跳頻通信系統(tǒng)仿真

1、課程設(shè)計(jì)（II）通信系統(tǒng)仿真題 目 跳頻通信系統(tǒng)仿真 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 姓 名 日 期 哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 通信系統(tǒng)仿真通信系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 課程設(shè)計(jì)題目：跳頻通信系統(tǒng)仿真 設(shè)計(jì)要求和已知技術(shù)參數(shù)：跳頻是最常用的擴(kuò)頻方式之一，其工作原理是指收發(fā)雙方傳輸信號(hào)的載波頻率按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)行離散變化的通信方式，也就是說，通信中使用的載波頻率受偽隨機(jī)變化碼的控制而隨機(jī)跳變。從通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式來說，“跳頻”是一種用碼序列進(jìn)行多頻頻移鍵控的通信方式，也是一種碼控載頻跳變的通信系統(tǒng)。從時(shí)域上來看，跳頻信號(hào)是一個(gè)多頻率的頻移鍵控信號(hào)；從頻域上來看，跳頻信號(hào)的頻譜是一個(gè)在很寬頻帶上以不等間隔隨機(jī)跳變的?？?/p>

2、以忽略信道編碼，跳頻序列生成可以采用RS偽隨機(jī)碼，用512個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行跳頻，信道用高斯白噪聲信道。同組設(shè)計(jì)者可以協(xié)商合作完成，每人完成其中一部分。通過對(duì)跳頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，深入了解跳頻系統(tǒng)的工作原理，通信系統(tǒng)各部分的原理與關(guān)聯(lián)，掌握利用Matlab/Simulink軟件進(jìn)行完整通信系統(tǒng)的建模和分析。 工作計(jì)劃安排：1、2015.07.21-2015.08.07 熟悉Matlab仿真工具；2、2015.08.08-2015.08.20 理解并深入學(xué)習(xí)課題所涉及的理論知識(shí)；3、2015.08.21-2015.09.10 在Matlab/Simulink環(huán)境下編程實(shí)現(xiàn)；4、2015.09.11-2015.

3、09.14 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 同組設(shè)計(jì)者及分工： 1、課程設(shè)計(jì)目的通過對(duì)跳頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，深入了解跳頻系統(tǒng)的工作原理，通信系統(tǒng)各部分的原理與關(guān)聯(lián)，掌握利用Matlab/Simulink軟件進(jìn)行完整通信系統(tǒng)的建模和分析。 2、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容l 主要課程設(shè)計(jì)內(nèi)容跳頻通信系統(tǒng)是一種典型擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)，它在軍事通信、移動(dòng)通信、計(jì)算機(jī)無線數(shù)據(jù)傳輸和無線局域網(wǎng)等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，已成為當(dāng)前短波保密通信的一個(gè)重要發(fā)展方向。此次跳頻通信仿真系統(tǒng)從跳頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、主要技術(shù)指標(biāo)、跳頻通信系統(tǒng)的解跳和解調(diào)等方面詳細(xì)了解了跳頻通信基本原理,并對(duì)跳頻通信系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)及其性能進(jìn)行了仿真研究和理論分

4、析。其組成部分包括信號(hào)生成部分、發(fā)送部分、接收部分、判決部分、跳頻子系統(tǒng)模塊五個(gè)部分,并以2FSK系統(tǒng)為例,給出了上述通信干擾樣式下的誤碼率理論分析結(jié)果，并利用Matlab仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跳頻系統(tǒng)的仿真和分析，達(dá)到了預(yù)期的效果。調(diào)頻系統(tǒng)原理示意圖如圖所示。個(gè)人任務(wù)分工如下圖所示：l 原理（跳頻擴(kuò)頻調(diào)制和解跳）1 跳頻擴(kuò)頻調(diào)制跳頻擴(kuò)頻調(diào)制通過偽隨機(jī)地改變發(fā)送載波頻率，用跳變的頻率來調(diào)制基帶信號(hào)，得到載波頻率不斷變化的射頻信號(hào)。通常，跳頻系統(tǒng)的頻率合成器輸出什么頻率的載波信號(hào)是受跳頻指令控制的，跳頻器是由頻率合成器和跳頻指令發(fā)生器構(gòu)成的。在時(shí)鐘的作用下，頻率合成器不斷地改變其輸出載波的頻率，跳頻指令發(fā)

