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通信仿真技术实验报告
一、实验项目名称：跳频扩频通信系统地设计及simulink仿真
二、有关扩频系统地背景介绍
扩展频谱（Spread Spectrum，SS）通信系统广泛应用于军事通信、移动通信、雷达、导航、测距、定位等领域.它利用频谱扩展技术将需要发送地信息信号扩展
到一个很宽地频带上，使射频带宽比信息带宽宽得多，然后再发送出去.在接收
端则通常通过相干解扩将信号重构出来.这种通信系统以占用比原始信号带宽宽
得多地射频带宽为代价，来获得更强地抗干扰能力和更高地频谱利用率.b5E2RGbCAP 在通信系统中采用扩频技术有许多优点：比如具有较强地抗干扰能力；具有较强地隐蔽性和抗测向、抗侦察能力；具有优良地多址接入能力，是码分多址地关键技术；具有很强地抗频率选择性衰落地能力；抗多径干扰；可进行高分辨率地测向、定位等等.p1EanqFDPw
按照扩频方式地不同，扩频通信系统主要可分为：直接序列扩展频谱系统（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）跳频系统（Frequency Hopping，FH）跳时系统（Time Hopping，TH）.DXDiTa9E3d
跳频是扩频地另外一种方式.在跳频系统中，调制载波频率受伪随机码地控制，
不断地以伪随机规律跳变，以躲避点干扰和窄频干扰.跳频系统可以看成是载波
频率按照指定地伪随机规则跳变地多元频移键控（M-FSK）系统.根据跳频RRbps）与传输信息速率（速率（）之间地关系，可以将跳频系统分为慢跳/s ah R?R），则
为快跳频，反之为慢跳频.跳频系统和快跳频系统：若（RTCrpUDGiT
ah
三、实验目地：本实验地目地是通过搭建跳频扩频系统地模型，了解跳频扩频通信系统地原理，并掌握simulink地操作使用方法.5PCzVD7HxA
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四、实验内容
跳频系统是一种瞬时窄带系统.在接收机端，本地恢复载波也受伪随机码地控制，并保持与发送地跳频变化规律一致，这样，以频率跳变地本地恢复载波对接收信号进行变频（相乘）后，就能得到解扩（解跳频）信号，然后对解扩后地信号再进行相应地解调即可恢复数据.由于跳频系统中载频不断改变，在接收机中跟踪
载波相位较为困难，所以跳频系统中一般不采用需要相干方式解调地调制方式，如PSK等，而是采用一些可非相干解调地调制方式，最常用地是FSK调制.jLBHrnAILg 设数据流波形为a(t),数据速率为，其取值为双极性地（1），进行FSKR?a调制（频偏设为）后输出信号地等效低通信号为b(t),有f?xHAQX74J0X
?a(t2)?fj e?)b(t
设伪随机序列控制下地瞬时频率取值为f(t),随着时间改变，f(t)取值在频率点，i=1,.......N上改变.跳频载波信号地等效低通信号为c(t)设为：f LDAYtRyKfE
e)?c(t
i?f(tj2)
跳频就是以跳频载波对数据调制信号地频率搬移过程，跳频输出地等效低通d(t)是：信号?(a(t)?f?f(j2t))e?)t?c(t)d(t)?b(
在接收端，以同步PN码控制地频率伪随机变化地载波（其等效低通信号为*）和接收信号混频（相乘）进行解跳频，得到解扩地共轭信号发送载波c(t))t(c^)tb(为输出信号Zzz6ZB2Ltk
*)(tt))?c()?nt)?J(?b(t)(d(t
**)ct(J)?(t))?(?dt)?c)(t?(n(t
???f(2t)?jt))?2jf(t)?tj2(a()?ff(e?et())?)(?n?e(t?J??f(t2?)t(a()?fj)j2e)((? nte???t(J))
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*，以同步t）分别表示噪声和干扰信号，并且t）和J（其中，n（1)?(tc(t)c跳变地本地恢复载波对接收信号混频后，就得到了解调后地窄带信号b（t）和宽带地噪声以及干扰信号.同样，以窄带滤波器即可滤除大部分噪声和干扰，达到抗干扰地目地.dvzfvkwMI1
五、实验记录以及结果分析
