跳频扩频技术
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华北水利水电大学
扩频通信结课报告
跳频扩频技术
学院：信息工程
专业：通信工程
姓名：刘建
学号： 7
跳频扩频系统的组成及工作原理
1、跳频系统的组成
跳频扩频（FHSS）通信是扩频通信的一种，是以载波频率的跳变进行通信的。这种通信可以有效地躲避干扰，已成为抗电子干扰的主要手段。系统的信道数、载波的带宽、跳频的速率和跳变的伪随机性是抗干扰的重要技术指标。信道数越多，带宽范围越大，跳变的速率越快，频率跳变的规律越接近随机变化，就越难以被外界干扰。
跳频扩频（FHSS）系统组成框图如图1所示。
图1 跳频扩频系统组成框图
跳频系统的载频受一个伪随机码控制，不断地、随机地跳变，因此跳频系统可视作载频按照一定规律变化的多频频移键控（MFSK）。与直扩系统不同，跳频系统中的伪随机序列并不直接传输，而是用来选择信道。跳频系统主要由PN码产生器和频率合成器两部
分组成，快速响应的频率合成器是频率跳变系统的关键部件。频率跳变系统的发射机在一个预定的频率集中，由PN码序列控制频率合成器，使发射频率能随机地由一个跳到另一个。接收机中的频率合成器也按相同的顺序跳变，产生一个与发射频率只差一个中频的本振频率，经混频后得到固定的中频信号，该中频信号经放大后送到解调器，恢复传送的信息。此处，混频器实际上担当了解调器角色，只要收发双方同步，就可将频率跳变信号转换为一个固定频率的信号。
2、跳频系统的工作原理
在传统的定频通信系统中，发射机中的主振荡器的振荡频率是固定设置的，因而它的载波频率是固定的。为了得到载波频率是跳变的跳频信号，要求主振荡器的频率应能遵照控制指令而改变。这种产生跳号的装置叫跳频器。通常，跳频器是由频率合成器和跳频指令发生器构成的，如图2（a）所示。
(a) 发送
（b）接收
图2 跳频信号的发送与接收
图2（a）中，如果将跳频器看作是主振荡器，则与传统的发信机没有区别。被传送的信息可以是模拟的或数字的信号形式(图5中标示的为信码入)，经过调制器的相应调制，便获得副载波频率固定的已调波信号，再与频率合成器输出的主载波频率信号进行混频，其输出的已调波信号的载波频率达到射频通带的要求，经过高通滤波器反馈至天线发射出去。这就是定频信号的发送过程。
跳频系统的频率合成器输出什么频率的载波信号是受跳频指令控制的。在时钟的作用下，跳频指令发生器不断地发出控制指令，频率合成器不断地改变其输出载波的频率。
因此，混频器输出的已调波的载波频率也将随着指令不断地跳变，从而经高通滤波器和天线发送出去的就是跳频信号。
通常，是利用伪随机码发生器来产生跳频指令的，或者由软件编程来产生跳频指令。所以，跳频系统的关键部件是跳频器，更具体地，是能产生频谱纯度好的快速切换的频率合成器和伪随机性好的跳频指令发生器。
由跳频信号产生的过程可以看出，不论是数字的或是模拟的定频发送系统，在原理上，只要加装上一个跳频器就可变成一个跳频的发送系统。但是在实际系统中尚需考虑信道机的通带宽度。
定频信号的接收设备中，一般都采用超外差式的接收方法，即接收机本地振荡器的频率比所接收的外来信号的载波频率相差一个中频，经过混频后产生一个固定的中频信号和混频产生的组合波频率成分。经过中频带通滤波器的滤波作用，滤除组合波频率成分，而使中频信号进人解调器。解调器的输出就是所要传送给接收端的信息。
跳频信号的接收，其过程与定频的相似。为了保证混频后获得中频信号，要求频率合成器的输出频率要比外来信号高出一个中频。因为外来的信号载波频率是跳变的，则要求本地频率合成器输出的频率也随着外来信号的跳变规律而跳变，这样才能通过混频获得一个固定的中频信号。图2(b)给出跳频信号接收机的框图。图中的跳频器产生的跳频图案应当与所要求高出一个中频，并且要求收、发跳频完全同步。所以，接收机中的跳频器还需受同步指令的控制，以确定其跳频的起、止时刻。
可以看出，跳频器是跳频系统的关键部件，而跳频同步则是跳频系统的核心技术。
跳频系统要实现跳频通信，正确接收跳频信号的条件是跳频系统的同步。
系统的同步包括以下几项内容:
(l)收端和发端产生的跳频图案相同即有相同的跳频规律。
(2)收、发端的跳变频率应保证在接收端产生固定的中频信号，即跳变的载波频率与
收端产生的本地跳变频率相差一个中频。
(3)频率跳变的起止时刻在时间上同步，即同步跳变，或相位一致。
(4)在传送数字信息时，还应做到帧同步和位同步。
3、跳频信号的波形
与定频连续信号波形不同，跳频信号的波形是不连续的，这是因为跳频器产生的跳
变载波信号之间是不连续的。频率合成器从接受跳频指令开始到完成频率的跳变需要一定
的切换时间。为了保证其输出的频率纯正而稳定，防止杂散辐射，在频率切换的瞬间是抑
止发射机末级工作的。
频率合成器从接受指令开始建立振荡到达稳定状态的时间叫做建立时间;稳定状态持
续的时间叫驻留时间;从稳定状态到达振荡消失的时间叫消退时间。从建立到消退的整个
T。建立时间加上消退时间叫做换频时间。只有在驻留时间时间叫做一个跳周期，记作
h
T)内才能有效地传送信息。
(记作
D
跳频通信系统为了能更有效地传送信息，要求频率切换占用的时间越短越好。通
T的l/8—l/10。比如跳频速率每秒500跳的系统，跳周期
常，换频时间约为跳周期
h
T=2ms，其换频时间为左右;跳频速率每秒20跳的系统，跳周期是50ms，其换频时间约h
为5ms。
4、跳频信息的发送
在跳频系统中，一般要采用码型变换的方法，在码型变换器（调制器）中控制频率合成器产生跳频指令。
这个简单的跳频控制器由三个部分组成：伪码发生器、码型变换器、受控频率合成器。码型变换器输出的跳频指令（嵌有信息的）控制频率合成器输出系统所要求的 N个频率，由调制器(码型变换器)并行给出的信息比特数n,如果系统输出N个频率，则信息比特数为
如果伪码发生器能输N种不同的非零状态，则有
式中， n为伪码发生器并行输出线的数目，N为跳频数目。
伪码发生器的本身由n级组成，其中每一级都馈送一条输出线，每条输出线与输入的数字信息共同送到一个模2加法器，再用其输出去控制频率合成器。
5、跳频信号的解跳与解调
由于跳频信号的频率是不断变化的，而且在频率跳变过程中，相位不能做到连续，信号可能要针对传号和空号进行抽样产生脉冲，因此在跳频接收中，采用非相干的包络检测器。
跳频信号的解跳
跳频信号的接收机应对发射信号进行相应的反变换。首先，将每个接收到的切普（Chip）变换到窄带滤波器的通带内。再将已解跳的信号送到基带解调器，即可恢复发射端的原始信息流。 FH接收机的性能取决于解跳乘法器及其后的带通滤波器能否从接收信号中提取有用的信号的能力。
