基于Matlab跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

..跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本原理跳頻〔FH,FrequencyHopping>用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說(shuō),用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制,使載波頻率不斷跳變,所以稱為跳頻。簡(jiǎn)單的頻移鍵控如2FSK,只有兩個(gè)頻率,分別代表傳號(hào)和空號(hào)。而跳頻系統(tǒng)則有幾個(gè)、幾十個(gè)甚至上千個(gè)頻率,由所傳信息與擴(kuò)頻碼的組合去進(jìn)行選擇控制,不斷跳變。跳頻擴(kuò)頻〔FrequencyHoppingSpreadSpectrum,FHSS利用整個(gè)帶寬〔頻譜并將其分割為更小的子通道。發(fā)送方和接收方在每個(gè)通道上工作一段時(shí)間,然后轉(zhuǎn)移到另一個(gè)通道。發(fā)送方將第一組數(shù)據(jù)放置在一個(gè)頻率上,將第二組數(shù)據(jù)放置在另一個(gè)頻率上,以此類推。跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)就是用偽隨機(jī)碼序列構(gòu)成跳頻指令來(lái)控制頻率合成器,在多個(gè)頻率中進(jìn)行有選擇的頻移鍵控。與直擴(kuò)系統(tǒng)相比,跳頻系統(tǒng)中的偽隨機(jī)序列并不直接傳輸,而是用來(lái)選擇信道。跳頻系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。信息信息解調(diào)信道擴(kuò)頻解調(diào)PN碼發(fā)生器A頻率合成器BPN碼發(fā)生器B信息調(diào)制擴(kuò)頻調(diào)制頻率合成器A噪聲噪聲........................圖1跳頻通信系統(tǒng)框圖跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點(diǎn)<1>抗干擾性強(qiáng)、誤碼率低由于利用了擴(kuò)展頻譜技術(shù),將信號(hào)擴(kuò)展到很寬的頻帶上,在接收端對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理即帶寬壓縮,使其恢復(fù)成窄帶信號(hào)。對(duì)干擾信號(hào)而言,由于與擴(kuò)頻信號(hào)不相關(guān),則被擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上,使之進(jìn)入信號(hào)通頻帶內(nèi)的干擾功率大大降低,因而具有較強(qiáng)的抗干擾能力。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)展的頻譜越寬,即擴(kuò)頻增益越高,其抗干擾能力也就越強(qiáng)。對(duì)大多數(shù)人為干擾而言,擴(kuò)頻系統(tǒng)都具有很強(qiáng)的對(duì)抗能力。

由于擴(kuò)頻系統(tǒng)優(yōu)良的抗干擾性能,誤碼率很低,正常條件下可低到10-10,最差條件下約10-6,完全能滿足國(guó)內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)對(duì)通道傳輸質(zhì)量的要求.<2>安全保密、隱蔽性好擴(kuò)頻通信也是一種保密通信。由于擴(kuò)頻信號(hào)在在相對(duì)較寬的頻帶上被擴(kuò)展了,單位頻帶內(nèi)的功率很小,信號(hào)湮沒在噪聲里,一般不容易被發(fā)現(xiàn),隱蔽性好。有的系統(tǒng)可在-20～-15dB信噪比條件下工作,對(duì)方很難測(cè)出信號(hào)的參數(shù),從而達(dá)到安全保密通信的目的。擴(kuò)頻信號(hào)還可以進(jìn)行信息加密,如要截獲和竊聽擴(kuò)頻信號(hào),則必須知道擴(kuò)頻系統(tǒng)用的偽隨機(jī)碼、密鑰等參數(shù),并與系統(tǒng)完全同步,這樣就給對(duì)方設(shè)置了更多的障礙,從而起到了保護(hù)信息的作用。<3>可進(jìn)行多址通信在發(fā)送端,充分利用各種不同碼型的擴(kuò)頻碼序列之間優(yōu)良的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制,在接收端利用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)提取出有用信號(hào),就可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶共享給定頻帶的碼分多址技術(shù)。