【正文】 我要將心底最誠摯的祝福獻給他們。在此特別感謝。在做畢業(yè)設計的過程中， ****始終為我把握前進的方向，使我在理論上得到了很大的提高。 致謝 首先，我要衷心感謝我的指導老師 ****教授。 跳頻通信除了在軍事領(lǐng)域外在移動通信、個 人通信 (PCS)、個人通信網(wǎng)絡（ PCN）等通信領(lǐng)域中也得到了越來越廣泛的應用，因而受到世界各國的極大重視。跳頻同步關(guān)系到跳頻通信的整體性能，在同一個網(wǎng)內(nèi)，跳頻電臺要實現(xiàn)通信， 必須在同一時間同步地跳到相同的頻率上，在惡劣的電磁波環(huán)境下，同步系統(tǒng)要求快速、準確、可靠地完成跳頻同步，具有良好的保密性和抗干擾性，能夠在容限電平情況下正常工作，而且不能影響信息傳輸?shù)馁|(zhì)量。 跳頻圖案和跳頻同步是跳頻系統(tǒng)的難點，也是跳頻通信的關(guān)鍵。對跳頻通信系統(tǒng)的組成和如何工作進行了詳細的闡述。 本文就跳頻這一課題進行了研究，重點是 跳頻通信的特點和系統(tǒng)設計，在以下幾方面進行了研究。 跳頻系統(tǒng)是通過載頻跳變來抗干擾的，對于分布于整個跳頻帶寬內(nèi)的干擾，跳頻通信無論跳到哪里，干擾都存在的，所以跳頻系統(tǒng)無法抗拒干擾。一般地，若誤碼率為 10n，則至少需要仿真 10n+1 個點，才能保證誤碼率統(tǒng)計結(jié)果可信。由于系統(tǒng)誤碼的隨機性，對于有限 的統(tǒng)計時間，誤碼統(tǒng)計模塊的測量結(jié)果 p180。e = pe。若在統(tǒng)計時間內(nèi)，接收的總碼元數(shù)為 N，其中誤碼個數(shù)累計為 n，則誤碼統(tǒng)計模塊測量結(jié)果為： p180。 Delay=indexL 求得延時 delay 后將 Error Rate Calculation 模塊的 Receive delay 參數(shù)設為此值 ，這樣，發(fā)送與接收比特才能進行誤碼統(tǒng)計。 [m,index]=max(xcorr(Rx,Tx))。將系統(tǒng)仿真時間設置為 1s，分別將 Tx 與 Rx 通過 signal to workspace 模塊輸送到工作區(qū)，并且應取名為 Tx 和 Rx。在 Simulink 仿真中，信號經(jīng)過濾波器以及調(diào)制解調(diào)模塊時都會產(chǎn)生延時。 圖 316 BFSK非相干解調(diào)子系統(tǒng) 誤碼率統(tǒng)計模型 Simulink 帶有誤碼率統(tǒng)計模塊，這里直接使用誤碼率統(tǒng)計模塊及 Display 模塊，如圖 317 所示。 由于本文跳頻系統(tǒng)的仿真中沒有考慮同步電路，因此接收端的本地跳頻序列控制頻率合成器產(chǎn)生跳變的頻率直接由發(fā)射端連接過來參與解跳，與接收信號相乘后通過一個低通濾波器即完成了解跳。 圖 315 4BFSK非相干檢測 非相干檢測：接收能量檢測的輸出記為 e和 e+ ，假設沒有干擾信號時，若傳輸數(shù)據(jù) d = 1，則 e+=0， e= S 上圖為解跳后，濾波前的波形圖，下圖為濾波后的波形圖，只剩下 600Hz 和 400Hz 的頻率信號。通過scope 觀察跳頻調(diào)制后的信號波形如下： 信道模型 本文討論了跳頻通信系統(tǒng)的抗干擾性能，在模擬實際通信環(huán)境中，因為傳輸?shù)倪^程一定存在噪聲干擾，有很多種復雜的信道，故在搭建信道模型時選取 了最簡單和典型的噪聲，建立了在高斯白噪聲下的抗干擾模型，仿真模塊直接采用simulink 中的 AWGN 模塊來模擬，在建模過程中選取每比特的信息和噪聲的比為15dB,改變信噪比的大小，可以得到不同信噪比下跳頻通信系統(tǒng)的誤碼率，具體參數(shù)設置如圖 313： 圖 313 高斯信道參數(shù)設置 調(diào)制后的信號經(jīng)過信道的傳送，下圖的波形為通過干擾前后的對比： FH解調(diào)仿真模型 接收端的解調(diào)模塊，默認為與發(fā)端已經(jīng)同步（前面已經(jīng)詳細講述收發(fā)端同步的偽隨機碼），信號 1 是經(jīng)過高斯白噪聲信道的信號， 2 是 跳頻信號。 發(fā)送端混頻器 將經(jīng)過 BFSK 調(diào)制后的信息信號搬移到跳頻圖案上制定的頻率上去。 