在二进制的FH发射机里，数据的传输采用FSK时，是用发射某个频率(切普)表示“传号”，而发射另一个频率表示“空号”来实现的。对每一个信息比特，无论只发一个切普，还是发多个切普（每个切普都一定是两个频率中的一个），接收机应能判断两个频率中哪一个是有用信号。因此，接收机必须能够同时观测两个交替信道，或者先对一个取样，然后紧接着对另一个取样。
非相干跳频解调器
信号经过无线信道传输,保持跳频频率合成器的同步和信号在跳变时的线性相位是很困难的,因此通常采用非相干解调。
其中有一个方案是可行的，即采用最大似然块估计(MLBE)算法,针对3个观测区间中所有可能的序列组合,计算加权相关值,然后进行包络检测,对中间比特进行判决。
当位于包络检波器输出端的施密特触发器能够给出同样的信息，还要用过于复杂切普判决过程的原因。使用两个取样保持电路和电平比较器的原因在于，当干扰叠加在输入信号上时，由于人为的干扰在互补频道上造成随机冲击，使两个半切普都包含两个射频脉冲串，在积分清洗电路加两个取样保持电路和电平比较后，才能很好地判决哪个频道含有最大的信号，而不是根据是否含有信号超过阈值来判断。
6、跳频系统的主要技术指标
跳频系统的主要参数有：跳频带宽、信道间隔、跳频频率数、处理增益、跳频速率、跳频周期等。
跳频带宽
跳频系统工作时的最高频率与最低频率之间所占的频带宽度，称为跳频带宽。记为FR B ，min max f f B FR -=。
跳频带宽的大小与抗宽带或部分频带噪声干扰的能力有关。跳频带宽越宽，抗干扰能力越强。
信道间隔
任意两个相邻信道之间的标称频率之差称为信道间隔，记为F ?。
短波电台的信道间隔是1000Hz 、100Hz 、 10Hz 。
超短波电台的信道间隔通常为25kHz 、。
跳频频率数目
跳频电台工作时跳变的载波频率点的数目称为跳频频率数目，记为N 。跳频电台工作时跳变的载波频率点的集合称为跳频频率集，也称跳频频率表。跳频频率数目与抗单频干扰和多频连续干扰的能力有关。跳频频率越多，抗单频、多频以及梳状干扰的能力越强。虽然在工作频率范围内，可能有几千个可用的信道，但是，在一次通信中只使用其中的一部分。在跳频系统正交组网时，通常将频率集划分为几个相互正交的子集，供不同的子网使用。
跳频处理增益
在跳频通信中，某一时刻只出现一个瞬时频谱，该瞬时频谱即为原始信息经跳频处理和中频调制后的频谱，其带宽稍大于原始信息速率在定频通信时的带宽，并且该瞬时频谱的射频是跳变的。跳频处理增益定义为
其中，FR B 为射频带宽，IF B 为跳频后的中频带宽。
跳频速率
跳频速率是指跳频电台载波跳变的速率，通常用每秒载波频率跳变的次数来表示，记为R 。跳频速率越高，抗跟踪式干扰的能力越强。不过，跳频速率受到通信信道和元器件水平的限制。在短波波段，跳频速率一般在50Hop/s 。
跳频周期
跳频周期是指每一跳占据的时间，用h T 来表示，它等于跳频的驻留时间和信道切换时间之和。跳频驻留时间是指跳频电台在各信道频率上发送或接收信息的时间，信道切换时间是跳频系统由一个信道频率转换到另一个信道频率并达到稳定状态所需的时间。一般来说，信道转换时间较短，可忽略。将驻留时间就看做是跳频周期，有时也称切普（chip ）时间。跳频周期是跳频速率的倒数，即 h T R /1 。
跳频序列周期
跳频序列不出现重复的最大长度，称为跳频序列周期，即可用位数表示，也可用时间表示。用时间表示的跳频序列周期等于用位数表示的跳频序列周期乘以每跳占据的时间。
扩频LoRa跳频扩频通信(FHSS)的原理 LoRa的扩频技术：LoRa是基于扩频的调制方案，通过扩频将信号扩展到宽带噪声，以获得扩频增益。 扩频的概念和原理 扩频通信(SSC)或扩频通信技术具有其用于传输信息的信号带宽远远大于其本身带宽的基本特征。信号带宽较大可以降低信噪比的要求。如果带宽增加到一定水平，则可进一步降低信噪比。扩频通信的优点是利用宽带传输技术交换信噪比，是扩频通信的基本思想和理论基础。 扩频技术是将信息信号的带宽进行多次扩展来进行通信的技术。传输信号的带宽远大于信息信号的带宽。例如，如果发送64Kbps的数据流，则基带带宽约为64KHz，但是在使用扩频技术的情况下，它占用的信道带宽可以被增加到5MHz和10MHz以上。同时，发射到宇宙的无线功率谱(单位带宽内的功率)也大幅度减少。 扩频信号的解扩过程
信息的频谱扩展过程 常规数字数据通信的原理是使用适配于数据率的最小可能的带宽。这是因为带宽数量有限，很多用户共享。扩频通信的原理是尽可能多地使用最大带宽，并且相同能量分布在宽带宽上。 另外，扩频通信具有以下特征 ●数字传输方式 ●使用与要发送的信息无关的功能(扩展功能)对要发送的信息进行调制，从而实现带宽的扩大●在接收侧使用相同扩频功能来解调扩频信号，恢复传输到的信息 ●扩频通信的优点 ●发送功率密度低，不易对其他设备造成干扰。 ●机密性很高，被监听的可能性极低。 ●具有较强的抗干扰能力，和很强的抑制同频噪声和各种噪声的能力。 ●具有良好的抗多径衰落能力。 LoRa跳频通信(FHSS)原理 FHSS跳频方式的工作原理是，各LoRa分组的内容的一部分在MCU管理中设定的跳频信道中
跳频 跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，“跳频”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信系统。从时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号；从频域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的。其中：跳频控制器为核心部件，包括跳频图案产生、同步、自适应控制等功能；频合器在跳频控制器的控制下合成所需频率；数据终端包含对数据进行差错控制。 与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获我方的通信内容。同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。由于跳频通信系统是瞬时窄带系统，它易于与其他的窄带通信系统兼容，也就是说，跳频电台可以与常规的窄带电台互通，有利于设备的更新。 通信收发双方的跳频图案是事先约好的，同步地按照跳频图案进行跳变。这种跳频方式称为常规跳频(Normal FH）。