跳頻擴頻通信系統(tǒng)設(shè)計及simulink仿真

1、個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用通信仿真技術(shù)實驗報告一、 實驗工程名稱： 跳頻擴頻通信系統(tǒng)的設(shè)計及simulink 仿真二、有關(guān)擴頻系統(tǒng)的背景介紹擴展頻譜 <Spread Spectrum，SS）通信系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于軍事通信、移動通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、測距、定位等領(lǐng)域。它利用頻譜擴展技術(shù)將需要發(fā)送的信息信號擴展到一個很寬的頻帶上，使射頻帶寬比信息帶寬寬得多，然后再發(fā)送出去。在接收端則通常通過相干解擴將信號重構(gòu)出來。這種通信系統(tǒng)以占用比原始信號帶寬寬得多的射頻帶寬為代價，來獲得更強的抗干擾能力和更高的頻譜利用率。 b5E2RGbCAP在通信系統(tǒng)中采用擴頻技術(shù)有許多優(yōu)點：比如具有較強的抗干擾能力；具有較強

2、的隱蔽性和抗測向、抗偵察能力；具有優(yōu)良的多址接入能力，是碼分多址的關(guān)鍵技術(shù)；具有很強的抗頻率選擇性衰落的能力；抗多徑干擾；可進(jìn)行高分辨率的測向、定位等等。 p1EanqFDPw按照擴頻方式的不同，擴頻通信系統(tǒng)主要可分為：直接序列擴展頻譜系統(tǒng) <Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）跳頻系統(tǒng) <Frequency Hopping，F(xiàn)H）跳時系統(tǒng) <Time Hopping，TH ）。 DXDiTa9E3d跳頻是擴頻的另外一種方式。在跳頻系統(tǒng)中，調(diào)制載波頻率受偽隨機碼的控制，不斷地以偽隨機規(guī)律跳變，以躲避點干擾和窄頻干擾。跳頻系統(tǒng)可以看成是載波

3、頻率按照指定的偽隨機規(guī)則跳變的多元頻移鍵控<M-FSK ）系統(tǒng)。根據(jù)跳頻速率 <跳 /s）與傳輸信息速率 <bps）之間的關(guān)系，可以將跳頻系統(tǒng)分為慢跳頻系統(tǒng)和快跳頻系統(tǒng)：若<），則為快跳頻，反之為慢跳頻。RTCrpUDGiT三、實驗?zāi)康?：本實驗的目的是通過搭建跳頻擴頻系統(tǒng)的模型，了解跳頻擴頻通信系統(tǒng)的原理，并掌握simulink 的操作使用方法。 5PCzVD7HxA1 / 7個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用四、實驗內(nèi)容跳頻系統(tǒng)是一種瞬時窄帶系統(tǒng)。在接收機端，本地恢復(fù)載波也受偽隨機碼的控制，并保持與發(fā)送的跳頻變化規(guī)律一致，這樣，以頻率跳變的本地恢復(fù)載波對接收信號進(jìn)行變頻 &l

4、t;相乘）后，就能得到解擴<解跳頻）信號，然后對解擴后的信號再進(jìn)行相應(yīng)的解調(diào)即可恢復(fù)數(shù)據(jù)。由于跳頻系統(tǒng)中載頻不斷改變，在接收機中跟蹤載波相位較為困難，所以跳頻系統(tǒng)中一般不采用需要相干方式解調(diào)的調(diào)制方式，如PSK 等，而是采用一些可非相干解調(diào)的調(diào)制方式，最常用的是 FSK 調(diào)制。 jLBHrnAILg設(shè)數(shù)據(jù)流波形為 a(t>,數(shù)據(jù)速率為，其取值為雙極性的 <1），進(jìn)行 FSK調(diào)制 <頻偏設(shè)為）后輸出信號的等效低通信號為b(t>,有 xHAQX74J0X設(shè)偽隨機序列控制下的瞬時頻率取值為f(t>, 隨著時間改變， f(t> 取值在頻率點，i=1,.N 上改

5、變。跳頻載波信號的等效低通信號為c(t>設(shè)為： LDAYtRyKfE跳頻就是以跳頻載波對數(shù)據(jù)調(diào)制信號的頻率搬移過程，跳頻輸出的等效低通信號 d(t>是：在接收端，以同步PN 碼控制的頻率偽隨機變化的載波<其等效低通信號為發(fā)送載波 c(t>的共軛信號）和接收信號混頻 <相乘）進(jìn)行解跳頻，得到解擴輸出信號為 Zzz6ZB2Ltk2 / 7個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用其中， n<t）和 J<t）分別表示噪聲和干擾信號，并且，以同步跳變的本地恢復(fù)載波對接收信號混頻后，就得到了解調(diào)后的窄帶信號b<t）和寬帶的噪聲以及干擾信號。同樣，以窄帶濾波器即可濾除大部分噪

