畢業設計-基于matlab的fhss通信系統設計與實現(文件)

　

【正文】 nal c1]。 太原科技大學華科學院畢業設計（論文） 35 case(5) spread_signal=[spread_signal c5]。 title(39。 subplot(4,1,4) plot([1:3000],freq_hopped_sig)。)。\bf\it 跳頻擴頻信號及其 FFT 算法 39。 FHSS 接收端仿真程序 clc clear % 接收信號 s=round(rand(1,25))。 太原科技大學華科學院畢業設計（論文） 36 for k=1:25 if s(1,k)==0 sig=ones(1,120)。 signal=[signal sig]。 title(39。 subplot(4,1,2)。)。 t4=[0:2*pi/39:2*pi]。 c1=[c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1 c1]。 太原科技大學華科學院畢業設計（論文） 37 c3=[c3 c3 c3 c3]。 c5=[c5 c5]。 switch(c) case(1) spread_signal=[spread_signal c1]。 case(5) spread_signal=[spread_signal c5]。 title(39。 subplot(4,1,4) 太原科技大學華科學院畢業設計（論文） 38 plot([1:3000],freq_hopped_sig)。)。 title(39。)。 end end subplot(4,1,3) plot([1:3000],spread_signal)。 case(3) spread_signal=[spread_signal c3]。 spread_signal=[]。 c4=[c4 c4 c4]。 c2=[c2 c2 c2 c2 c2 c2]。 t6=[0:2*pi/119:2*pi]。 t2=[0:2*pi/19:2*pi]。 title(39。)。 plot(signal)。 end c=cos(t)。 carrier=[]。 subplot(2,1,2)。 axis([100 3100 ])。 title(39。)。 end end subplot(4,1,3) plot([1:3000],spread_signal)。 case(3) spread_signal=[spread_signal c3]。 spread_signal=[]。 c4=[c4 c4 c4]。 c2=[c2 c2 c2 c2 c2 c2]。 t6=[0:2*pi/119:2*pi]。 t2=[0:2*pi/19:2*pi]。 太原科技大學華科學院畢業設計（論文） 34 title(39。)。 plot(signal)。 % 120 ones for bit 1 end c=cos(t)。 carrier=[]。如果沒有大家的幫助，我的畢業設計也不會進行的那么順利。劉 老師那淵博精深的知識，務實嚴謹、精益求精的治學態度和一絲不茍的工作作風，深深的感染了我，也讓我改變了粗心大意，做事馬馬乎乎的壞毛病。做論文設計時， 由于自己經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導和同學們的幫助，想要完成這個設計是難以想象的。 設計要反復推敲每一步的可行性和合理性，只有這樣出來的結果才經得起實際的考驗。第二，比較系統的學習了擴頻通信，重點掌握了 FHSS 通信系統的原理以及設計要求。 在 解擴當中同樣可以吧各種噪聲的頻譜擴展的很寬，誤碼率越低，安全性越好，而在提取有用信號時，信息是在一個很窄帶寬上，其中的噪聲功率密度就已經很小了?？梢钥吹?FHSS 信號的幅度和相位特性兩個 ,幅度代表能量 ,觀察幅度的分布就知道 FHSS 信號能量的分布 .共有 3000個采樣點。第三個圖形是將要混頻 BPSK 信號的不同頻率的跳頻頻率。 