随着现代战争中的电子对抗越演越烈，在常规跳频的基础上又提出了自适应跳频。它增加了频率自适应控制和功率自适应控制两方面。 在跳频通信中，跳频图案反映了通信双方的信号载波频率的规律，保证了通信方发送频率有规律可循，但又不易被对方所发现。常用的跳频码序列是基于m序列、M序列、RS码等设计的伪随机序列。这些伪随机码序列通过移位寄存器加反馈结构来实现，结构简单，性能稳定，能够较快实现同步。它们可以实现较长的周期，汉明相关特性也比较好，但是当存在人为的故意干扰(如预测码序列后进行的跟踪干扰)时，这些序列的抗干扰能力较差。 在90年代初，出现了基于模糊（Fuzzy)规则的跳频图案产生器。在这种系统中，由模糊规则、初始条件以及采样模式共同来决定系统的输出序列。只要窃听者不知道模糊规则、初始条件、采样模式三者的任何一个，就无法预测到系统的输出频率，由此就提高了系统的抗窃听能力和抗干扰能力。模糊跳频给出的跳频码序列与传统的跳频码序列相比更加均匀，也更难预测。 90年代末有人提出了混沌（chaotic)跳频序列。其基本思想是通过混沌系统的符号序列来生成跳频序列。在这个混沌系统中要确定一个非线性的映射关系、初始条件和混沌规则，三者唯一确定一个输出序列。由此确定的混沌跳频序列体现了良好的均匀性，低截获概率，良好的汉明相关特性以及具有理想的线性范围。 与一般的数字通信系统一样，跳频系统要求实现载波同步、位同步、帧同步。此外，由于跳频系统的载频按伪随机序列变化，为了实现电台间的正常通信，收发信机必须在同一时间跳变到同一频率，因此跳频系统还要求实现跳频图案同步。跳频系统对同步有两个基本要求：一是同步速度快，二是同步能力强。目前跳频电台的同步方法有精确时钟法、同步字头法、自同步法、FFT捕获法、自回归谱估计法等等。在实际应用中，同步方案常常综合使用多种同步方法。例如战术跳频系统中常用扫描驻留同步法，综合使用了精确时钟法、同步字头法、自同步法三种同步方法，分成扫描和驻留两个阶段进行。扫描阶段完成同步头频率的捕获，驻留阶段从同步头中提取同步信息，从而完成收发双方的同步。
跳频通信和扩频通信 跳频通信是扩频通信的一个分支，它的突出优点是抗干扰性强，因而很适用于军事领域。当70年代末第一部跳频电台问世以后，就预示着其发展势头锐不可挡。到了８０年代，世界各国军队普遍装备跳频电台。这十年是跳频电台发展速度最快的十年。广泛使用跳频电台曾被誉为80年代ＶＨＦ频段无线电通信发展的主要特征。90年代，跳频通信如虎添翼，在军用跳频通信领域已相当成熟的同时，跳频通信的应用又拓宽到民用领域。业内人士指出，跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段，称其为无线电通信的“杀手锏”。跳频通信是如此的神奇，以致于自其问世至今的短短30年间，倍受世界各国，特别是几大军事强国的青睐。 2 跳频通信的基本概念 2.1 定义 我们在用收音机收听某电台，当电台在中波和短波两个波段上播放同一个节目时，有这样的体会：若中波波段信号不好，则随即换到短波波段收听；当短波波段信号不好，则又换回到中波波段收听。这种以更换波段的手段来改善收听效果的方法，就是跳频的通俗含义。只不过这种跳频仅在接收端发生，而且是由人工干预来实施跳频的。我们假设，当广播电台发送的频段也能“紧跟”收音机用户更换的话，那么，这种通信方式就是跳频通信。因此，跳频通信可这样描述：通信收发双方同步地改变频率的通信方式称为跳频通信。 2.2 同步条件(通信条件) 与定频通信相比，跳频通信的载波频率一直在跳变。工作中，发方以相当快的速率（跳速）改变频率，收方必须与发方同步地改变频率，双方才能保持通信。也就是说，跳频通信时，收发双方必须采用同一种跳频图案。跳频电台之间要成功地进行跳频通信，收发双方必须同时满足三个条件：跳频频率相同；跳频序列相同；跳频的时钟相同（允许存在一定的误差）。三个条件缺一不可，否则无法实现跳频通信。 3 跳频通信的主要特点 3.1 抗干扰性强 跳频通信抗干扰的机理是“打一枪换一个地方”的游击策略，敌方搞不清跳频规律，因而具有较强的抗干扰能力。一方面，我方的跳频指令是个伪随机码，其周期可长达十年甚至更长的时间。另一方面，跳变的频率可以达到成千上万个。因此，敌方若在某一频率上或某几个频率上施放长时间的干扰也无济于事。
一．设计的目的 通过课程设计进一步理解扩展频谱通信的基本概念及其系统模型；重点是伪随机编码的基本原理，m序列、Gold序列的性质及特点；扩展频谱信号的相关解扩、基带解调与载波同步，跳频信号的解跳和解调等等。 要求学生在课程设计中建立基本的扩频系统模型，仿真计算出伪随机编码的相关特性，通过扩频调制的解扩仿真系统的抗干扰性能。 二．设计中主要完成的内容摘要 在本次实训中主要任务就是扩频系统的原理及仿真，包括了学习伪随机码的产生，（这其中又分为 1.线性反馈移位寄存器的结构和多项式的表示，2.最大周期线性线性移位寄存器序列-M序列，3.伪随机序列的相关函数以及GOLD序。）；直接序列扩频系统； 调频扩频系统； 完成了实例一到实例八8个例题，如m序列的产生，m序列的自相关系数，GOLD序列的产生，CDMA系统的构造等。 完成了课程设计中要求完成任务二的内容，包括： 1. 完成课程设计指导书中的全部实例。 2. 学习伪随机序列原理，设计伪随机序列的计算机产生方法并用Simulink实现（PN序 列、Gold序列等） 2.1 给定本原多项式，设置实现对应m序列的Simulink模块，并验证 2.3 学习Gold序列的产生原理，设置产生Gold码的Simulink模块，并给出运行结果（序列 的波形） 3. 设计出直接序列扩频系统模型，并进行仿真验证 3.1 设计直接序列扩频发信机的结构并用Simulink模型实现 3.2 设计加性高斯信道，并添加单频干扰 3.3 设计接收机系统。观察系统传输各点的波形和频谱。得出波形图和频谱图。 4. 用所设计的直接序列扩频发信机和接收机构造一个CDMA系统。
跳频扩频系统 一、定义及原理 跳频扩频系统： 采用码序列控制信号的载波，使之在多个频率上跳变而产生扩频信号。接收端产生一个与信号载波频率变化相同移频信号，用它作变频参考，再把信号恢复到原来的频带。调频系统可随机选取的频率数通常是几百个或更多。 跳频系统的载频受一个伪随机码控制，不断地、随机地跳变，因此跳频系统可视作载频按照一定规律变化的多频频移键控(MFSK）。与直扩系统不同，跳频系统中的伪随机序列并不直接传输，而是用来选择信道。跳频系统主要由PN码产生器和频率合成器两部分组成，快速响应的频率合成器是频率跳变系统的关键部件。频率跳变系统的发射机在一个预定的频率集中，由PN码序列控制频率合成器，使发射频率能随机地由一个跳到另一个。接收机中的频率合成器也按相同的顺序跳变，产生一个与发射频率只差一个中频的本振频率，经混频后得到固定的中频信号，该中频信号经放大后送到解调器，恢复传送的信息。此处，混频器实际上担当了解调器角色，只要收发双方同步，就可将频率跳变信号转换为一个固定频率的信号。 二、跳频系统的结构
