1跳頻擴頻通信系統(tǒng)設(shè)計及simulink仿真

1、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SpreadSpectrumSS）通信系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于軍事通信、移動通信、雷達、導航、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。 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

2、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；可進行高分辨率的測向、定位等等。 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)DirectSequenceSpreadSpectrumDSSS）跳頻系統(tǒng)FrequencyHopping,FH）跳時系統(tǒng)TimeHopping,TH）。 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)跳頻速率其跳/s）與傳輸信息速率E）bps）之間的關(guān)系，可以將跳頻系統(tǒng)分為慢

3、跳頻系統(tǒng)和快跳頻系統(tǒng)：若曰），則為快跳頻，反之為慢跳頻。三、實驗?zāi)康模罕緦嶒灥哪康氖峭ㄟ^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。 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載波對接收信號進行變頻相乘）后，就能得到解擴,數(shù)據(jù)速率為 J,其取值為雙極性的z1）,進行 FSK 調(diào)制,有 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 點目，i=1,.N 上改變。跳頻載波信號的等效低通信號為 c（t設(shè)為: 跳頻就是以跳頻

4、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的共腕信號回）和接收信號混頻相乘）進行解跳頻，得到解擴 輸出信號因為 其中，nt）和 Jt）分別表示噪聲和干擾信號，并且 NI,以同步 跳變的本地恢復載波對接收信號混頻后，就得到了解調(diào)后的窄帶信號 bt）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聲和干擾，達到抗干擾的目的。 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

5、。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。 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 HzHz,其等效低通信號頻率變化范圍為-800800Hz。為了使仿真 觀測范圍達到-20002000Hz,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)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 序歹將偽隨機碼中每 5bit 轉(zhuǎn)換為一個 031 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

6、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的偽隨機序列 圖 1 跳頻擴頻傳輸系統(tǒng)的仿真模型 TQ SflinpieSflinpie PNSequTiD&PNSequTiD&衛(wèi)?情且StalusBittnIntegerBittnInteger GeneatoConveisionConverterGeneatoConveisionConverter 圖 2PN 序列發(fā)生子系統(tǒng) TLL-L-LT temodli h叫 flanoulliBinaiy LTlM U-FSK l.b-z-. Modular 匕ztr.F 9(SM2 帆 限潮Fundion MQCJ

7、BI7 E睽忸位 日ititt:lntrt:lntr CinvertefCinvertef PNS|u*rPNS|u*re&e& LI-F5K 刖娟刑 &FF 機如T 2-1 BnirRde 二心 M-FSK DerwiulsKr日日就LTlM M-F5K M-FSK Rilerzn Rx $防4卜klSK Pwl閽樵墟的熟 SpiifjTi Sml Dull 根據(jù)以上分析建立傳輸考試模型。二進制信源數(shù)據(jù)采用 BernoulliBinary Generator 產(chǎn)生，模塊中采樣時間設(shè)為 0.01so然后用 M-FSKModulatorBaseband 模塊完成 2FSK調(diào)制，其參數(shù)設(shè)置為：調(diào)制

8、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)SubsystemPNSequenc染生， 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BittoIntegerConverter 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)的速率是 250/5=50 個/s,等于跳頻速率。跳頻器采用M-FSKModulatorBaseband1 完成，其設(shè)置

9、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個頻點上跳頻速率為 50次/s的偽隨機跳頻載波信號。它是復信號，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行相乘以實現(xiàn)跳頻擴頻。 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腕信號，以相乘完成解跳后，用M-FSKDemodulatorBaseband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

10、） 。 系統(tǒng)中可對比觀察收發(fā)數(shù)據(jù)波形，考試誤碼率，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。 -Z） 圖 3 跳頻前信號頻譜 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。可以看到，2FSK信息調(diào)制輸出的頻譜頻率間隔為 100Hz,跳頻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。 六、參考文獻 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,通信技術(shù)， 2018年第 06 期43):21-23 2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 學學報，2007 年第 2 期25):391-397 3余明輝，余輪.基于擴頻技術(shù)的跳頻擴頻分析J,電子技術(shù)，2018.4:1618