圖 310 偽隨機碼序列生成器 圖 311 為 偽隨機碼序列生成器產(chǎn)生的偽隨機碼 圖 311產(chǎn)生的偽隨機碼 跳頻頻率的大小由 VCO（壓控振蕩器）模塊的 Oscillation frequency 和Inputsensitivity 兩個參數(shù)來決定，分別用符號 f 和 d 來表示。 m 序列生成器的各寄存器如圖 39 所示與對應的權(quán)值做加權(quán)求和，由該和值控制 VCO 來產(chǎn)生跳頻頻率。此部分的作用是產(chǎn)生頻率跟隨偽隨機碼變化的載波，在本文仿真系統(tǒng)中，才用間接頻率合成的方法來構(gòu)造頻率合成器，原理框圖如圖 39 所示。 未編碼的 FH/BFSK 系統(tǒng)框圖：默認情況下收端的 PN 序列產(chǎn)生器與發(fā)送端已經(jīng)同步，因此接收端的解跳可以去除載波頻率的影響，接下來是傳統(tǒng)的非相干 BFSK 解調(diào)。 BFSK 信號在跳頻模式下跳頻信號： x(t)= S2 sin((w+wn+dn?w)t) nTb≤ t≤ (n+1)Tb (32) 其中 wn 為 w0 + nw?，表示第 n 個傳輸間隔的跳頻載波頻率。 圖 36 基本信號經(jīng)過 BFSK調(diào)制后的信號功率譜 從 scope 中可以觀察到 BFSK 調(diào)制前后的時域圖： 圖 37 BFSK調(diào)制前后時域圖 從上圖不難看出 0 和 1 的調(diào)制頻率是不一樣的。 在本文中采用的是二進 制頻移鍵控（ 2FSK）， 2FSK 信號是由頻率分別為 f1 和f2 的兩個載波對信號源進行頻率上的控制而成的，其中 f1 和 f2 是兩個頻率有明顯差別的且都遠大于信號源頻率的載波信號， 2FSK 信號產(chǎn)生的 simulink 仿真模型如圖所示： 圖 35 2FSK調(diào)制信號的 simulink模型圖 參數(shù)設置如下：符號 1 用頻率 600Hz 來表示，符號 0 用頻率 400Hz 來表示。 ?w 對應 dn取 1 和 0 的頻率。在低速數(shù)據(jù)傳輸中得到廣泛的應用，同時在跳頻通信系統(tǒng)中也比較的實用。 信息 BFSK 調(diào)制仿真模型 用 MATLAB 集成環(huán)境中的 Simulink 仿真平臺，根據(jù)數(shù)字調(diào)制信號中，在二進制時有振幅鍵控（ ASK）、頻移鍵控（ FSK）和相移鍵控（ PSK）三種基本信號形式。圖 32 中各仿真模型將在下文詳細介紹。 第二節(jié) 跳頻系統(tǒng)仿真模型 根據(jù)前面對跳頻通信基本原理的介紹，得到如圖 31 所示的跳頻系統(tǒng)仿真原理框圖，由于本文主要討論的是跳頻通信最為一種 通信體制，因此在利用Simulink仿真工具搭建跳頻通信系統(tǒng)仿真模型時假設收發(fā)雙方的跳頻碼序列已經(jīng)同步，亦即收發(fā)雙方的跳頻頻率已經(jīng)取得了同步。而每個子模型庫又包含許多功能塊，同時用戶也可以定制或創(chuàng)建所需模塊。另外，若在仿真系統(tǒng)中采用一些畫圖模塊如 Scope 模塊、 GraphScope 模塊等，那么直接點擊模塊就 可觀看仿真結(jié)果了。 仿真方便 用兩種仿真方式，第一種是通過 Simulation的菜單方式，直接點 Simulation，然后在點 Start 即可，非常方便、快捷。 用方框圖進行建模 采用此結(jié)構(gòu)畫模型就像用筆和紙來畫一樣容易，其與普通的利用微分方程或是差分方程建模比具有直觀、方便、活等 優(yōu)點。在 Aimulink 仿真中，框圖中的每一個模塊在每個時間步長上執(zhí)行一次，也就是說，所有的模塊在每一個時間步長上同時執(zhí)行 ，這種仿真被稱為時間流仿真；而在 Matlab 仿真中，函數(shù)按照數(shù)據(jù)流的順序依次執(zhí)行，這就意味著處理的數(shù)據(jù)首先要經(jīng)過一個運算階，然后再激活下一個運算階，這種仿真被稱為數(shù)據(jù)流仿真。Simulink 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣速率的多速率系統(tǒng)。既通過模擬得到的公式所需要的變量，然后用公 式計算有關(guān)系統(tǒng)性能的參數(shù)。 