三、跳频系统的波形 发送端的波形
接收端的波形 四、跳频系统的优点 跳频扩频技术的优点如下： （1）抗单频干扰，部分带宽干扰能力强 跳频系统的抗干扰原理和直扩系统不同，直扩是靠频谱的扩展和解扩处理来提高信噪比的；跳频是靠躲避干扰，来达到提高信噪比的。虽然不能像直扩系统那样，但由于载波频率是跳变的，减少了单频干扰和窄带干扰进入接收机的概率。故调频系统具有抗单频及部分带宽干扰的能力。当跳频的概率数目足够多、跳频的带宽足够宽时，其抗干扰能力是很强的。 （2）抗多径衰落的能力强 利用载波频率的快速跳变，具有频率分集的作用，从而增强了系统抗多径衰落的能力。 （3）便于实现多址通信 应用跳频通信可以很容易地组建一个多址网络，网络内的各
无线通信技术中扩频LoRa跳频扩频通信(FHSS)的原理 LoRa的扩频技术：LoRa是基于扩频的调制方案，通过扩频将信号扩展到宽带噪声，以获得扩频增益。 扩频的概念和原理 扩频通信(SSC)或扩频通信技术具有其用于传输信息的信号带宽远远大于其本身带宽的基本特征。信号带宽较大可以降低信噪比的要求。如果带宽增加到一定水平，则可进一步降低信噪比。扩频通信的优点是利用宽带传输技术交换信噪比，是扩频通信的基本思想和理论基础。 扩频技术是将信息信号的带宽进行多次扩展来进行通信的技术。传输信号的带宽远大于信息信号的带宽。例如，在无线模块通信中如果发送64Kbps的数据流，则基带带宽约为64KHz，但是在使用扩频技术的情况下，它占用的信道带宽可以被增加到5MHz和10MHz以上。同时，发射到宇宙的无线功率谱(单位带宽内的功率)也大幅度减少。 常规数字数据通信的原理是使用适配于数据率的最小可能的带宽。这是因为带宽数量有限，很多用户共享。扩频通信的原理是尽可能多地使用最大带宽，并且相同能量分布在宽带宽上。 另外，扩频通信具有以下特征 数字传输方式 使用与要发送的信息无关的功能(扩展功能)对要发送的信息进行调制，从而实现带宽的扩大 在接收侧使用相同扩频功能来解调扩频信号，恢复传输到的信息 扩频通信的优点 发送功率密度低，不易对其他设备造成干扰。 机密性很高，被监听的可能性极低。 具有较强的抗干扰能力，和很强的抑制同频噪声和各种噪声的能力。 具有良好的抗多径衰落能力。 LoRa跳频通信(FHSS)原理 FHSS跳频方式的工作原理是，各LoRa分组的内容的一部分在MCU管理中设定的跳频信道中发送，而所需的“跳频”频率(基于跳频表)在规定的跳频周期中发送。前导码和报头部分首先在信道0上发送。每次开始发送包时，信道计数器fhsspresentchannel(reghopchannel)的读取值增加，生成实现跳频的中断信号FhssChangeChannel。 当与FHSS、跳频spreadspectrum同步时，两端都是在特定类型的窄带载波上传输信号的。
1.1用码速率为5Mb/s的为随机码序列进行直接序列扩频,,扩频后信号带宽是多少?若信息码速率为10kb/s,系统处理增益是多少? 解:∵码速率Rc=Bss=5Mb/s ∴扩频后信号带宽是:5MHz 信息码速率Rb=10kb/s ∴系统处理增益为Gp=Rc/Rb=5000/10=500 ∵10log10∧500=27dB 1.2直接序列-频率跳变混合系统,直接序列扩频码速率为20Mb/s,频率数为100,数据信息速率为9.6kb/s,试求该系统的处理增益是多少?采用BPSK调制时,所需要传输通道的最小带宽是多少? 解:扩频码速率Rc=Bss=20Mb/s.N=100 Rb=9.6kb/s,Gp=Rc/Rb*N=20000/9.6*100=208300 采用BPSK调制时B1=2Bss ∴B2=NB1=100*2*20Mb=4000Mb 1.3在高斯白噪声信道中,要求在噪声功率比信号功率大100倍的情况下工作,输出信噪比不小于10dB,信息传输速率为8kb/s,若系统采用直接序列BPSK调制,试求所需传输通道的最小带宽 解:忽略系统的Lsys,即扩频系统的执行损耗或实现损耗 ∵噪声功率比信号功率大100倍 M0=10lg100=20dB ∴处理增益Gp=M0+(S/N)=20dB+10dB=30dB ∵Rb=8kb/s ∴Rc=Gp*Rb=1000*8kb/s=8000kb/s ∴Bss=Rc=8000kb=8Mb B=2Bss=16MHz 1.4采用BPSK调制的直接序列扩频系统,射频最大带宽为12MHz,速率为6kb/s的信息信号通过这个系统传输时,系统输出信噪比最大能改善多少? 解:最大带宽为12MHz B=2Bss=12MHz Bss=6MHz ∴Rc=Bss=6MHz/s 又∵Rb=6kb/s ∴Gp=Rc/Rb=6000/6kb=1000 [Gp]dB=10lgGp=30dB 1.5高斯白噪声信道,信道带宽为4MHz,当干扰功率比信号功率大30dB时,要求输出信噪比最小为10dB,则系统的最小处理增益是几 解:B=4MHz 干扰容限Mj=30dB S/N=10dB 在忽略系统的Lsys时有 [GP]dB=[Mj]dB+[S/N]dB=40dB ∵rc=Bss=1/2B=2Mb/s rb=rc/Gp=2/10000Mb/s=200b/s 1.6要求某系统在干扰功率比信号功率大300倍的环境下工作,系统需要多大的干扰容限?若要求输出信噪比为10dB,则系统的最小处理增益是多少? 干扰容限j/s=10log300=24.8db 处理增益Gp=(J/s)in+(s/n)out =24.8+10=34.8dB 1.7扩频通信系统中用梳子调制,干扰容限中的(s/n)out与（Eb/N0）的关系
