课程设计——跳频扩频系统仿真
一、课程设计目的
跳频通信系统是一种典型扩展频谱的通信系统，它在军事通信、移动通信、 计算机无线数据传输和无限局域网等领域都有着十分广泛的应用， 已成为当前短 波保密通信的一个重要发展方向。本次课程设计介绍了跳频扩频的基本原理，并 对跳频通信的抗干扰技术及其性能进行了探讨研究。 从理论上分析了跳频通信系 统的抗干扰性能，共涉及信号生成部分、发送部分、接受部分、判决部分、跳频 子系统五个模块。最后，利用 matlab 编程，完成了一个完整的跳频扩频系统的 设计方案，达到了预期效果。 通过本次课程设计，主要实现以下几个目的： 熟练掌握 MATLAB 在分析通信系统方面的应用,学会应用 MATLAB 设计与 分析一个跳频扩频通信系统； 熟悉一个跳频扩频通信系统的基本构成以及各个部分的作用, 了解跳频 扩频通信系统的特点； 了解跳频技术指标与跳频系统性能的关系，掌握产生跳频信号的方法； 锻炼动手能力，自学能力。
二、课程设计实验原理
2.1 跳频系统的工作原理
跳频通信的工作原理是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。从时域上来看，跳频信号是一个多频频移键控信号；从频域上来看，跳 频信号的频谱在宽频带上随机跳变。与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽，只要 对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获通信内容。同时，跳频通信具有良好的 抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其他的频点上进行通信。跳频通信 系统的工作原理图如下：
发送部分 伪随机码发生器 频率合成器 噪声
信源
FSK 调制器
混频器
信道
信宿
Байду номын сангаас
FSK 解调器
混频器
同步信号
频率合成器
接收部分
伪随机码发生器
Figure 1. 跳频通信系统的结构框图
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课程设计——跳频扩频系统仿真 跳频扩频通信可分为两大部分：发送部分和接收部分。在发射端, 被传送 的信息首先要经过数据调制器的相应调制， 以便获得载波频率固定的已调波信号。 同时，受 PN 码的控制，频率合成器输出一个频率跳变的正弦波载波信号，该信 号与经过数据调制后的信号进行混频,其输出的已调波信号的载波频率达到射频 通带的要求,经过高通滤波器后反馈至天线发射出去。 从本质上讲,发射的信号就 是载波频率不断变化的常规已调波信号 在接收端，收信机通常采用超外差接收机，使接收到的信号比接收端频率合 成器的输出信号低一个中频。 然后该接收信号与频率合成器的输出信号进行混频 从而实现解扩，输出一个固定中频信号。之后经中频带通滤波器滤波后, 把不需 要的干扰抑制掉，经数据解调器把传送的信息恢复出来，不同的是在接收端要进 行跳频同步信息的截获、跟踪和保持。为了解调出跳频信号，需要一组与发送端 相同的本地伪随机序列发生器，去控制本地频率合成器，产生一列与发射信号差 一个中频频率的跳频信号，其速率相同、起止一致。
《扩频通信原理》课程设计报告
设 计 题
目 ： 跳频扩频系统仿真
学 院 名
称 ： 通信与信息工程学院
刘 兵（2009210617）
姓
名 ： 郑文三（2009210199）
罗 程（2009210124）
专 班 指 导 老
业 ： 级 ： 师 ：
通信工程 0110910 李兆玉
2012 年 5 月 15 日
2.2 跳频系统的性能指标
对于跳频通信系统的技术性能，应注意下列各项指标： 跳频带宽 跳频带宽， 即为跳频系统工作时的最高频率域最低频率之间所占的频率带宽。 跳频带宽越宽，跳频的频率数目越多，跳频的速率越快，跳频码的周期越长，跳 频的同步时间越短，从而跳频系统性能越好，抗干扰能力越强。 跳频频率数 频率电台工作时跳变的载波频率点的数目，称为跳频频率数目。跳频的频率 数目， 取决于抗单频及多频干扰的能力。 跳变的频率数目越多， 抗干扰能力越强。 跳频速率 跳频速率，是指跳频电台载波跳变的速率，通常用每秒钟频率跳变的次数来 表示， 抗跟踪式干扰的能力与它有关。 跳频速率越高， 抗跟踪式干扰的能力越强。 跳频周期 跳频周期是指每一跳占据的时间， 它等于跳频驻留时间和信道切换时间之和， 与跳频速率成倒数关系。其周期长度决定跳频图案延续时间的长度，这个指标与 抗截获的能力有关。 跳频处理增益 跳频处理增益为射频带宽比上解跳后的中频带宽，跳频处理增益定义为：
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Figure 1. 跳频通信系统的结构框图 .................................... 1 Figure 2. 跳频扩频系统流程图 ....................................... 3 Figure 3. 跳频器产生框图 ........................................... 3 Figure 4. 跳频系统发射端的原理框图 .................................. 4 Figure 5. 跳频接收机的原理框图 ...................................... 6 Figure 6. 信息序列 ................................................ 7 Figure 7. 信号经过 FSK 调制器后的频谱 ................................ 7 Figure 8. 信号经过低通滤波器后的频谱 ................................ 8 Figure 9. m 序列的产生模块.......................................... 8 Figure 10. 