搜索
基于MATLAB的FHSS通信系统的设计与实现班级：电子与通信工程姓名：姚永宪学号：12013002316论文的结构和主要内容第一章绪论第二章FHSS通信系统原理第三章FHSS通信系统仿真及性能分析第四章设计总结主要设计内容本设计主要研究设计FHSS通信系统，设计了FHSS通信系统的MATLAB仿真，设计要求FHSS通信系统要具有抗干扰、FHSS同步、误码率小和保密等特性。背景和意义背景当今信息时代，如何有效的利用宝贵的频带资源，如何进行准确可靠的信息通信是通信领域中至关重要的问题。扩频通正是在这种背景下迅速发展起来的。从20世纪40年代起，人们就开始了对扩频技术的研究，其抗干扰、抗窃听、抗测向等方面的能力早已为人们所熟知。但由于扩频系统的设备复杂，对各方面的要求都很高，在当时的技术条件下，要制成适应军事和民用需要的扩频系统是不可能的，因而扩频技术发展缓慢。进入20世纪60年代后，随着科学技术的迅速发展，许多新型器件的出现，特别是大规模、超大规模集成电路、微处理器、数字信号处理（DSP）器件、扩频专用集成电路(ASIC)以及像声表面波（SAW）器件、电荷耦合器件（CCD）这样的新型器件的问世，使扩频技有了重大的突破和发展，许多新型系统相继问世，兵在实际的使用和实验中显示出了它们的优越性，使扩频通信成为未来通信的一种重要方式。并因此受到了人们极大的重视。背景和意义扩展频谱系统主要包括以下几种扩频方式：直接序列扩频（DS）跳频（FH）跳时（TH）线性调频（Chirp）本文中主要讲述对跳频通信的研究，采用跳频技术是为了确保通信的秘密性和抗干扰性。跳频通信的优点1.抗干扰性强跳频通信抗干扰的机理是“打一枪换一个地方”的游击策略，敌方搞不清跳频规律，因而具有较强的抗干扰能力。一方面，我方的跳频指令是个伪随机码，其周期可长达十年甚至更长的时间。另一方面，跳变的频率可以达到成千上万个。因此，敌方若在某一频率上或某几个频率上施放长时间的干扰也无济于事。另外，跳频频率受伪随机码控制而不断跳变，在每一个频率的驻留时间内，所占信道的带宽是很窄的。由于频率跳变的速率非常快，因而从宏观上看，跳频系统又是个宽带系统，即扩展了频谱。事实上，跳频的带宽就是频率的数目与每个频率所占信道带宽的乘积。由扩频通信理论可知，扩展频谱的好处可以换取更好的信噪比。跳频通信的优点2.频谱利用率高识到频谱资源十分宝贵，因此，提高频谱利用率也是现代通信的基本要求之一。跳频通信可以利用不同的跳频图案或时钟，在一定带宽内容纳多个跳频通信系统同时工作，达到频谱资源共享的目的，从而大大提高频谱利用率。3.易于实现码分多址多址通信是指许多用户组成一个通信网，网内任何两个用户都可达成通信，并且多对用户同时通信时又互不干扰。应用跳频通信可很容易地组成这样一个多址通信网。网内各用户都被赋于一个互不相同的地址码，这个地址码恰似电话号码。每个用户只能收到其他用户按其地址码发来的信号才可判别出是有用信号，对其他用户发来的信号，则不会被解调出来。跳频通信的优点4.兼容性对于跳频通信而言，兼容的含义是指一个跳频通信系统可以与一个不跳频的窄带通信系统在定频上建立通信。显而易见，兼容的好处在于，先进的跳频电台可与常规的定频电台互通。这在跳频电台的研制上比较容易实现——只要将常规电台加装跳频模块即可变成跳频电台。显然，跳频模块是整个跳频电台的关键部件。5.解决了“远——近”问题6.时间短、入网快应用跳频技术战术电台，蜂窝移动通信，光纤网络GSM、无线局域网、室内无线通信、卫星通信、水下通信、雷达、微波等多个领域也得到了广泛的应用。FHSS通信系统原理所谓FHSS(Frequency-HoppingSpreadSpectrum)，就是用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，所以称为FHSS。FHSS通信系统原理组成部分发送端：包括信源、数据调制器、频率合成器、跳频序列发生器、高通滤波器、以及发送端天线等。其原理框图如图1所示：图1.跳频通信系统发送端原理框图FHSS通信系统原理组成部分接收端：包括高通滤波器、频率合成器、跳频序列发生器、带通滤波器、同步电路、数据解调器、信宿以及接收端天线等。其原理框图如图2所示：图2.跳频系统接收端原理框图FHSS通信系统原理跳频图案FHSS通信系统原理发射接收跳频图FHSS系统组成框图在发送端，被传送的信号经过调制器的相应调制，便获得载波频率固定的已调波信号，再与频率合成器输出的主载波频率信号进行混频，其输出的已调波信号的载波频率达到射频通带的要求，经过高通滤波器后反馈至天线发射出去。FHSS系统的频率合成器输出的载波信号的频率是受跳频指令（伪随机序列）控制的。在时钟的作用下，跳频指令发生器不断地发出控制指令，频率合成器不断地改变其输出载波的频率。因此，混频器输出的已调波的载波频率也将随着指令不断地跳变，从而经高通滤波器和天线发送出去的就是跳频信号。。收信机通常采用超外差式接收机，使接收到的信号比接收端频率合成器的输出信号低一个中频，然后该接收信号与频率合成器的输出信号进行混频从而实现解扩，输出一个固定中频信号。之后经中频带通滤波器滤波后，把不需要的干扰抑制掉，经解调器把传送的信息恢复出来。MATLAB仿真频通信系统源程序仿真结果显示流程跳频通信系统源程序仿真结果显示流程•MATLAB仿真跳频通信系统源程序仿真各仿真波形MATLAB仿真跳频通信系统源程序仿真各仿真波形MATLAB仿真信源生成的信息序列，经2FSK调制，并受伪随机码控制，按一定规律跳变。接收端接收到的信号经高通滤波后送至混频器，在混频器与本振信号相乘并经中频带通滤波后，得到一个不变的中频信号，经中频放大器放大后，送到信息解调器恢复出原信息信号。其一系列仿真波形如上图3-2所示，图3-3给出其流程图。信息序列经过跳频传输，解跳判决后恢复的信号，和原信息序列基本相同，但存在一定的误码，系统精确性有待改善。恢复的信息与原信息序列存在一定的误码，原因有三点：一是系统中叠加有噪声，二是各种滤波器的设计存在一定的缺陷使得滤波特性不理想，三是仿真图中有些部件的参数设置存在误差，所以在最终的判决恢复时，使得恢复序列存在一些误码。这也是这次快跳频通信系统仿真设计中需要进一步完善的地方。MATLAB仿真如上图所示，随机产生的二进制序列Originalbitsequence，作为待传输的数据信号，经过2FSK调制后，得到2FSKmodulatedsignal，其中随机产生的调频信号为spreadsignalwith6frequencies，信号共有六种频率，跳频调制后的输出信号是frequencyhoppedspreadspectrumsignal，由图可见，对于此数据信号，频率成分增加，带宽被展宽，并且表现出随机性，因此对于接收方而言，如果不知道频率跳变的规律是无法解调出原数据信号的。符合跳频性能的优点。谢谢观赏！最后请大家批评指正