跳频通信技术及其应用与发展 跳频通信是扩频通信的一个分支，它的突出优点是抗干扰性强，因而很适用于军事领域。当70 年代末第一部跳频电台问世以后，就预示着其发展势头锐不可挡。到了80年代，世界各国军队普遍装备跳频电台。这十年是跳频电台发展速度最快的十年。广泛使用跳频电台曾被誉为80年代VHF频段无线电通信发展的主要特征。90年代, 跳频通信如虎添翼，在军用跳频通信领域已相当成熟的同时，跳频通信的应用又拓宽到民用领域。业内人士指出，跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段，称其为无线电通信的“杀手锏”。跳频通信是如此的神奇，以致于自其问世至今的短短30 年间，倍受世界各国，特别是几大军事强国的青睐。 2跳频通信的基本概念 2.1定义 我们在用收音机收听某电台，当电台在中波和短波两个波段上播放同一个节目时，有这样的体会：若中波波段信号不好，则随即换到短波波段收听；当短波波段信号不好，则又换回到中波波段收听。这种以更换波段的手段来改善收听效果的方法，就是跳频的通俗含义。只不过这种跳频仅在接收端发生，而且是由人工干预来实施跳频的。我们假设，当广播电台发送的频段也能“紧跟”收音机用户更换的话，那么，这种通信方式就是跳频通信。因此，跳频通信可这样描述：通信收发双方同步地改变频率的通信方式称为跳频通信。
2.2同步条件（通信条件） 与定频通信相比，跳频通信的载波频率一直在跳变。工作中，发方以相当快的速率（跳速）改变频率，收方必须与发方同步地改变频率，双方才能保持通信。也就是说，跳频通信时，收发双方必须采用同一种跳频图案。跳频电台之间要成功地进行跳频通信，收发双方必须同时满足三个条件：跳频频率相同；跳频序列相同；跳频的时钟相同（允许存在一定的误差）。三个条件缺一不可，否则无法实现跳频通信。 3跳频通信的主要特点 3.1抗干扰性强 跳频通信抗干扰的机理是“打一枪换一个地方”的游击策略，敌方搞不清跳频规律，因而具有较强的抗干扰能力。一方面，我方的跳频指令是个伪随机码，其周期可长达十年甚至更长的时间。另一方面，跳变的频率可以达到成千上万个。因此，敌方若在某一频率上或某几个频率上施放长时间的干扰也无济于事。 另外，跳频频率受伪随机码控制而不断跳变，在每一个频率 的驻留时间内，所占信道的带宽是很窄的。由于频率跳变的速率非常快，因而从宏观上看，跳频系统又是个宽带系统，即扩展了频谱。事实上，跳频的带宽就是频率的数目与每个频率所占信道带宽的乘积。由扩频通信理论可知，扩展频谱的好处可以换取更好的信噪比。也就是说，如果扩展了频带，
3.1.3 自适应跳频adaptive frequency hopping 在WIA-PA超帧簇通信阶段的每个时隙，根据实际的信道状况更换通信信道。 3.1.20 跳频frequency hopping 收发信道切换方法，目的为抗干扰和减少信号衰落。 3.1.40 时隙跳频timeslot hopping 为了避免干扰和衰减，按照一定规律，在每个时隙改变收发频率。 AFH Adaptive Frequency Hopping 自适应跳频 AFS Adaptive Frequency Switch 自适应频率切换 FH Frequency Hopping 跳频 TH Timeslot Hopping 时隙跳频 WIA-PA 数据链路层支持基于时隙的跳频机制、重传机制、时分多路访问（TDMA）和载波侦听多路访问CSMA）混合信道访问机制，保证传输的可靠性和实时性。 --------------------------------------- 8.4.3 时隙通信
8.4.5 信道跳频 WIA-PA 支持跳频通信方式，跳频序列由网络管理者指定。 WIA-PA 支持以下3 种跳频机制：——自适应频率切换（AFS）：在WIA-PA 超帧中，信标Beacon、CAP 和CFP 段在同一个超帧周期使用相同的信道，在不同的超帧周期根据信道状况切换信道。信道质量差时，即丢包率高于“PLRThreshold”时设备改变通信信道。参数“PLRThreshold”的容详见6.9.1.2.1；——自适应跳频（AFH）：在WIA-PA 超帧的每个时隙，根据信道状况更换通信信道。信道状况通过重传次数进行评价。信道质量差时，如果发送端统计的重传次数达到了“ChannelThreshold”，则从可用信道“IntraChanel[ ]”中按顺序选择下一信道，同时在下一重传时隙利用主信道通知所在簇的接收端（通知过程详见图43）。如果接收端没有接收到信道切换通知，继续统计接收端的重传次数，达到“ChannelThreshold”时从可用信道“IntraChanel[ ] ”中按顺序选择下一信道在第（ChannelThreshold+2）个重传时隙进行通信。如果接收端接收到信道切换通知，则更换通信信道,且返回确认信息ACK。如果发送端没有收到确认信息ACK，则不更换信道，仍然采用主信道重传数据。如果发送端达到重传上限值“macMaxFrameRetries”，则丢弃当前包，且利用主信道发送下一个包。如果接收端在切换信道后仍然没有接收到发送端的包，则认为切换信道失败，返回主信道进行通信。如果发送端在达到重传上限值“macMaxFrameRetries”前与接收端在备选信道上通信成功，则发送端选用备选信道发送下一个包。非活动期的簇通信段采用AFH 跳频机制。
摘要：文章介绍了扩频技术在现代无线通信中的两个主要应用，CDMA和IEEE802.11，及其特点、应用和前景。关键词：扩频通信；跳频扩频；直接序列扩频；CDMA；IEEE802.11 ABSTRACT：The paper briefly reviews the Spread Spactrum Technology using in CDMA and IEEE802.11. And it`s characteristic,application and future. KEY WORDS：Spread Spactrum; FHSS; DSSS; CDMA; IEEE802.11 一. 引言1.1起源与原理扩频通信是40年代发展起来的一种技术，用来为战争环境下的军队提供可靠安全的通信。在战争环境下，敌人会搜索目标所发送的传输频段，一旦确定频点后就可以侦听目标，或者破坏目标的信息传送。扩频通信比传统的窄带通信需要更大的带宽，后者只需要在特定的射频上传送信息，因此容易被跟踪和检测。扩频通信占用较宽的频谱，接收机只有知道与扩频有关的所有信息后才能正确接受，否则扩频信号表现得就像静态的或背景噪声一样，因此采用扩频技术使得通信不易被干扰。如果要达到干扰的目的，对方需要知道扩频信号的参数或者在整个频段上进行干扰，后一种方法是很难实现的。另外，如果不知道扩频参数就不可能截获对方的任何通信信息。1.2实现方法有三种方法可以实现扩频通信，分别是跳频扩频（FHSS）、直接序列扩频（DSSS）和跳时扩频（THSS）。(1)跳频扩频（FHSS）:采用跳频扩频技术，使当前发送的窄带载波根据伪随机码序列的变化而变化，所有载波覆盖整个频段，这也是这个名字的由来。