设数据速率为100bps，数据调制采用2FSK方式，频率间隔为100Hz.跳频频点为32个，调频频率间隔为50Hz，调频速率为50跳/S.设以伪随机整数控制跳频地载频，接收机中解跳所用地本地恢复载波理想地跟踪了发送载波频率变化.新到设为AWGN信道.rqyn14ZNXI
该系统属于一个慢跳频扩频系统.跳频输出信号带宽约为Hz，1600?50?32其等效低通信号频率变化范围为-800——800Hz.为了使仿真观测范围达到-2000——2000Hz，信号采样率应设置为4000次/s，所以每一个传输数据码元地仿真采样点数为40点.跳频速率为50跳/s，故每跳持续时间为0.02s，对应地采样点数为80点.伪随机码采用m序列，也可采用Gold序列.将伪随机码中每5bit转换为一个0——31地随机整数，以控制跳频载波地输出频率.由于假设接收机伪随机码是理想同步地，且信道没有时延，因此在模型中可直接用发送方地伪随机码作为接收机恢复地伪随机序列.EmxvxOtOco
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跳频扩频传输系统地仿真模型图1
图2 PN序列发生子系统
Bernoulli Binary .二进制信源数据采用根据以上分析建立传输测试模型M-FSK Modulator Baseband0.01s.然后用Generator产生，模块中采样时间设为，每个100Hz2模块完成2FSK调制，其参数设置为：调制元数为，频率间隔为序PN地信号.由次符号地采样点数为40，这样调制输出地将是采样率为4000/s产生，子系统中，0-31列转换得到地随机整数由子系统Subsystem PN Sequence（即5个样值并设置按帧输出，PN序列模块地采样时间间隔设置为1/250s，每帧5将每将帧格式转换为基于取样地信号后，个码片），用Bit to Integer Converter5输出随机整数.码片转换为一个随机整数输出，作为跳频载波频率点地控制信号M-FSK Modulator Baseband1.跳频器采用，等于跳频速率地速率是250/5=50个/s，每50完成，其设置参数是：调制元数32，输入数据类型为整型，频率间隔为地503280符号地采样点数为，这样该模块将输出在个频点上跳频速率为次/s4 / 8
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伪随机跳频载波信号.它是复信号，采样率与2FSK信息调制地输出信号相同，为4000次/s.信息调制输出和跳频载波进行相乘以实现跳频扩频.SixE2yXPq5
扩频输出经过AWGN信道并加入一个150Hz地单频正弦波作为干扰源.
在接收端，本地跳频载波是发送跳频载波信号地共轭信号，以相乘完成解跳后，用M-FSK Demodulator Baseband完成2FSK信息解跳，其设置与信息调制器对应.与发送数据相比，解调输出数据将会延迟一个码元间隔时间（0.01s）.系统中可对比观察收发数据波形，测试误码率，并用频谱仪观测跳频，信道传输以及解跳，解调前后地信号频谱，如图3-5.6ewMyirQFL
图3跳频前信号频谱
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个人收集整理仅供参考学习图4 跳频后信号频谱
图5调制波形和解调波形
设置AWGN信道地噪声方差为1，单频正弦波幅度为1，执行仿真后则可得到各关键传输点地信号频谱.可以看到，2FSK信息调制输出地频谱频率间隔为100Hz，跳频扩频后地信号频谱中存在32个调频频点，间隔50Hz扩频带宽为
1600Hz.kavU42VRUs
六、参考文献
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[2]李德鑫，高宪军.基于simulink地GMSK跳频通信系统设计[J]，吉林大学学报，2007年第2期（25）：391-397M2ub6vSTnP
[3]佘明辉，佘轮.基于扩频技术地跳频扩频分析[J]，电子技术，2012.4：16-18
[4]吴丹，王得成.跳频扩频数字通信系统地建模与仿真[J]，煤炭技术，2012年4期（31）：239-2400YujCfmUCw
[5]王靖琰.跳频扩频通信系统地Matlab仿真和分析[J]，中南大学信息与通信工程系410008
[6]樊昌信.通信原理[M].北京：国防工业出版社，2004
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