雖然擴(kuò)頻系統(tǒng)占據(jù)了很寬的頻帶來(lái)完成信息的傳輸,但其很強(qiáng)的多址能力保證了它的高的頻譜利用率,其頻譜利用率比單路單載波系統(tǒng)還要高得多。這種多址方式組網(wǎng)靈活,入網(wǎng)迅速,適合于機(jī)動(dòng)靈活的戰(zhàn)術(shù)通信和移動(dòng)通信。<4>抗多徑干擾無(wú)線通信中抗多徑<發(fā)射的信號(hào)經(jīng)多條不同路徑傳播>干擾一直是難以解決的問題,利用擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性,在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號(hào)中提取分離出最強(qiáng)的有用信號(hào),也可把多個(gè)路徑來(lái)的同一碼序列的波形相加使之得到加強(qiáng),從而達(dá)到有效的抗多徑干擾?！?精確測(cè)距在擴(kuò)頻通信中如果擴(kuò)展頻譜很寬,則意味著所采用的擴(kuò)頻碼速率很高,每個(gè)碼片占用的時(shí)間就很短。當(dāng)發(fā)射出去的擴(kuò)頻信號(hào)在被測(cè)物體反射回來(lái)后,在接收端解調(diào)出擴(kuò)頻碼序列,然后比較收發(fā)兩個(gè)碼序列相位之差,就可以精確測(cè)出擴(kuò)頻信號(hào)往返的時(shí)間差,從而算出二者之間的距離。測(cè)量的精度決定于碼片的寬度,也就是擴(kuò)展頻譜的寬度。碼片越窄,擴(kuò)展的頻譜越寬,精度越高?；贛atlab的跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的建模與仿真對(duì)于跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng),主要包括信源發(fā)出的基帶信號(hào)、發(fā)送端產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼〔PN碼、頻率合成器產(chǎn)生待調(diào)制的載頻信號(hào)、FSK或ASK調(diào)制〔本系統(tǒng)采用FSK調(diào)制、接收端產(chǎn)生相同的擴(kuò)頻碼、頻率合成器產(chǎn)生和發(fā)送端相同的載波信號(hào)、FSK解調(diào)。其中頻率合成器產(chǎn)生的載頻信號(hào)頻率受到擴(kuò)頻碼的控制,本此設(shè)計(jì)中由頻率合成器產(chǎn)生1000Hz、1050Hz和1120Hz三種頻率的載頻。跳頻通信仿真程序流程圖如圖2。信號(hào)傳輸信號(hào)傳輸產(chǎn)生相同載頻信號(hào)FSk解調(diào)低通濾波數(shù)據(jù)輸出結(jié)束開始輸入基帶信號(hào)產(chǎn)生載頻信號(hào)FSK調(diào)制帶通濾波源程序如下：clcclearall%跳頻通信過(guò)程%給出3個(gè)頻點(diǎn),濾波后僅對(duì)第一個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行解擴(kuò)%初始化Ts=0.00001;fs=1/Ts;ENDTime=2-Ts;%2s%產(chǎn)生信源輸出的信息序列〔雙極性不歸零Tm=0.25;fm=1/Tm;%碼率[u,time]=gensig<'square',2*Tm,ENDTime,Ts>;y=2*<u-0.5>;figure<1>plot<time,y>;title<'信源輸出的信息序列'>xlabel<'time<sceonds>'>axis<[02-22]>%FSK調(diào)制T0=0.1;f0=1/T0;T1=0.2;f1=1/T1;[u0,time]=gensig<'sin',T0,ENDTime,Ts>;[u1,time]=gensig<'sin',T1,ENDTime,Ts>;y0=u0.*sign<-y+1>;y1=u1.*sign<y+1>;SignalFSK=y0+y1;%FSK信號(hào)%FSK調(diào)制的頻譜nfft=fs+1;Y=fft<SignalFSK,nfft>;PSignalFSK=Y.*conj<Y>/nfft;f=fs*<0:nfft/2>/nfft;figure<2>plot<f,PSignalFSK<1:nfft/2+1>>;title<'FSK調(diào)制后的頻譜'>xlabel<'frequency<Hz>'>axis<[0100-infinf]>%FSK調(diào)制后,低通濾波cof_low=fir1<64,25/fs>;SignalFSK_l=filter<cof_low,1,SignalFSK>;figure<3>plot<time,SignalFSK_l>;title<'FSK調(diào)制后經(jīng)過(guò)低通濾波的波形'>xlabel<'time<sceonds>'>axis<[02-22]>YSignalFSK_1=fft<SignalFSK_l,nfft>;PSignalFSK=YSignalFSK_1.