混频后的波形 ............................................ 9 Figure 11. 经过带通滤波器的混频信号 ................................. 9 Figure 12. 经过带通滤波器的混频信号的频谱 ........................... 10 Figure 13. 解扩后的信号 ........................................... 10 Figure 14. 解扩后的下边频信号...................................... 11 Figure 15. 解扩后的下边频频谱...................................... 11 Figure 16. 采样判决前的信号 ....................................... 11 Figure 17. 恢复的信号............................................. 12 Figure 18. 频点分布图............................................. 12 Figure 19. 两个 m 序列的仿真图...................................... 13 Figure 20. 两个跳频器输出频率的跳频图案 ............................. 13
G P B RF / B IF
其中， B RF 为射频带宽， B IF 为解调后的中频带宽。
三、建立模型描述
为完成此次跳频扩频系统仿真，我们的模型建立如下： 在发送端，通过 rand 函数，首先生成一个固定频率载波信号 carrier 和数 据信号 signal，然后将两者进行调制，此过程为 2FSK 调制，调制输出为 2FSK modulated signal。然后，通过 M 序列发生器，产生一个频率随机变化的调频载
目录 1
一、课程设计目的...................................................... 1 二、课程设计实验原理 .................................................. 1 2.1 跳频系统的工作原理 ............................................. 1 2.2 跳频系统的性能指标 ............................................. 2 三、建立模型描述...................................................... 2 四、模块功能分析...................................................... 3 4.1 跳频信号的发送 ................................................ 3 4.1.1 信源产生 ................................................ 3 4.1.3 跳频产生 ................................................ 3 4.2 跳频信号的接收 ................................................ 4 4.2.1 信息解跳与解调 ........................................... 4 4.2.2 干扰信号分析 ............................................. 6 五、调试过程及结论 .................................................... 7 5.1 信源产生过程 .................................................. 7 5.2 信源 FSK 调制 .................................................. 7 5.3 m 序列的产生 .................................................. 8 5.4 混频过程...................................................... 8 5.5 信号的解跳与恢复 ............................................. 10 六、调试分析 ........................................................ 12 6.1 频点的选择 ................................................... 12 6.2 跳频序列与频率击中概率计算 ..................................... 13 七、心得体会 ........................................................ 14 八、参考文献 ........................................................ 14 九、代码附录 ........................................................ 15 【附录一】 ：主程序 ................................................ 15 【附录二】 ：选频程序 .............................................. 19 【附录三】 ：跳频组网仿真 ........................................... 20