6、聲和干擾，達(dá)到抗干擾的目的。dvzfvkwMI1五、實驗記錄以及結(jié)果分析設(shè)數(shù)據(jù)速率為 100bps，數(shù)據(jù)調(diào)制采用 2FSK 方式，頻率間隔為 100Hz。跳頻頻點為 32 個，調(diào)頻頻率間隔為 50Hz，調(diào)頻速率為 50 跳/S。設(shè)以偽隨機整數(shù)控制跳頻的載頻，接收機中解跳所用的本地恢復(fù)載波理想地跟蹤了發(fā)送載波頻率變化。新到設(shè)為 AWGN 信道。 rqyn14ZNXI該系統(tǒng)屬于一個慢跳頻擴頻系統(tǒng)。跳頻輸出信號帶寬約為Hz，其等效低通信號頻率變化范圍為 -800 800Hz。為了使仿真觀測范圍達(dá)到 -2000 2000Hz，信號采樣率應(yīng)設(shè)置為 4000 次 /s，所以每一個傳輸數(shù)據(jù)碼元的仿真采樣點數(shù)

7、為40 點。跳頻速率為 50 跳/s，故每跳持續(xù)時間為0.02s，對應(yīng)的采樣點數(shù)為80 點。偽隨機碼采用m 序列，也可采用Gold 序列。將偽隨機碼中每5bit 轉(zhuǎn)換為一個 0 31 的隨機整數(shù)，以控制跳頻載波的輸出頻率。由于假設(shè)接收機偽隨機碼是理想同步的，且信道沒有時延，因此在模型中可直接用發(fā)送方的偽隨機碼作為接收機恢復(fù)的偽隨機序列。EmxvxOtOco3 / 7個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用圖 1跳頻擴頻傳輸系統(tǒng)的仿真模型圖 2 PN 序列發(fā)生子系統(tǒng)根據(jù)以上分析建立傳輸測試模型。二進(jìn)制信源數(shù)據(jù)采用Bernoulli BinaryGenerator產(chǎn)生，模塊中采樣時間設(shè)為 0.01s。然后用 M-

8、FSK Modulator Baseband 模塊完成 2FSK 調(diào)制，其參數(shù)設(shè)置為：調(diào)制元數(shù)為 2，頻率間隔為 100Hz，每個符號的采樣點數(shù)為 40，這樣調(diào)制輸出的將是采樣率為 4000 次/s 的信號。由 PN 序列轉(zhuǎn)換得到的 0-31 隨機整數(shù)由子系統(tǒng) Subsystem PN Sequence產(chǎn)生，子系統(tǒng)中， PN 序列模塊的采樣時間間隔設(shè)置為 1/250s，并設(shè)置按幀輸出，每幀 5 個樣值 <即 5 個碼片），將幀格式轉(zhuǎn)換為基于取樣的信號后，用 Bit to Integer Converter 將每 5 碼片轉(zhuǎn)換為一個隨機整數(shù)輸出，作為跳頻載波頻率點的控制信號。輸出隨機整數(shù)的

9、速率是 250/5=50 個/s，等于跳頻速率。跳頻器采用 M-FSK Modulator Baseband1完成，其設(shè)置參數(shù)是：調(diào)制元數(shù) 32，輸入數(shù)據(jù)類型為整型，頻率間隔為 50，每符號的采樣點數(shù)為 80，這樣該模塊將輸出在 32 個頻點4 / 7個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用上跳頻速率為 50 次/s 的偽隨機跳頻載波信號。它是復(fù)信號，采樣率與2FSK 信息調(diào)制的輸出信號相同，為4000 次 /s。信息調(diào)制輸出和跳頻載波進(jìn)行相乘以實現(xiàn)跳頻擴頻。 SixE2yXPq5擴頻輸出經(jīng)過 AWGN 信道并加入一個150Hz 的單頻正弦波作為干擾源。在接收端，本地跳頻載波是發(fā)送跳頻載波信號的共軛信號，以相

10、乘完成解跳后，用 M-FSK Demodulator Baseband完成 2FSK 信息解跳，其設(shè)置與信息調(diào)制器對應(yīng)。與發(fā)送數(shù)據(jù)相比，解調(diào)輸出數(shù)據(jù)將會延遲一個碼元間隔時間<0.01s）。系統(tǒng)中可對比觀察收發(fā)數(shù)據(jù)波形，測試誤碼率，并用頻譜儀觀測跳頻，信道傳輸以及解跳，解調(diào)前后的信號頻譜，如圖3-5。6ewMyirQFL圖 3 跳頻前信號頻譜5 / 7個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用圖 4 跳頻后信號頻譜圖 5 調(diào)制波形和解調(diào)波形設(shè)置 AWGN 信道的噪聲方差為 1，單頻正弦波幅度為 1，執(zhí)行仿真后則可得到各關(guān)鍵傳輸點的信號頻譜?？梢钥吹?， 2FSK 信息調(diào)制輸出的頻譜頻率間隔為 100Hz，跳頻

11、擴頻后的信號頻譜中存在 32 個調(diào)頻頻點，間隔 50Hz 擴頻帶寬為 1600Hz。kavU42VRUs六、參考文獻(xiàn)1 王玉德，王金新 .基于 MATLAB 的跳頻擴頻通信系統(tǒng)的仿真研究J ，通6 / 7個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用信技術(shù)， 2018年第 06 期<43）： 21-23y6v3ALoS892 李德鑫，高憲軍 .基于 simulink 的 GMSK 跳頻通信系統(tǒng)設(shè)計 J ，吉林大學(xué)學(xué)報， 2007年第 2 期 <25）： 391-397M2ub6vSTnP3 佘明輝，佘輪 .基于擴頻技術(shù)的跳頻擴頻分析 J，電子技術(shù)， 2018.4：16-184 吳丹，王得成 .跳頻擴頻數(shù)字