5、生器不斷地發(fā)出控制指令。因此混頻器輸出的已調(diào)波的載波頻率，也將隨著指令不斷地跳變。通常，跳頻指令是利用偽隨機(jī)發(fā)生器來產(chǎn)生的，或者由軟件編程來產(chǎn)生此跳頻指令。2解跳首先，為了完成解跳功能，用同相干解調(diào)類似的方法將發(fā)送信號(hào)已知的偽隨機(jī)的載波與接收信號(hào)進(jìn)行混頻，再經(jīng)過低通濾波器進(jìn)行濾波，即可得到到解跳后的信號(hào)，以便以后基帶調(diào)制的進(jìn)行。3加性高斯白噪聲信道發(fā)送信號(hào)在信道中傳輸會(huì)受到加性高斯白噪聲的影響。在matlab中有特定的函數(shù)進(jìn)行加性高斯白噪聲信道的模擬。3、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程l 主要設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)流程。依據(jù)前面對(duì)跳頻系統(tǒng)的原理介紹可得到跳頻系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如下圖所示。在發(fā)送端，輸入信息碼序列進(jìn)行基帶調(diào)

6、制得到頻帶寬度為Bm的調(diào)制信號(hào) m(t)，獨(dú)立產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼序列作為跳頻序列去控制頻率合成器，使其輸出頻率按不同的跳頻圖案或指令隨機(jī)跳躍的變化。調(diào)制信號(hào)m(t)對(duì)隨機(jī)載頻進(jìn)行調(diào)制，得到跳頻信號(hào)Si(t)，可表示為其中，為調(diào)頻頻率間隔，n為初項(xiàng)。跳頻系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型如下。跳頻通信原理框圖則如下所示：l 設(shè)計(jì)流程圖總體設(shè)計(jì)流程圖如下：總體設(shè)計(jì)流程l 跳頻調(diào)制與解跳的源代碼（分工負(fù)責(zé)的部分）： %Preparationof8newcarrierfrequenciest1=(0:100*pi/999:100*pi);%載波1t2=(0:110*pi/999:110*pi);%載波2t3=(0:120*pi

7、/999:120*pi);%載波3t4=(0:130*pi/999:130*pi);%載波4t5=(0:140*pi/999:140*pi);t6=(0:150*pi/999:150*pi);%1000個(gè)樣點(diǎn)t7=(0:160*pi/999:160*pi);t8=(0:170*pi/999:170*pi);c1=cos(t1);%載波1c2=cos(t2);c3=cos(t3);%載波3c4=cos(t4);c5=cos(t5);c6=cos(t6);c7=cos(t7);c8=cos(t8);adr1=Mcreate(1001203);adr1=adr1,adr1(1),adr1(2);%用

8、戶地址為初始m序列fh_seq1=;fork=1:gseq_1=adr1(3*k-2)*22+adr1(3*k-1)*2+adr1(3*k);fh_seq1=fh_seq1seq_1;%由m序列產(chǎn)生的指令序列endspread_signal1=;%偽隨機(jī)載波序列help_despread_signal1=;%輔助信號(hào)，解調(diào)時(shí)用fhp=;fork=1:gc=fh_seq1(k);switch(c)%判斷指令內(nèi)容，由指令內(nèi)容生成偽隨機(jī)載波序列case(0)spread_signal1=spread_signal1c8;case(1)spread_signal1=spread_signal1c1;c

9、ase(2)spread_signal1=spread_signal1c2;case(3)spread_signal1=spread_signal1c3;case(4)spread_signal1=spread_signal1c4;case(5)spread_signal1=spread_signal1c5;case(6)spread_signal1=spread_signal1c6;case(7) spread_signal1=spread_signal1c7;end fhp=fhp(500*c+5000); %取出隨機(jī)載波的頻率endfigure(3);plot(fhp,*);title(

10、跳頻圖案);freq_hopped_sig1=SignalFSK.*spread_signal1;%跳頻擴(kuò)頻調(diào)制figure(4);subplot(2,1,1);plot(1:1000*g),freq_hopped_sig1);%跳頻擴(kuò)頻后的時(shí)域信號(hào)圖axis(-1001000*g-22);title(bfit跳頻擴(kuò)頻后的時(shí)域信號(hào));%擴(kuò)頻調(diào)制后的頻譜subplot(2,1,2);Plot_f(freq_hopped_sig1,fs);title(擴(kuò)頻調(diào)制后的頻譜);%加高斯白噪聲awgn_signal=awgn(freq_hopped_sig1,r,1/2);%信噪比為r；figure(5)