(2)直接序列扩频（DSSS）:采用直接序列扩频技术，数字码调制一个载波，码比特速率远远大于信息比特速率。码比特是直接序列扩频的一种比特冗余模式，这种冗余比特也叫码片或切普码。码片越长，接收机越能很好地接受原始信号。但是由于每个信息比特编码成一串比特，所以需要更多的带宽。(3)跳时扩频(THSS):用扩频码片启闭键控发射机，将一个信码的持续时间分成若干时隙，由扩频码片控制在哪一个时隙中发射一个信码。二．扩频技术的两种主要应用2.1以直接序列扩频技术为基于的多址接入移动通信方式CDMA 如果把无线电话系统按照它们的接入方式分类，我们可以将每个系统归到以下三类：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）。而CDMA就是一种以直接序列扩频技术（DSSS）为基础的多址接入移动通信。2.1.1演变Qualcomm（高通）公司被认为是CDMA的先驱，它的技术已经允许给世界65个通信厂家使用。在最初设计CDMA时，Qualcomm有一段非常艰难的日子，许多人怀疑该技术背后的概念和公司所宣传的性能，即CDMA能提供相当于FDMA的7~10倍容量，或者TDMA的6倍容量。事实上CDMA不仅提供了远大于FDMA 和TDMA的容量，它还具有其他接入方式所不具有的优点。这包括降低了背景噪声和干扰，提高了安全性和个人性，能直接支持Internet协议（IP），提高话音和通话质量。2.1.2直接序列扩频技术在CDMA中的应用CDMA是一种以直接序列扩频技术为基础的多址接入通信方式，这种方式是通过给每个用户分配一个具有良好自相关性和弱互相关性的唯一扩频码片（也叫伪随机序列PN码），并用它对承载信息的信号进行编码而实现的。在接收端，接收机使用相同扩频码片对收到的信号进行解码，并将其转换成原始带宽信号，而其他用户的宽带信号却保持不变。这是因为该用户为随机码序列与其它用户伪随机码序列的互相关性很小。为了直观说明直接序列扩频通信，假设每个信息比特采用3比特的扩频码片，在直接序列扩频通信中每个信息比特与扩频码片进行异或操作（模2加），然后传送出去。表1给出了采用扩频码片010传送信息比特101的例子，注意使用3比特的扩频码片，三个信息比特就变成了9个连续的比特。信息比特101 扩频码片（伪随机码）010 传送比特（异或操作后）101010101 表1 也就是说，第一个信息比特“1”与每个扩频码片“010”进行异或，从而产生比特序列“101”，然后代表信息比特“1”传送出去。接着信息比特“0”与每个扩频码片“010”进行异或，得到“010”，然后代表信息比特“0”发送出去。最后第三个信息比特“1”与扩频码片进行异或，得到三个比特“101”，然后代表信息比特“1”发送出去。由于扩频码片给要传送的信息比特增加了冗余位，这使得接收机能够在一个或多个原始数据遭到破坏后仍能恢复数据。当然数据恢复能力取决于扩频码片长度与被破坏的数据长度。如果能够恢复数
扩频技术概述 许多文献和书籍已对扩频通信这一专题进行了论述，但是仍有许多工程师仍然对它存在一些疑问。实际上，如果不通过公式推导，一些复杂的概念只是用简单的解释很难被人们接受。本文将尽可能全面的论述扩频技术所包括的所有方面。 有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr 和钢琴家George Antheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统、移动通信系统、WLAN和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率提供帮助。 扩频理论的基础 在Shannon和Hartley信道容量定理中可以明显看出频谱扩展的作用： 式中：C是信道容量、单位为比特每秒（bps），它是在理论上可接受的误码率（BER）下所允许的最大数据速率；B是要求的信道带宽，单位是Hz；S/N是信噪比。C表示通信信道所允许的信息量，也表示了所希望得到的性能，带宽（B）则是付出的代价，因为频率是一种有限的资源，S/N表示周围的环境或者物理的特性。用于恶劣环境（噪声和干扰导致极低的信噪比）时，从上式可以看出：需要提高信号带宽（B）来维持或提高通信的性能。 修改上面的公式得： C/B = (1/Ln2)*Ln(1+S/N) = 1.443*Ln(1+S/N) 由MacLaurin级数：Ln(1+x) = x - x2/2 + x3/3 - x4/4 + … + (-1)k+1xk/k + …: 得： C/B = 1.443[S/N – 1/2 *(S/N)2 + 1/3 *(S/N)3 - …] 在扩频技术应用中，信噪比较低。假定较大的噪声使信噪比远远小于1（S/N<<1），则Shannon表示式近似为：C/B ≈ 1.433 * S/N 可进一步简化为：C/B ≈ S/N 或N/S ≈ B/C 在信道中对于给定的信噪比要无差错发射信息，我们仅仅需要提高发射的带宽。这个原理似乎简单、明了，但是具体实施非常复杂。 定义 扩频技术在具体实施时由多种方案，但思路相同：把索引（也称为码或序列）加入到通信信道，插入码的方式正好定义了所讨论的扩频技术。术语"扩频"指将信号带宽扩展几个数量级，在信道中加入索引即可实现扩频。扩频技术更加精确的定义是：扩频是通过注入一个更高频率的信号将基带信号扩展到一个更宽的频带内的射频通信系统，即发射信号的能量被扩展到一个更宽的频带内使其看起来如同噪声一样。扩展带宽与初始信号之比称为处理增益（dB），典型的扩频处理增益可以从20dB到60dB。
