼后，依據(jù)同步信息使收端本地跳頻器與發(fā)端同步。收端根據(jù)同步字頭的特點，可以從接收到的 FHSS 信號中將它識別出來，作為調(diào)整本地時鐘或偽隨機碼發(fā)生器的依據(jù)，從而使收發(fā)雙方同步。由于時鐘漂移、收發(fā)信機之間的距離變化，在時間上有差異 。如果給現(xiàn)有的窄帶通信系統(tǒng)加裝上能使其載波頻率按照某種跳頻圖案跳變并能實現(xiàn)同步接收的裝置，則可改造成為 FHSS 通信系統(tǒng)。 FHSS 擴展頻譜在機理上與直接序列擴展頻譜大不相同。在甚高頻電臺中，一般跳速在 500 跳／秒。跳頻帶寬的大小，與抗部分頻帶的干擾能力有關(guān)。跟蹤式干擾的有效干擾是有條件的，這個條件除功率因素外，還應當滿足干擾橢圓的要求，如圖 所示。 圖 給出了方式 1 和方式 2 的干擾策略與跳頻圖案的關(guān)系。 圖 發(fā)射接收跳頻圖 其中 t 表示時間， s 表示空間， f 表示頻率。也可將這個時頻域看作一個棋盤，橫軸上的時間段與縱軸上的頻率段構(gòu)成了棋盤格子。 通常我們希望頻率跳變的規(guī)律不被另一方所識破，所以需要隨機地改變以至無規(guī)律可循才好。接收機中的頻率合成器也 按相同的順序跳變，產(chǎn)生一個本振頻率，經(jīng)混頻后，送到解調(diào)器解調(diào)出傳送的信息。頻率準確度是指頻率合成器工作頻率偏離規(guī)定頻率的數(shù)值 ,即頻率誤差。兩個相鄰頻率之