仿真參數：工作頻段： 1~40MHz；跳頻間隔： ；跳頻范圍： 5MHz~6MHz； 跳頻速度： 200h/s。在時鐘的作用下，跳頻指令發生器不斷地發出控制指令，頻率合成器不斷地改變其輸出載波的頻率。 仿真算法、仿真語言和仿真程序構成了數字仿真軟件。 仿真語言：應用仿真語言編寫計 算程序。接著，就依照同步信息的指令開始同步跳頻，即由等待階段轉入同步跳頻的階段，從而建立了FHSS 系統的同步。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。為了保證 TOD 信息的正確接收，在如圖 。因此，它傳送跳頻同 步信息是以數據幀的格式進行的。用匹配濾波器同步，一般是對同步字頭進行匹配濾波，一旦輸入的 FHSS 信號與匹配濾波器相匹配，就表示收到了同步字頭，即完成了時間的同步，接收端就可以從此刻啟動本地頻率合成器，從而完成了跳頻同步口為提高同步性能，多采用匹配濾波器組，如采用聲表面波匹配濾波組。若收發雙方都保持時間一致，且通信距離己知，則可保證跳頻圖案的同步。 FHSS 系統的同步一般包括跳頻圖案的同步、幀同步、信息碼元同步等。因此，為了實現收、發雙方的跳頻同步，收端首先必須獲得有關發端的跳頻同步的信 息，它包括采用什么樣的跳頻圖案，使用何種頻率序列，在什么時刻從那一個頻率上開始起跳，并且還需要不斷地校正收端本地時鐘，使其與發端時鐘一致。 FHSS 擴展頻譜具有抗單頻干擾、多頻干擾的能力，還具有抗部分頻帶和太原科技大學華科學院畢業設計（論文） 19 寬帶干擾的能力。因此， FHSS 系統有如下特點： 由于它是瞬時窄帶系統，它易于與目前的窄帶通信系統兼容。由于跳頻速率很快，從而在宏觀上實現了頻譜的擴展。當然，一個 FHSS 系統的各項技術指標應依照使用的目的、要求以及性能價格比等方面綜合考慮才能作出最佳的選擇。系統同步時間的長短將影響該系統的頑存程度。 跳速越快，抗跟蹤式干擾的能力就越強。 太原科技大學華科學院畢業設計（論文） 18 跳頻頻率的數目，與抗單頻干擾及多頻干擾的能力有關。顯然，為了對付跟蹤式干擾，希望跳頻信號 的駐留時間越短越好，讓干擾機來不及施放干擾。為了有效地干擾跳頻系統，在通信頻率跳到新的頻率之前，干擾機必須完成從偵聽到施放干擾的全過程。所謂抗于擾能力強，實際上是指碰到干擾的概率小。跳頻圖案中受到這兩種干擾時就用全黑色方塊來表示。 這些干擾方式和 FHSS 通信的關系正像二人對奕時相互“出子”一樣，當雙方的“布子”落在時一頻域棋盤內的同一小格時，則干擾有效。 FHSS 通信抗干擾方式 通信收 、發雙方的跳頻圖案是事先約定好的，或者是由發方通知收方的。當通信收發雙方的跳頻圖案完全一致時，就可以建立 FHSS 通信了。 太原科技大學華科學院畢業設計（論文） 15 圖 跳頻圖案 圖 (a)中所示為一快跳頻圖案，它是在一個時間段內傳送一個碼位 (比特 )的信息。圖中橫軸為時間，縱軸為頻率。因此，常采用偽隨機改變的跳頻圖案。 這 樣，相乘后就落在中頻帶通濾波器的通帶之外，自然就不會對有用信號的解調發生影響。 )(1ts 在信道中與其它地址信號 )(tsj , 噪聲 )(tn 以及千擾 )(tj 組合后進入接收機的信號 )(tsr 為： ?? ???? kj jr tjtntststs 21 )()()()()( （ 32） 其中 : )(1ts 為發射端的有用信號 : )(tsj 是其它地址信號 ( kj ,2?? )， )(tsr 進 入 接收機與本地信號 ])co s[( rr tn ??? ?? ? 相乘后得 : ])c os [()]()()()([)( 21 rrkj jp tntjtntststs ??? ?????? ??? （ 33） 式中 : r? 為本地頻率合成器的中心頻率，與 0? 差一個中頻 1? 。 頻率跳變系統主要由偽碼發生器和頻率合成器兩部分組成。 跳頻碼發生器 是產生偽隨機序列的部分，用它產生的偽隨機序列去控制頻率合成器來產生我們 所需要的頻率。頻率轉換時間是指頻率合成器從某一個頻率轉換到另一個頻率 ,并達到穩定所需要的時間。