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。
在自适应跳频中，同步还包括收发双方频率集更新的同步，保证双方同步地实现坏频点替代，否则会使收发双方频率表不一致，导致通信失败。
频合器是跳频通信系统中的关键部分，目前大多数跳频电台中使用的频率合成器采用的是锁相环（PLL）频率合成技术，但是该技术的频率转换速度已经接近其极限，要进一步改善的技术难度越来越大，而且分辨率较低。为了能够进一步提高跳频速率，提出了直接式数字频合器(DDS）。它采用全数字技术，具有频率分辨率高，频率转换时间快，输出频率可以很高而且稳定性好，相位噪声低等优点，可满足快速跳频电台对频率合成器的要求。例如在美国的JTIDS中，跳速达到每秒35800跳，只有采用直接数字频合器才能实现。但是DDS的价格昂贵，复杂度大，直接用于战术跳频电台有一定的难度。如果采用DDS+PLL的方法，结合两者的长处，可以获得单一技术难以达到的效果。
在跳频系统中，即使在信道条件良好的情况下，仍有可能在少数跳中出现错误，因此有必要进行差错控制。差错控制的方法主要分为两类：一是自动请求重发纠错（ARQ)技术；二是采用前向纠错（FEC)技术。
ARQ技术可以很好的对付随机错误和突发错误，它要求有反馈电路，当信道条件不好时，需要频繁的重发，最终可能导致通信失败。
FEC技术不需要反馈电路，但是需要大量的信号冗余度以实现优良的纠错，从而会降低信道效率。由于纠错码对突发错误的纠错能力较差，而通过交织技术可以使信道中的错误随机化，因此，经常采用编码与交织技术相结合的办法来获得良好的纠错性能。
在跳频系统中常用的纠错编码技术有汉明码、BCH码、trellis码、RS码、Golay码、卷积码和硬判决译码、软判决译码等。1993年提出了TURBO码，其信噪比接近于Shannon极限，引起了人们的极大兴趣。与RS码等常用的跳频编码相比，TURBO码在跳频系统中显示了极大的应用潜能。此外，还可以把不同的编码方法结合在一起，取长补短，进行联合编码。在快跳频方式下，还可以运用重发大数判决来克服跳频频段内的快衰落。
跳频电台在实际应用中通常要组成跳频通信网，以实现网中的任何两个通信终端均能够做到点到点的正常通信。组网除了要避免近端对远端的干扰、码间干扰、电磁干扰等其它干扰以及由系统引起的热噪声等噪声干扰以外，还要注意避免由组网引起的同道干扰、邻道干扰、互调干扰、阻塞干扰等。采用跳频的多址通信网具有很多优点：抗干扰能力强，低截获概率，低检测概率，对频率选择性衰落有很好的抑制作用等等。但是，与常用的DS/CDMA系统相比，跳频网的最大用户数相对较小。
跳频通信网可以分为同步通信网和异步通信网。跳频通信网有多种组网方式，如分频段跳频组网方式、全频段正交跳频组网方式等。在分频段跳频组网方式中，系统把整个频段分成若干个子频段，不同的通信链路采用不同的子频段进行通信，从而有效地防止同一通信网间的干扰。全频段正交跳频组网方式仅用于同步跳频通信网中，也就是说整个通信网中只有一个基准时钟，通过设计在某一相同时刻t的N个相互正交的跳频频率序列来进行组网，这样尽管各个终端间的通信均使用相同频段，但是由于瞬时的跳频频率点不相同，因此可保证它们之间不会出现同频道干扰。自适应跳频通信系统中，由于在通信过程中会去除那些通信条件恶劣的信道，因此频率更新后可能会出现同频道干扰现象，故必须设计一种良好的频点更新
算法，保证更新后的跳频序列之间依然是正交的，否则可能会使各通信节点之间频繁出现频率碰撞，导致无法正常通信。实际应用中也可以把以上两种组网方式结合进行。例如英国Recal-Tacticom公司的Jaguar系列电台在组网中就同时采用了这两种组网方式，可组网数目达到200—300个。
除了以上这些关键技术以外，调制解调方法在跳频系统中也很重要，可以采用FSK、QAM、QPSK、QASK、DPSK、QPR、数字chirp调制等多种调制方式。
自适应跳频系统是在常规跳频系统的基础上，实时地去除固定或半固定干扰，从而自适应地自动选择优良信道集，进行跳频通信，使通信系统保持良好的通信状态。也就是说，它除了要实现常规跳频系统的功能之外，还要实现实时的自适应频率控制和自适应功率控制功能，因此就需要一个反向信道以传输频率控制和功率控制信息。
通过可靠的信道质量评估算法，发现了干扰频点后，应当在收发双方的频率表中将其删除，并以好的频点对它们进行替换，以维持频率表的固定大小。这种检测和替换是实时进行的。为增加跳频信号的隐蔽性和抗破译能力，跳频图案除具有很好的伪随机性、长周期外，各频率出现次数在长时间内应具有很好的均匀性。在引入自适应频率替换算法对频率表进行实时更新后，为保障系统性能，仍然要求跳频图案具有很好的均匀性，所以应当依次用不同的质量较好的频点来分别替换被干扰的频点。
收端频率表的更新会导致收发频率表的不一致性。为了使收发频率表同步更新，必须通过反馈信道将收端的频率更新信息通知发方。这种信息的相互交换是一种闭环控制过程，需要制定相应的信息交换协议来保证频表可靠的同步更新。衡量协议有效性的另一个重要指标便是频点去除的速度。在检测出干扰频点后，干扰频点去除的速度越快，对通信的影响越小。
