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计算机与网络
基于MATLAB
IIJ3=IB频通信系统仿宜
莱芜职业技术学院 山东大学 赵守彬
[摘要]跳频通信是目前常见的扩频通信方式,广泛应用于民用和军事领域。本文通过MATLAB,对跳频通信的调频调制过程进行
了仿真,分析了信号在跳频调制前后的变化。
[关键词]跳频通信matlab仿真
1、引言
4、matlab仿真
扩频通信具有很强的抗干扰能力和安全性,最早出现于军事的通
信领域,近年来,扩频通信也广泛的应用于民用的领域。扩频通信主要
包括直接序列扩频(DSSS)和跳频扩频(FHSS)两种方式。
2、扩频通信的工作原理及特点
MATLAB是一种数学应用软件,经过多年的发展,开发了包括通信
系统在内的多个工具箱,成为目前科学研究和工程应用最广泛的软件
之一。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具,只需单击和拖动
鼠标操作就能完成仿真,它简单明了,而且用户可以立即看到系统的仿
真结果。另外,MATLab提供了以矩阵运算为基础的程序语言,也可以通
过编写源程序结合图形绘制等功能对仿真结果显示。
在信息论中,带限波形信道的信道容量公式为【lj:
C=wl092(1+SNR)
这就是有名的山农公式,其中C为信道容量(数据传输的极限速
本文利用一段跳频通信的一段源代码对跳频通信进行了简单仿
真,分析了跳频前后信号的时域波形变化和频谱的变化。
率),W为信号带宽,SNR为信噪比。
该公式说明,在传输速率不变的情况下,信噪比与信号带宽可以互
换。可以提高信号带宽来降低对信噪比的要求,因此增强了抗干扰的能
力。扩频通信正是通过扩展信号带宽来换取抗干扰能力的提高
如上所述,扩频通信通过扩展信号带宽,换来了较强的抗干扰能
力,这是扩频通信最大的特点。除此之外在信号频谱扩展的同时,其功
率在整个扩展的频潜宽度内,也变得分散稀疏并接近均匀分布,这样就
增加了第三方捕获侦查的难度。对于不知道同步扩频信号的第三方接
受者而言,扩频信号如同埋没在噪声中一样难以检测。另外,扩频通信
还有提高时间分辨率和多址接人等优点。因此扩频通信技术成为人们
研究的一大热点。
程序主要由以下几步构成:首先通过rand函数生成数据信号signal
和一个固定频率载波信号carrier,然后将两者进行BPSK调制,调制输
modulated
出为BPSK
signal。再通过stitch函数产生一个频率随机变化
的跳频载波spread frequency signal,在这里我们仅选用了6种(我们认
为6种跳变的频率就可以满足我们简单演示跳频的工作过程及效果的
要求)变化的频率,跳频载波在这6个频率中随机变化。最后将spread
modulated
frequency signal与BPSK
5、仿真结果
signal跳频调制,产生跳频扩频信号。
信号在跳频扩频调制前后的波形,利用matlab仿真后如图2所示:
bit sequence是随机产生的二进制序列作为待传输的数据
Original
扩频通信的一个重要参数是扩频增益,反映了系统抗干扰能力的
强弱,是对信噪比改善程度的度量,定义为接收机相关器输出信噪比和
输入信噪比之比吲,即
信号,经过BPSK调制后,得到BPSKmodulated
6
signal,spread signalwith
frequencies是随机产生的调频信号,由图可见共有六种频率,frequency
hopped spread spectrum signal是跳频调制后的输出信号,由图可见,相对
于数据信号,带宽被展宽,频率成分增加,并且表现出随机性,因此对于
G=SNRJSNR。=RgRl=BiB。I
其中:R。为扩频码的传输速率,R。为信息数据的传输速率,B。为扩
频码的带宽,Bd为信息数据的带宽。
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。
Original Bit Sequence
3、跳频通信系统
1
跳频就是用伪码序列构成跳频指令来控制频率合成器,并在多个
频率中进行选择的移频键控。所传递的信息码与伪随机序列模二相加
(或波形相乘)构成跳频指令(即跳频图案),并由它随机选择发送频率。跳
频通信系统的简化框图如图1所示。发送端的信息码序列与伪随机序
列经过调制后,按不同的跳频图案控制频率的合成。在接收端,接收到
0
—1
0
500
500
500
1000
1500
2000
2500
2500
2500
3000
3000
3000
3000
BPSK Modulated
Signal
1
0
的信号与噪声经滤波后送至混频器。接收机的本振信号也是一频率跳
变信号,跳变规律与发送端是相同的,两个合成器产生的频率相对应,
—1
0
1000
Spread Signal
1500
with
2000
但对应的频率有一频差,正好为接收机的中频。只要收发方的伪随机码
同步,就可使收发双方的跳频与频率合成器产生的跳变频率同步,经混
频后,就可得到一个不变的中频信号,然后对此信号进行解调,就可恢
复出发送的信息。而对干扰信号而言,由于不知道跳频频率的变化规
律,与本地的频率合成器产生的频率不相关,因此,不能进入混频器后
面的中频通道,不能对跳频系统形成干扰,这样就达到了抗干扰的目
的。
6
frequencies
0
1000
1500
2000
FrequencyHopped Spread Spectrum Signal
1
0
—1
0
500
1000
1500
2000
2500
图2跳频通信信号
6、结束语
跳频通信因其抗干扰性,广泛应用于军事和民用领域。目前流行的
蓝牙技术和无线局域网技术都有跳频技术的身影。本文通过matlab对
跳频通信系统发送端的调制进行了仿真,分析了跳频通信发送方的工
作过程及其扩展频谱的原理。
参考文献
发送端
接收端
[1]曹雪虹,张宗橙.信息论与编码.北京邮电大学出版社,2001.82
[2]徐平平,宋铁成等译数字通信电子工业出版社,2008.562
图1跳频通信系统模型
万方数据
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