11、;subplot(2,1,1)plot(1:1000*g,awgn_signal); % 擴(kuò)頻調(diào)制后加高斯白噪聲的信號(hào)圖title(bfit擴(kuò)頻調(diào)制后加高斯白噪聲的信號(hào));subplot(2,1,2)Plot_f(awgn_signal,fs);title(擴(kuò)頻調(diào)制后加高斯白噪聲的信號(hào)頻譜);%解跳 receive_signal=awgn_signal.*spread_signal1; %混頻%低通濾波cof_band=fir1(64,1000/fs); %求濾波器的濾波系數(shù)signal_out=filter(cof_band,1,receive_signal);%低通濾波后的輸出信號(hào)即解跳信

12、號(hào)figure(6)subplot(2,1,1)plot(1:1000*g,receive_signal); %混頻后的信號(hào)圖title(混頻后的信號(hào));subplot(2,1,2);Plot_f(receive_signal,fs); %混頻后的頻譜圖title(混頻后的頻譜);figure(7)subplot(2,1,1)plot(1:1000*g,signal_out); %低通濾波后的時(shí)域信號(hào)圖title(低通濾波后的信號(hào));subplot(2,1,2);Plot_f(signal_out,fs); %低通濾波后的頻譜圖title(低通濾波后的頻譜);l 跳頻通信系統(tǒng)的總體實(shí)現(xiàn)過程及代

13、碼：%M序列的產(chǎn)生functionseq=Mcreate(prim_poly);prim_poly;connections=de2bi(prim_poly);N=length(connections);tmp1=fliplr(connections);con=tmp1(2:N);m=length(connections)-1;L=2m-1;%lengthoftheshiftregistersequencerequestedregisters=zeros(1,m-1)1;%initialregistercontents%seq(1)=registers(m);%firstelementofthe

14、sequenceforii=1:Lseq(ii)=registers(m);tmp2=registers*con;tmp2=mod(tmp2,2);registers(2:m)=registers(1:m-1);registers(1)=tmp2;end;end%頻譜圖像的輸出：functionPlot_f(SignalFSK,fs);nfft=fs+1;Y=fft(SignalFSK,nfft);PSignalFSK=Y.*conj(Y)/nfft;%共軛 歸一化f=fs*(0:nfft/2)/nfft;plot(f,PSignalFSK(1:nfft/2+1);xlabel(frequen

15、cy(Hz);axis(010000-infinf);end主體程序：clc clear allg=10000; fs=100000;% w=-6:1:30; for rr=-30:1:5 sig1=round(rand(1,g); %產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)源 signal1=; for k=1:g %離散點(diǎn)化 if sig1(1,k)=0 sig=-ones(1,1000); % bit 0設(shè)置1000個(gè)樣點(diǎn) else sig=ones(1,1000); % bit 1設(shè)置1000個(gè)樣點(diǎn) end signal1=signal1 sig;end figure(1) plot(signal1); %畫出信

16、號(hào)源的時(shí)域圖像 axis(-100 1000*g -1.5 1.5); title(信號(hào)序列)T0=200; f0=1/T0; T1=400; f1=1/T1; u0=gensig(sin,T0,1000*g-1,1);u0=rot90(u0);%矩陣逆時(shí)針旋90度 u1=gensig(sin,T1,1000*g-1,1);u1=rot90(u1); y0=u0.*sign(-signal1+1); y1=u1.*sign(signal1+1); SignalFSK=y0+y1; % 生成的FSK信號(hào) figure(2);subplot(2,1,1); plot(SignalFSK) %FSK

17、信號(hào)的時(shí)域波形 axis(-100 1000*g -3 3); title(SignalFSK)%FSK信號(hào)頻譜 subplot(2,1,2); Plot_f( SignalFSK ,fs); title(FSK調(diào)制后的頻譜);% Preparation of 8 new carrier frequencies t1=(0:100*pi/999:100*pi); %載波1 t2=(0:110*pi/999:110*pi);%載波2 t3=(0:120*pi/999:120*pi); %載波3 t4=(0:130*pi/999:130*pi); %載波4 t5=(0:140*pi/999:140