第6章 WLAN 技术 155 图6-9 RTS 帧中的持续时间字段 6.3 IEEE 802.11的物理层 IEEE 802.11的物理层分为两个子层：物理层汇聚过程（PLCP ）子层和物理媒体相关（PMD ）子层。PLCP 子层用于实现载波侦听并判断其结果，同时针对不同的物理层形成相应格式的分组。PMD 子层用于识别相关媒体传输的信号，以及所使用的调制和编码技术。 在MAC 层和PHY 层，从高层接收到的数据有效载荷，在空中传输之前，都会加上头和尾。从逻辑链路层（LLC ）接收到的每一个MAC 层服务数据单元（MSDU ）需要附加一个MAC 头和一个帧检测序列（FCS ）尾，形成MAC 层协议数据单元（MPDU ）。此MPDU 一旦交付给物理层，就称为物理层服务数据单元（PSDU ）。然后物理层汇聚过程（PLCP ）的前导码、头、合适的尾比特和填充比特被附加到PSDU 上，最后生 成物理层协议数据单元（PPDU ）供传输，如图6-10所示。 MAC 层协议数据单元到达PLCP 子层时，PLCP 加上合适的 控制字段送往PMD 子层。PMD 子层的传输方式主要有4种不同 的物理传输技术，跳频扩频（FHSS ）、直接序列扩频（DSSS ）、 扩散红外线（DFIR ）和正交频分复用（OFDM ），对于每种选择， PLCP 都有专用的格式，与之相对应的物理层标准有：IEEE 802.11 支持的跳频扩频（HFSS ）物理层、直接序列扩频（DSSS ）物理 层和扩散红外线（DFIR ）物理层；IEEE 802.11b 支持的高速率直 接序列扩频（HR/DSSS ）物理层；IEEE 802.11a 支持的正交频分 复用（OFDM ）物理层；IEEE 802.11g 支持的增强速率物理层 （ERP ）等。 1．跳频扩频（HFSS ）物理层 上层送来的MAC 协议数据单元（MPDU ），又称为物理层服务数据单元（PSDU ），经过白化（与伪随机序列模2加），即成为PLCP 的净荷。在PLCP 加上物理层的控制比特（包括帧头）之后，就可以送往PMD 进行传输。FHSS 物理层传输规范的PLCP 格式如图6-11所示。FHSS 支持1Mbit/s 和2Mbit/s 两种数据速率的传输，它们采用的调制技术分别是2GFSK 和4GFSK 。PLCP 帧头总是采用2GFSK 调制，而MPDU 则可能采用更高速率的调制技术。物理帧头通常采用较低的传输速率，这是为了接收机的比特同步过程更为简单。 图6-10 MAC 层、物理层 协议数据关系
个人收集整理仅供参考学习 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 1 / 8 个人收集整理仅供参考学习 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
扩频通信的理论基础 1.1扩频通信的基本概念 通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。 通信系统的有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。 通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。由于信息在传输过程中受到干扰，收到的信息和发出的信息并不完全相同。可靠性就是用来衡量收到信息和发出信息的符合程度。因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。在模拟通信系统中，传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。在数字通信系统中，传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。 扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了使用。近年来，扩展频谱通信技术的理论和使用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的使用。 扩频通信是扩展频谱通信的简称。我们知道，频谱是电信号的频域描述。承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。频域和时域的关系由式(1-1)确定： ?∞ ∞--=t e t f f F ft j d )()(π2 ?∞ ∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)内绝对可积，即t t f d )(?∞ ∞-必须为有限值。 扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（和待传输的信息信号)(t f 无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。也就是说在传输同样信息信号时所需要的射频带宽，远远超过被传输信息信号所必需的最小的带宽。扩展频谱后射频信号的带宽至少是信息信号带宽的几百倍、几千倍甚至几万倍。信息已不再是决定射频信号带宽的一个重要因素，射频信号的带宽主要由扩频函数来决定。 由此可见，扩频通信系统有以下两个特点： (1) 传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽； (2) 传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。 以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。
通信仿真技术实验报告 一、 实验项目名称：跳频扩频通信系统的设计及simulink 仿真 二、有关扩频系统的背景介绍 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的信息信号扩 展到一个很宽的频带上，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 宽得多的射频带宽为代价，来获得更强的抗干扰能力和更高的频谱利用率。 在通信系统中采用扩频技术有许多优点：比如具有较强的抗干扰能力；具有 较强的隐蔽性和抗测向、抗侦察能力；具有优良的多址接入能力，是码分多址的 关键技术；具有很强的抗频率选择性衰落的能力；抗多径干扰；可进行高分辨率 的测向、定位等等。 按照扩频方式的不同，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 ）。 跳频是扩频的另外一种方式。 在跳频系统中，调制载波频率受伪随机码的 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的伪随机规则跳变的多元频移键控（M-FSK ）系统。根据跳 频速率（h R 跳/s ）与传输信息速率（a R bps ）之间的关系，可以将跳频系统分为 慢跳频系统和快跳频系统：若（h a R R ），则为快跳频，反之为慢跳频。 三、实验目的：本实验的目的是通过搭建跳频扩频系统的模型，了解跳频扩频通 信系统的原理，并掌握simulink 的操作使用方法。 四、实验内容
华北水利水电大学扩频通信结课报告 跳频扩频技术 学院：信息工程 专业：通信工程 ：建 学号： 201215707
