跳頻系統(tǒng)MATLAB仿真分析案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u5345跳頻系統(tǒng)MATLAB仿真分析案例概述 1223361.1跳頻系統(tǒng)的原理 1324311.2跳頻系統(tǒng)的性能 2191201.3跳頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法 2138071.4仿真結(jié)果與分析 21.1跳頻系統(tǒng)的原理跳頻通信也是擴(kuò)頻通信的一種。將其與固定的頻率相比，它具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較低的攔截概率，使其難以檢測，攔截和攔截信息，并確保了通信的隱蔽性和可靠性。另外，發(fā)射和接收頻率變化很快，可以有效地消除由信號衰落和多徑干擾引起的信號延遲。跳頻也就是在寬頻帶內(nèi)用特定的序列進(jìn)行的載波跳頻。信息數(shù)據(jù)正確編碼后就成為Bd帶寬的基帶信號，Bd帶寬的基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制。跳頻系統(tǒng)當(dāng)中的載波頻率也會被偽隨機(jī)碼的發(fā)生器控制住。為了實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展，載波頻率需要在具有BSS帶寬的頻帶中隨機(jī)跳變。跳頻系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔⒋a和偽隨機(jī)碼序列構(gòu)成跳躍指令也就是跳頻模式，而載波頻率也會隨時(shí)變化。接收機(jī)會接收來自射頻濾波器的跳頻信號，然后提取到與其同步信號。然而我們知道，跳頻的同步信號就是來自發(fā)送到這里來的跳頻信號。接下來就是獲得同步的本地載波，在這個(gè)過程中我們的目的是讓接收到的跳頻信號和由偽隨機(jī)序列碼控制的跳頻相同步。只要只要發(fā)送者和接收者的偽隨機(jī)碼同步，我們就可以得到一個(gè)恒定頻率的信號。然后再將信號進(jìn)行解調(diào)，最后就是恢復(fù)發(fā)送的信息。在跳頻系統(tǒng)中，有一個(gè)非常重要的參數(shù)，我們稱作為是跳頻增益，常用字母G來表示。在通信系統(tǒng)中，它也可以稱作擴(kuò)頻增益。如果我們假設(shè)跳頻的次數(shù)為N次，換句話說也就是在跳頻系統(tǒng)中，可變頻率合成器假設(shè)給我們提供了N個(gè)互不相同的頻率。那么在跳頻系統(tǒng)中，BSS帶寬為N個(gè)最小跳頻間隔?f=Bd。通過這樣的一個(gè)關(guān)系我們就可以得到這個(gè)跳頻系統(tǒng)中的一個(gè)擴(kuò)頻增益，有以下式子來進(jìn)行表示：G=B我們可以總結(jié)來說，跳頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益等于系統(tǒng)中最大的跳頻數(shù)。擴(kuò)頻增益G的也顯示了該跳頻的抗衰落和抗干擾特性的大小。1.2跳頻系統(tǒng)的性能跳頻通信具抗干擾的功能，可以共同享用頻譜資源。因此，跳頻通信在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中有著非常突出的優(yōu)勢。除此以外，跳頻通信也常常被應(yīng)用于民用通信中，用來抵抗衰落，抗多通，抗互聯(lián)網(wǎng)干擾并且還能提高頻譜的利用率。1.3跳頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法跳頻系統(tǒng)是一種根據(jù)特定規(guī)則同時(shí)跳變發(fā)送方和接收方的載波頻率的通信系統(tǒng)。在跳頻通信系統(tǒng)中，可以被用的信道帶寬會劃分成許多個(gè)相鄰的頻率間隔，我們將它稱之為頻率間隙。在每一個(gè)信號傳輸?shù)拈g隔之中，傳輸?shù)男盘栒加靡粋€(gè)或多個(gè)可用的頻率時(shí)隙。圖1.1整體實(shí)現(xiàn)流程圖創(chuàng)建跳頻信號的方法有多種，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中用了如下的一種方法：首先是由PN序列產(chǎn)生一個(gè)采樣速率為1/500s的二進(jìn)制的碼流。然后經(jīng)過兩次緩存器，再進(jìn)行二進(jìn)制到整數(shù)的一個(gè)變化，并且是五個(gè)比特為一組，這樣就轉(zhuǎn)化成了0-31個(gè)電壓值來控制VCO，這樣就可以使得輸出的頻率隨著整數(shù)值跳變的正弦信號。1.4仿真結(jié)果與分析圖1.2所示為基于simulink的跳頻系統(tǒng)仿真框圖，主要分析了在高斯信道下跳頻通信的誤碼率。圖1.3則為跳頻子系統(tǒng)仿真流程圖。信號的帶寬是100Hz，如圖1.4所示，為跳頻信號頻譜可以觀察到跳頻的寬度，也就是頻譜的范圍。如圖用紅色方框標(biāo)注的地方則為展頻譜后的信號總帶寬。