18、*pi); t6=(0:150*pi/999:150*pi); t7=(0:160*pi/999:160*pi); t8=(0:170*pi/999:170*pi); c1=cos(t1); %載波1c2=cos(t2); c3=cos(t3); %載波3c4=cos(t4); c5=cos(t5);c6=cos(t6); c7=cos(t7); c8=cos(t8); adr1=Mcreate(1001203); adr1=adr1,adr1(1),adr1(2);%用戶地址為初始m序列fh_seq1= ; for k=1:g seq_1=adr1(3*k-2)*22+adr1(3*k-1)

19、*2+adr1(3*k); fh_seq1=fh_seq1 seq_1; %生成用戶載波序列 endspread_signal1=; %用戶一載波 help_despread_signal1=; %輔助信號(hào)，解調(diào)時(shí)用fhp=; for k=1:g c=fh_seq1(k); switch(c) case(0) spread_signal1=spread_signal1 c8; case(1) spread_signal1=spread_signal1 c1; %形成隨機(jī)載頻序列 case(2) spread_signal1=spread_signal1 c2; case(3) spread_s

20、ignal1=spread_signal1 c3; case(4) spread_signal1=spread_signal1 c4; case(5) spread_signal1=spread_signal1 c5; case(6) spread_signal1=spread_signal1 c6; case(7) spread_signal1=spread_signal1 c7; end fhp=fhp (500*c+5000); end figure(3); plot(fhp,*); title(跳頻圖案);freq_hopped_sig1=SignalFSK.*spread_signa

21、l1; %跳頻擴(kuò)頻調(diào)制 figure(4); subplot(2,1,1); plot(1:1000*g),freq_hopped_sig1); %跳頻擴(kuò)頻后的時(shí)域信號(hào) axis(-100 1000*g -2 2); title( 跳頻擴(kuò)頻后的時(shí)域信號(hào)); %擴(kuò)頻調(diào)制后的頻譜 subplot(2,1,2); Plot_f(freq_hopped_sig1,fs); title(擴(kuò)頻調(diào)制后的頻譜); %加高斯白噪聲 awgn_signal=awgn(freq_hopped_sig1,rr,1/2);%信噪比為rr；figure(5); subplot(2,1,1) plot(1:1000*g,a

22、wgn_signal); title( 擴(kuò)頻調(diào)制后加高斯白噪聲的信號(hào)); subplot(2,1,2) Plot_f(awgn_signal,fs); title(擴(kuò)頻調(diào)制后加高斯白噪聲的信號(hào)頻譜);%解跳,相干解調(diào) receive_signal=awgn_signal.*spread_signal1;%混頻 %低通濾波cof_band=fir1(64,1000/fs); signal_out=filter(cof_band,1,receive_signal); figure(6) subplot(2,1,1) plot(1:1000*g,receive_signal);title( 混頻后的

23、信號(hào)); subplot(2,1,2);Plot_f(receive_signal,fs);title(混頻后的頻譜);figure(7) subplot(2,1,1) plot(1:1000*g,signal_out);title( 低通濾波后的信號(hào)); subplot(2,1,2); Plot_f(signal_out,fs); title(低通濾波后的頻譜); %u0 u2,k=gensig(sin,T0,1000*g-1,1);u2=rot90(u2); u3,k=gensig(sin,T1,1000*g-1,1);u3=rot90(u3);receive_signal0=signal

24、_out.*u2; cof_band=fir1(64,600/fs); signal_out0=filter(cof_band,1,receive_signal0); %u1 receive_signal1=signal_out.*u3;% 接收的信號(hào)即為帶有高斯白噪聲的信號(hào)1cof_band=fir1(64,600/fs); signal_out1=filter(cof_band,1,receive_signal1); uout=signal_out1-signal_out0;figure(8);subplot(2,1,1) plot(k,signal1);axis(-100 1000*g

25、-1.5 1.5); title(原始信源); subplot(2,1,2) plot(k,uout);axis(-100 1000*g -4 4); title(FSK解調(diào)后的信號(hào));%Sample sentence %抽樣判決sentenced_signal=ones(1,g); for n=1:g ut=0; for m=(n-1)*1000+1:1:1000*n; ut=ut+uout(m);end if ut0 sentenced_signal(n)=0; end end sentenced_signal_wave=; %輸出采樣序列波形這里是+1，-1方波 for k=1:g if sentenced_signal(1,k)=0 sig=-ones(1,1000); % 1000 minus ones for bit 0 else sig=ones(1,1000); % 1000 ones for bit 1 end sente