跳频扩频系统的组成及工作原理 1、跳频系统的组成 跳频扩频（FHSS）通信是扩频通信的一种，是以载波频率的跳变进行通信的。这种通信可以有效地躲避干扰，已成为抗电子干扰的主要手段。系统的信道数、载波的带宽、跳频的速率和跳变的伪随机性是抗干扰的重要技术指标。信道数越多，带宽围越大，跳变的速率越快，频率跳变的规律越接近随机变化，就越难以被外界干扰。 跳频扩频（FHSS）系统组成框图如图1所示。 图1 跳频扩频系统组成框图 跳频系统的载频受一个伪随机码控制，不断地、随机地跳变，因此跳频系统可视作载频按照一定规律变化的多频频移键控（MFSK）。与直扩系统不同，跳频系统中的伪随机序列并不直接传输，而是用来选择信道。跳频系统主要由PN 码产生器和频率合成器两部分组成，快速响应的频率合成器是频率跳变系统的关键部件。频率跳变系统的发射机在一个预定的频率集中，由PN码序列控制频率合成器，使发射频率能随机地由一个跳到另一个。接收机中的频率合成器也按相同的顺序跳变，产生一个与发射频率只差一个中频的本振频率，经混频后得到固
定的中频信号，该中频信号经放大后送到解调器，恢复传送的信息。此处，混频器实际上担当了解调器角色，只要收发双方同步，就可将频率跳变信号转换为一个固定频率的信号。 2、跳频系统的工作原理 在传统的定频通信系统中，发射机中的主振荡器的振荡频率是固定设置的，因而它的载波频率是固定的。为了得到载波频率是跳变的跳频信号，要求主振荡器的频率应能遵照控制指令而改变。这种产生跳号的装置叫跳频器。通常，跳频器是由频率合成器和跳频指令发生器构成的，如图2（a）所示。 (a) 发送
通信仿真技术实验报告 一、实验工程名称：跳频扩频通信系统的设计及simulink仿真 二、有关扩频系统的背景介绍 扩展频谱 跳频扩频系统的Matlab模拟仿真实现 摘要:跳频扩频技术采用特定的扩频函数及载波跳变来实现频谱展宽,具有很强的抗干扰性,并具有信息隐蔽、多址保密通信的特点;PSK调制方式由基带脉冲控制载波相位。在Matlab/Simulink下建立了采用BPSK方式的跳频扩频( FH-SS )通信系统模拟模型,并编程仿真实现该系统,对跳频扩频通信的实现有重要意义。 关键词:跳频扩频; BPSK; Matlab; Simulink Abstract: The frequency-hopping spread spectrum technology has stronger anti-jamming ability, and the features of information hiding and multipath interference communication through the given spread-spectrum function and hopped-frequency. The PSK modulation mode and carrier phase are controlled by base-band pulse.The model of frequency-hopping spread spectrum communication system with BPSK mode is setted up with Matlab/Simulink. Finally this system is simulated with Matlab. It is very important for the communication system to realize the frequency-hopping spread spectrum communication. Keywords: frequency-hopping spread spectrum; BPSK; Matlab; Simulink 跳频扩频(Frequency-Hopping Spread Spectrum,FHSS)通信系统抗干扰性能优异,具有抗多径衰落、低截获概率、码分多址能力、距离分辨率高和精确定时等优点,应用范围越来越广泛。扩展频谱通信系统[1]按工作方式分为直接序列扩展频谱系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统和混合方式,跳频扩频系统应用较为广泛。本文重点研究了采用Matlab/Simulink建立BPSK方式的FHSS通信系统模型的方法,并且编程实现该系统。 1 跳频扩频与PSK 1.1 跳频扩频技术 扩展频谱通信系统[2-3]是指待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数扩展后成为宽频带信号,送入信道中传输,再利用相应手段将其压缩,从而获得传输信息的通信系统。扩频技术是利用同域传输数据(信息)无关的码对被传输信号扩展频谱,使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。扩频函数常用的是伪随机序列。扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号, 其带宽远大于欲传输数据(信息)带宽,发射端展宽频带是用独立于所传数据的码来实现;在接收机中必须有与宽带载波同步的副本,利用同步的相同码解扩以恢复所传数据。 跳频是一种利用载波跳变来实现频谱展宽的扩频技术。在跳频系统中,调制载波频率受伪随机码的控制,不断地以伪随机规律跳变,以躲避点频干扰和窄带干扰。其方法是把一个宽频段分成若干个频率间隔(称为频道/频隙),由一个伪随机序列控制发射机在某一特定的驻留时间所发送信号的载波频率。在接收端,本地恢复载波也受伪随机码的控制,并保持与发送的跳频变化规律一致,这样,以频率跳变的本地恢复载波对接收信号经过变频(相乘)以后,就能得到一个固定的中频信号即把原来的频率跳变解除,这一过程称解跳,然后对解扩信号再进行相应的解调即可恢复数据。 1.2 移相键控(PSK) 移相键控(PSK)数字调制[4-5]是受键控的载波相位按照基带脉冲而改变的一种数字调制方式。 在一个码元传输时隙T内,M元数字相位调制的波形表示为: Sm(t)=g(t)cos[2πfct+2πm/M] =g(t)cos(2πm/M)cos (2πfct)- g(t)sin(2πm/M)sin(2πfct) =Re[g(t)e j2πm/M e j2πfct ]跳频扩频系统的Matlab模拟仿真实现
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