基于Matlab跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)11頁(yè)

1、1、 跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本原理 跳頻（FH，F(xiàn)requency Hopping)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（Frequency Hopping Spread Spectrum , 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

2、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.圖1 跳頻通信系統(tǒng)框圖2、 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

3、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(méi)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(tīng)擴(kuò)頻

4、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

5、一直是難以解決的問(wèn)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。（5）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。3、 基于Matlab的跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的建模與仿真 對(duì)于跳頻擴(kuò)

6、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(kāi)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：clcclear all%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=0.000

7、01;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(0 2 -2 2)%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.

8、*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(0 100 -inf inf)%FSK調(diào)制后，低通濾波cof_low=fir1(64,25/fs);SignalFSK_l=filter(cof_low,1,

9、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(0 2 -2 2)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(0 100

10、 -inf inf)%混頻1fc1=1000;Tc=1/fc1; %頻點(diǎn)1000Carrier,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)1050Carrier,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)1150Carrier,time=gensig(sin,Tc,ENDTime,Ts);%產(chǎn)生

11、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(0 2 -2 2)%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_b

12、and,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(0 2 -2 2)YMixSignal=fft(yMixSignal,nfft);PMixSignal=YMixSignal.*conj(YMixSignal)/nfft;f

13、=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(0 2 -1 1)%低通濾波，取下邊頻；yrr=ySign_rec;cof_low=fir1(64,2

14、5/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(0 2 -1 1)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(frequen

15、cy (Hz)axis(0 100 -inf inf)%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(0 2 -2 2) %抽樣判決Sampletime=0.25/Ts;Message=;Num=0; while(Num