通信系統(tǒng)的仿真一般有兩種途徑：一是基于波形的計算機模擬，即直接得到 與系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)字波形序列，然后統(tǒng)計處理得到的性能參數(shù)。另外，通信系統(tǒng)研制過程中所需要的大量的計算和分析，如用傳統(tǒng)的基于公式的分析方法， 既要對實際的通信系統(tǒng)進行簡化和近似，又要對設計參數(shù)和系統(tǒng)之間的關(guān)系提供準確的公式，這顯然使矛盾的，而借助于計算機的快速運算功能能夠很好的解決這一矛盾，并且利用計算的圖形顯示技術(shù)，使得公式推導的結(jié)果形象逼真的顯示出來。省時省力，成本低，能夠縮短研制開發(fā)周期，僅僅通過觀察仿真所得結(jié)果無需硬件實現(xiàn)即可達到目的。聯(lián)系這個三個活動的系統(tǒng)仿真的三要素：模型、系統(tǒng)和計算機（軟硬件）。研究對象可以是真實的系統(tǒng)，也可以是設想中的 系統(tǒng)。仿真就是將一個近似描述實際系統(tǒng)的數(shù)學模型進行二次模型變成一個仿真模型，然后將它放到計算機上進行運轉(zhuǎn)的過程。 同步狀態(tài)下的失步算法控制，即經(jīng)過多次失頻檢測后才確定系統(tǒng)已失去同步的策略，并選擇最佳的檢測次數(shù)。對此，需考慮下列各點： 同步信息本身的差錯控制，如糾錯編碼、多次重發(fā)、相關(guān)編碼、交織等。或者，人為地發(fā)出偽同步信息以迷惑敵人，從 而提高對同步信息的保護能力。 頻率跳變的速率要快，使跳頻信號的駐留時間變短，可防止跟蹤式干擾，從而保護同步字頭。為此，需要考慮如下幾點： 盡量使同步信號在空中存在的時間要短，使敵方難以在很短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)同步信號。采用跳頻技術(shù)的一個目的就是提高系統(tǒng)的抗干擾性，特別 是在電子戰(zhàn)的環(huán)境中，主要是抗敵方有意的干擾。這樣才能稱為一個快速、穩(wěn)定而可靠的同步系統(tǒng)。 同步系統(tǒng)的可靠性，包括系統(tǒng)同步的建立時間，正確同步概率和假同步的概率，系統(tǒng)同步保持時間等項指標。 因此可將這兩種方法進行組 合，得到一個綜合最佳的同步系統(tǒng)。 數(shù)字跳頻系統(tǒng)中，根據(jù)需要也可以采用不同方法的組合。它是依靠從接手到的跳頻信號中提取有關(guān)同步信息來實現(xiàn)跳頻同步的。 這種方法精確的時鐘減少了收發(fā)雙方偽隨機相位的不確定性，同步塊、準確、保密性好，是戰(zhàn)場通信中常用的一種同步方法。 例如，時鐘穩(wěn)定度為 104，第一跳的駐留時間 Th 為 10ms，即跳頻頻率速率Rh=1/Th=100h/s，定時后保持久跳所用的時間 th=Th/2*106=5*105s= 小時。若收發(fā)雙方都保持時間一致，且 通信距離已知，則可保證跳頻圖案的同步。 圖 27 同步信息數(shù)據(jù)幀格式 精確時鐘法，這種方法是用高精度時鐘實時控制收發(fā)雙方的跳頻圖案，即實時控制收發(fā)雙方的頻率合成器的頻率跳變。為了保證 TOD 信息的正確接收，在如圖 28 所示的同步信息數(shù)據(jù)幀格式中裝有位同步和幀同步位。實時時鐘信息包括年月日時分秒，毫秒、微秒、毫微秒等；狀態(tài)信息是指偽碼發(fā)生器實時的碼序列狀態(tài)。發(fā)端需要發(fā)送含有同步信息的碼字，接收端解碼后，依據(jù)同步信息使收端本地跳頻器與發(fā)端同步。數(shù)字系統(tǒng)跳頻同步方法不外乎同步字頭法，自同步法和精確時鐘法。 數(shù)字跳頻系統(tǒng)是指傳送數(shù)字話音或數(shù)據(jù)的跳頻通信系統(tǒng)。本文主要研究的是跳頻圖案的同步。 在傳送數(shù)字信息時，還應做到幀同步和位同步。 收、發(fā)端的跳變頻率應保證在接收端產(chǎn)生固定的中頻信號，即跳變的載波頻率與收端產(chǎn)生的本地跳變頻率相差一個中頻。 第六節(jié) 跳頻信號的同步 跳頻系統(tǒng)要實現(xiàn)跳頻通信，正確接收跳頻信號的條件是跳頻系統(tǒng)的同步。所以，接收機中的跳頻器還需要受同步指令的控制，