*conj<YSignalFSK_1>/nfft;f=fs*<0:nfft/2>/nfft;figure<4>plot<f,YSignalFSK_1<1:nfft/2+1>>;title<'FFSK調(diào)制后經(jīng)過(guò)低通濾波的頻譜'>xlabel<'frequency<Hz>'>axis<[0100-infinf]>%混頻1fc1=1000;Tc=1/fc1;%頻點(diǎn)1000[Carrier,time]=gensig<'sin',Tc,ENDTime,Ts>;%產(chǎn)生擴(kuò)頻載波1MixSignal1=SignalFSK_l.*Carrier;%混頻2fc2=1050;Tc=1/fc2;%頻點(diǎn)1050[Carrier,time]=gensig<'sin',Tc,ENDTime,Ts>;%產(chǎn)生擴(kuò)頻載波2MixSignal2=SignalFSK_l.*Carrier;%混頻3fc3=1150;Tc=1/fc3;%頻點(diǎn)1150[Carrier,time]=gensig<'sin',Tc,ENDTime,Ts>;%產(chǎn)生擴(kuò)頻載波3MixSignal3=SignalFSK_l.*Carrier;figure<5>plot<time,MixSignal1,time,MixSignal2,'r',time,MixSignal3,'k'>;title<'混頻后的波形'>xlabel<'time<sceonds>'>axis<[02-22]>%帶通濾波cof_band=fir1<64,[fc1-12.5,fc1+12.5]/fs>;yMixSignal=filter<cof_band,1,MixSignal1>;cof_band=fir1<64,[fc2-12.5,fc2+12.5]/fs>;yMixSignal2=filter<cof_band,1,MixSignal2>;cof_band=fir1<64,[fc3-12.5,fc3+12.5]/fs>;yMixSignal3=filter<cof_band,1,MixSignal3>;figure<6>plot<time,yMixSignal,time,yMixSignal2,'r',time,yMixSignal3,'k'>;title<'經(jīng)過(guò)帶通濾波器的混頻信號(hào)'>xlabel<'time<sceonds>'>axis<[02-22]>YMixSignal=fft<yMixSignal,nfft>;PMixSignal=YMixSignal.*conj<YMixSignal>/nfft;f=fs*<0:nfft/2>/nfft;%傳輸信道Sign_send=yMixSignal;Sign_rec=Sign_send;%接收端解擴(kuò)fc=1000;Tc=1/fc;[Carrier,time]=gensig<'sin',Tc,ENDTime,Ts>;%產(chǎn)生擴(kuò)頻載波Sign_rec=Sign_send;ySign_rec=Sign_rec.*Carrier;figure<7>plot<time,ySign_rec>;title<'解擴(kuò)后的信號(hào)'>xlabel<'time<sceonds>'>axis<[02-11]>%低通濾波,取下邊頻；yrr=ySign_rec;cof_low=fir1<64,25/fs>;Sign_rec_l=filter<cof_low,1,ySign_rec>;figure<8>plot<time,Sign_rec_l>;title<'解擴(kuò)后的下邊頻的信號(hào)'>xlabel<'time<sceonds>'>axis<[02-11]>YSign_rec_1=fft<Sign_rec_l,nfft>;PSign_rec_l=YSign_rec_1.*conj<YSign_rec_1>/nfft;f=fs*<0:nfft/2>/nfft;figure<9>plot<f,PSign_rec_l<1:nfft/2+1>>;title<'解擴(kuò)后的下邊頻頻譜'>xlabel<'frequency<Hz>'>axis<[0100-infinf]>%FSK解碼cof_f0=fir1<64,[f0-0.25,f0+0.25]/fs>;cof_f1=fir1<64,[f1-0.25,f1+0.25]/fs>;DeFSK0=filter<cof_f0,1,Sign_rec_l>;DeFSK1=filter<cof_f1,1,Sign_rec_l>;rDeFSK0=DeFSK0.*u0;rDeFSK1=DeFSK1.*u1;rDeFSK=rDeFSK0-rDeFSK1;figure<10>plot<time,rDeFSK>;title<'抽樣判決信號(hào)'>xlabel<'time<sceonds>'>axis<[02-22]>%抽樣判決Sampletime=0.25/Ts;Message=[];Num=0;while<Num<2/Ts>if<mod<Num,Sampletim