因此可以計(jì)算得到跳頻增益為：11.34。圖1.5至圖1.9則展現(xiàn)了高斯信道下的誤比特率，分別是信噪比為10、8、4、0、-2下的誤比特率。經(jīng)過仿真我們可以發(fā)現(xiàn)，信噪比越高誤比特率越低，在信噪比為10的時(shí)候誤比特率可以達(dá)到零，說明在我仿真的這個(gè)跳頻通信系統(tǒng)中，信噪比為10dB時(shí)，跳頻通信系統(tǒng)的性能非常好，甚至達(dá)到了最好。下面我們再觀察圖1.10，這張圖體現(xiàn)了在該系統(tǒng)中高斯信道下誤比特率隨信噪比的變化趨勢。將所得到的的數(shù)據(jù)繪制成折線圖就會非常直觀的看到誤比特率的變化趨勢。當(dāng)信噪比下降，誤比特率越大的時(shí)候說明系統(tǒng)的性能下降。圖1.2高斯信道跳頻系統(tǒng)仿真流程圖圖1.3跳頻子系統(tǒng)仿真流程圖圖1.4跳頻信號頻譜圖1.5高斯信道誤比特率（信噪比10）圖1.6高斯信道誤比特率（信噪比8）圖1.7高斯信道誤比特率（信噪比為4）圖1.8高斯信道誤比特率（信噪比為0）圖1.9高斯信道誤比特率（信噪比為-2）圖1.10跳頻系統(tǒng)高斯信道誤比特率趨勢圖圖1.11則是我在跳頻系統(tǒng)中所用到的PN序列發(fā)生器。PN序列因?yàn)榭梢灾貜?fù)生成和處理，所以也被大家稱作是偽隨機(jī)噪聲序列。PN序列還有其他許多種類，比如說最常見的m序列，一般都是由反饋移位寄存機(jī)產(chǎn)生的。在這個(gè)模塊中，我設(shè)置了采樣時(shí)間是1/500，也就是說其擴(kuò)頻碼片速率是500chip/s圖1.11PN序列發(fā)生器圖1.12為，Buffer緩存模塊，就是基于幀的信號創(chuàng)建模塊，通過buffersize，overlapsize，initialvalue等來創(chuàng)建幀格式信號。幀格式相當(dāng)于每個(gè)采樣點(diǎn)批處理一些數(shù)據(jù)，其波形觀察通過vectorscope來查看。圖1.12Buffer緩存模塊簡單來說這個(gè)子模塊的作用就是：首先是PN序列會產(chǎn)生一個(gè)采樣速率是1/500s的二進(jìn)制碼流。然后會經(jīng)過兩個(gè)緩存器，并且進(jìn)行二進(jìn)制變?yōu)檎麛?shù)的一個(gè)變換，這樣就會生成一個(gè)五進(jìn)制的隨機(jī)的整數(shù)碼流，采樣的速率則為1/100s。用其控制壓控振蕩器VCO，使得其輸出隨著整數(shù)值跳變的正弦信號的一個(gè)頻率。然后再使得跳頻的頻率集合得到其控制，五進(jìn)制隨機(jī)整數(shù)碼流，轉(zhuǎn)成了整數(shù)且最大為32。通過此模塊我們可以得到一個(gè)偽隨機(jī)序列，如圖1.13，就是本次得到的跳頻控制序列。圖1.13跳頻控制序列圖1.14跳頻信號時(shí)域波形圖1.15發(fā)送信號和接收信號的波形對比在給定下列信息的情況下，以偽隨機(jī)整數(shù)信號（最大為32）控制系統(tǒng)的跳頻載波。數(shù)據(jù)經(jīng)過采樣速率為1/500s的PN序列產(chǎn)生的二進(jìn)制碼流，數(shù)據(jù)調(diào)制采用BPSK調(diào)制，圖1.14則展示了跳頻信號的時(shí)域波形，從圖中我們也可以觀察到發(fā)送信號的波形、跳頻載波以及跳頻信號。圖1.15則展現(xiàn)了跳頻系統(tǒng)收發(fā)波形的比較，可以看出幾乎是同步且一致的。因此我們也不難總結(jié)出跳頻系統(tǒng)也有非常好的抗干擾功能。圖1.16跳頻圖案圖1.17跳頻點(diǎn)對應(yīng)頻率詳細(xì)圖除此以外我也利用了MATLAB編碼，來展現(xiàn)跳頻系統(tǒng)跳頻的一個(gè)圖案，在圖1.16中，我們可以觀察到當(dāng)時(shí)間在變化時(shí)，跳頻圖案也在有規(guī)律的重復(fù)，但是在頻率集合里是偽隨機(jī)的。由于跳頻點(diǎn)圖案較小不方便觀察其變化，我將其跳變頻點(diǎn)標(biāo)在相應(yīng)的跳頻點(diǎn)旁邊，如圖1.17?？梢钥闯鲆粋€(gè)周期有32個(gè)跳頻點(diǎn)。圖1.18萊斯信道跳頻系統(tǒng)仿真流程圖圖1.19瑞利信道跳頻系統(tǒng)仿真流程圖圖1.18展示了萊斯信道的跳頻系統(tǒng)仿真，此時(shí)的信噪比為10，也可以看出其誤比特率為0。因此在跳頻系統(tǒng)中，萊斯信道的性能也是不錯(cuò)的。具有強(qiáng)大的抗干擾功能。而相對于圖1.19的瑞利信道來說誤比特率就大大增加了，所以我們也不難看出萊斯信道的性能是要比瑞利信道更加好的。我嘗試了幾種方法，也沒有調(diào)試出誤比特率較小的瑞利信道的辦法。對此我進(jìn)行了一個(gè)思考，我猜想可能是因?yàn)樵谛盘杺鬏數(shù)恼麄€(gè)過程中，會遇到各種各樣的緣由從而導(dǎo)致在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中出現(xiàn)了誤碼的情況。這樣的話我們在接收端就會遇到