信道质量评估的另一个作用是进行自适应功率控制。功率控制就是要把有限的发送功率最好地分配给各个跳频信道，使得各个信道都能够以最小发射机功率实现正常通信，从而提高跳频信号的隐蔽性和抗截获能力。在自适应跳频系统中，系统检测每个信道的通信状况，并通过信道质量评估单元中的功率控制算法对每个跳频信道单独进行功率控制。
功率控制算法可以基于两种原则：一是比特误码率最小原则，算法为各个跳频信道选择适当的功率，使得接收方收到的数据比特误码率达到预定的误码门限；二是等信干比原则，此算法调整各个跳频信道的平均功率，使得各个跳频信道上的信干比相同，这里的信干比是指各个跳频信道上的信号功率/（对应信道上的干扰功率+ 传输损耗功率）。这两种算法的性能差不多。
随着跳频技术的不断发展，其应用也越来越广泛。
战术电台中采用跳频技术的主要目的是提高通信的抗干扰能力。早在70年代，就开始了对跳频系统的研究，现已开发了跳频在VHF波段(30—300MHz）的低端30—88MHz、UHF波段(300MHz以上）以及HF波段(1.5—30MHz)的应用。随着研究的不断深入，跳频速率和数据数率也越来越高，现在美国Sanders公司的CHESS高速短波跳频电台已经实现了5000跳/秒的跳频速率，最高数据数率可达到19200bps。此外，CHESS跳频电台与一般的跳频电台还有所不同，它以DSP为基础，采用了差动跳频（DFH)技术。通过现代数字处理技术，CHESS跳
频电台较好解决了短波系统带宽有限(导致数据速率低的原因)、信号间相互干扰、存在多径衰落等的问题。同时，它的瞬时信号带宽很窄，对其它信号的影响很小。可以看到，实现更高跳速、更高数据速率的跳频电台正是跳频通信系统的未来发展方向，软件无线电的概念也已逐渐应用到新型的跳频电台中。
短波自适应跳频电台已经在当前的军事通信中占有了很重要的一部分。与VHF/UHF频段不同，短波信道有许多固有特点，例如，受多径时延、幅度衰落、天气变化等因素的影响，信道条件变化莫测。但是随着各种新技术的出现，短波通信的可靠性得到了技术上的保证，而自适应跳频技术就是这些新技术中的一种。它通过分析波段上的频率占用率，自动搜索无干扰或未被占用的跳频信道进行跳频，不仅避免了自然干扰，也不会受到短波频谱大量占用的影响。它会根据需要自动地改变跳频序列，有效的适应恶劣环境。它在海湾战争中体现出的优越性引起了各国的高度重视。
在现有的DS/CDMA系统中，远近效应是一个很大的问题。由于大功率信号只在某个频率上产生远近效应，当载波频率跳变到另一个频率时则不受影响，因此跳频系统没有明显的远近效应，这使得它在移动通信中易于得到应用和发展。在数字蜂窝移动通信系统中，如果链路间采用相互正交的跳频图案同步跳频，或者采用低互相关的跳频图案异步跳频，可以使得链路间的干扰完全消除或基本消除，对提高系统的容量具有重要意义。此外，跳频是瞬时窄带系统，其频率分配具有很大的灵活性，在现有频率资源十分拥挤的条件下，这一点具有重要意义。
跳频的多址性能对于组网有很重要的意义。加拿大Laval大学提出了在光纤网络中应用快跳频技术。该系统利用Bragg光栅替代传统跳频系统中的频率合成器，跳速达到10G数量级。系统在30个用户，比特误码率为10-9的条件下，数据速率为500Mb/s。与采用非相干DS/CDMA技术的光纤网络相比，同时有相同数量的用户使用时，FFH/CDMA系统的比特误码率明显优于DS/CDMA系统。
此外，跳频技术在GSM、无线局域网、室内无线通信、卫星通信、水下通信、雷达、微波等多个领域也得到了广泛的应用。
由于跳频系统本身也存在着一些缺点和局限，如信号隐蔽性差，抗多频干扰以及跟踪式干扰能力有限等，而扩频的另一种方式直接序列扩频却有较好的隐蔽性和抗多频干扰的能力。把这两种扩频技术结合起来，就构成了直接序列/跳频扩展频谱技术。它在直接序列扩展频谱系统的基础上增加载波频率跳变的功能，直扩系统所用的伪随机序列和跳频系统用的伪随机跳频图案由同一个伪随机码发生器生成，所以它们在时间上是相互关联的，使用同一个时钟进行时序控制。意大利Telettra公司的Hydra V电台是采用了直接序列/跳频混合扩频技术的第一代战术电台。由于采用了直接序列扩频DBPSK调制方式，比单独采用跳频技术多获得9dB的处理增益，从而提高了电台的抗干扰性能。
跳频技术是一种具有高抗干扰性、高抗截获能力的扩频技术。随着微电子与数字信号处理技术的飞速发展，原先存在的频率合成器和跳频同步等难题已经解决。现在它不仅已经在军事通信中大展身手，较好地满足了现代战争提出的电子对抗与反对抗要求，而且在民用通信中也展示出良好的应用前景。与自适应技术的结合进一步提高了跳频系统的性能，其中信道质量评估方法是关键，如何针对不同的信道更好的进行信道质量评估还值得进一步研究。可以
相信，跳频技术仍将继续向高跳频速率、高数据传输速率发展。各种新颖的跳频实现方法也不断地提出，软件无线电概念的提出为跳频技术的发展开辟了一个新领域。
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
相关主题
文本预览