不同用途的頻率合成器 ,對頻率間隔的要求是不相同的。在頻率合成器中 ,分波段的覆蓋系數一般取決于振蕩器的特性。 FHSS 系統組成框圖如圖 所示。在時鐘的作用下，跳頻指令發生器不斷地發出控制指令，頻率合成器不斷地改變其輸出載波的頻率。另一端就是信號的接收、放大、解調得到有用的信息。當對方摸不清“轉移規律”時，就很難截獲我方的通信內容。這樣只有相同的 PN 碼才會輸出相同跳變次序的頻率。 n 級非線性移位寄存器序列的周期不大于 n2 ，達到 n2 ),. ..,( 21 iinin aaaf ???? 1??ina 2??ina ia 。一般情況下周期是 12?n 的因子。圖中 ),( 21 iinin aaaf ????? 表示反饋函數。它指序列元素間有確定關系存在，但具有與隨機序列類似的下列性質： 在有限長度或一周期內各元素的個數相差不超過 1，即接 近等概率； 出現 l個相同值或稱 l 長游程的概率接近 q1 ； 太原科技大學華科學院畢業設計（論文） 9 相關函數 ??? ??10)(pi ciiaaR ? 在 0?? 時為 p,? =0 時不超過177。序列長度可以為 有限，也可以為無窮。可以把跳時理解為：用一定碼序列進行選擇的多時片的時移鍵控。下面將對系統中用到的跳頻技術做一更為詳細的介紹。在以下的圖 示概 圖 信號與噪聲的功率密度 念看出：待傳信息的頻譜被擴展了以后，能量被均勻地分布在較寬的頻帶上，功率譜密度下降；擴頻信號解擴以后，寬帶信號恢復成窄帶信息 ，功率譜密度上升；相對與信息信號，脈沖干擾只經過了一次被模二相加的調制過程，頻譜被擴展，功率譜密度下降，從而使有用信息在噪聲干擾中被提取出來。根據擴展頻譜的方式不同，擴頻通信系統可分為：直接序列擴頻（ DS）、跳頻（ FH）、跳時（ TH）、線性調頻以及以上幾種方法的組合。 依據這個理論我們就 得到了擴頻與解擴頻基本過程如下。就是說傳輸一定帶寬 F? 的信息，信噪比NS 可以和帶寬 W 互換，此結果與香農定理完全一致。擴頻通信正是利用了這一點，即用擴展頻譜的方法來換取較好的信噪比。對于單個用戶其帶寬效率很低，擴展頻譜的優點是很多用戶可以共享帶寬。這些 PN 序列是具有多個碼位的 0, 1 序列 (至少幾十個 bit)，它們是經過嚴格挑選的、具有良好的自相關性、但彼 此間卻近似相互正交、線性無關的。 擴頻通信的理論基礎 擴頻通信的工作原理是先用周期性地址碼或偽隨機噪聲序列碼 (PN)與信息信號相乘(即進行調制 )得到擴頻信號，它包含原始信息和地址碼信息。本章主要 介紹了跳頻通信及系統組成部分， 詳細闡述了跳頻通信的原理及跳頻通信的抗干擾方式和跳 頻通信同步。主要介紹了 FHSS 通信的理論基礎和 FHSS 系統的原理 及組成，進而對 FHSS 系統進行了深入精心的設計，設計了 FHSS 通信系統的 MATLAB 仿真， BPSK調制解調等仿真系統。本質上，FHSS 是一個 RF 系統，在這個系統中， RF 載波不斷跳變（這也是它名字的由來），從一個頻點跳到另一人頻點（在給定的頻率范圍內）。 一種用 RF 載波在大量 RF 信道上跳頻實現擴頻的技術，它用隨機或偽隨機代碼確定使用通道的序列?？垢櫴礁蓴_要求快速跳頻，使干信息調制 器 頻率合成器 射頻調制器 變 頻 器 中 頻帶通 信息解調器 擴頻碼發生器器 射頻發生器 頻率合成器 擴頻碼發生器器 信息 信息輸 出 太原科技大學華科學院畢業設計（論文） 4 擾機跟蹤不上而失效。所以在頻譜儀上是能夠明顯地看到跳頻信號的頻譜。這是因為當大功率信號只在某個頻率上產生 遠近效應，當載波頻率跳變至另一個頻率時則不再受其影響。 FHSS 系統為瞬時窄帶系統，能與現有的窄帶系統兼容通信。這也是它能在 WLAN 系統中得到廣泛使用的原因。即使是模擬話音的 FHSS 通信，只要另一方不知道所使用的跳頻圖案就具有一定的保密的能力。而 FHSS 系統則有幾個、幾十個、甚至上千個頻率、由所傳信息與擴頻碼的組合去進行選擇控制 ，不斷跳變。在接收端，由于有與發送端完全相同的本地發生器發生完全相同的擴頻碼進