摘要
跳频通信系统是一种典型扩展频谱通信系统，它在军事通信、移动通信、计算机无线数据传输和无线局域网等领域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。本文介绍了跳频通信系统的基本工作过程，从跳频系统的结构组成、工作原理、主要技术指标、跳频通信系统的解跳和解调等方面阐述了跳频通信基本原理,并对跳频通信系统的抗干扰技术及其性能进行了仿真研究和理论分析。本文从理论上分析了跳频通信系统的抗干扰性能,其组成部分包括信号生成部分、发送部分、接收部分、判决部分、跳频子系统模块五个部分,并以2FSK系统为例,给出了上述通信干扰样式下的误码率理论分析结果，并利用Matlab中的Simulink仿真系统实现跳频系统的仿真和分析，达到了预期的效果。
关键词：跳频系统; 扩频通信; Matlab; Simulink仿真
目录
第1章绪论 (1)
1.1 概述 (2)
1.2 跳频通信简介 (1)
1.2.1 跳频通信系统概述 (1)
1.2.2 跳频技术的应用背景和发展趋势 (2)
1.3 MATLAB简介 (3)
1.4 本文研究内容及章节安排 (3)
第2章跳频通信系统的基本原理 (4)
2.1 跳频通信系统的结构组成 (4)
2.1.1 跳频系统的发送部分 (4)
2.1.2 跳频系统的接收部分 (5)
2.2 跳频通信系统的性能指标 (6)
2.3 跳频通信系统的调制方式 (7)
2.4 频率合成器 (8)
2.5 跳频信号的解跳与解调 (8)
2.5.1 跳频信号的解跳 (8)
2.5.2 跳频信号的解调 (9)
第3章跳频通信系统仿真及性能分析 (10)
3.1 Simulink 基础知识和设计开发原理简介 (10)
3.1.1 Simulink 基础知识简介 (10)
3.1.2 Simulink的设计和开发 (11)
3.2 跳频通信系统仿真模型的建立 (12)
3.3 S－函数的仿真流程 (12)
3.4 跳频通信系统的仿真框图 (13)
3.5 仿真模型中示波器的仿真结果显示 (17)
3.6 基于源代码的跳频通信系统仿真 (18)
3.7 误码率分析 (21)
第4章仿真的源程序 (2)
第5章结论 (2)
参考文献 (2)
第1章绪论
1.1 概述
扩频通信是现代通信技术的热点技术之一。扩频通信最初用于军事抗干扰通信，后来又在移动通信中得到广泛的应用。扩频通信信息传输系统，有利于提高系统的抗干扰性能，改善性噪比。扩频通信方式主要有：直接序列扩频，跳频扩频，线性调频。本文主要研究跳频扩频，跳频扩频系统就是用伪随机码序列构成跳频指令来控制频率合成器，在多个频率中进行有选择的频移键控。
MATLAB的Simulink动态仿真环境很强大，具有方便、直观、灵活的优点[8]。MATLAB集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。在这个环境下，对所要求解的问题，用户只需简单地列出数学表达式，其结果便以人们十分熟悉的数值或图形方式显示出来。本文根据跳频扩频通信的原理，利用MATLAB提供的可视化仿真工具Simulink建立跳频扩频通信系统的仿真模型，研究扩频通信的特性，为研究以扩频通信为基础的现代通信提供理论依据。
1.2 跳频通信简介
1.2.1 跳频通信系统概述
扩频通信，即扩展频谱通信与光纤通信、卫星通信，一般被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式，它是上世纪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[1]。20世纪50年代，美国麻省理工学院研究成功NO MAC系统，成为了扩频通信研究发展的开端。时至今日，随着民用、军用通信事业的发展，频带拥挤的矛盾日益突出。而信号处理技术、大规模集成电路和计算机技术的发展，推动了扩频通信理论、方法、技术等方面的研究发展和应用普及。
扩频通信主要有以下几种方式：直接序列扩频、跳频扩频和线性调频[4]。
跳频就是用伪随机码序列构成跳频指令来控制频率合成器，可以看成载波频率不断变化的多频移频键控[2]。跳频指令由所传递的信息码与伪随机序列模二相加构成，其发送频率由跳频指令随机选择。调制器将发送端的信息码序列与伪随机序列调制，频率的合成由不同的跳频图案控制。在接收端，接收到的信号与噪声经滤波后送至混频器。接收机本振信号的跳变规律与发送端相同，而且也是一频率跳变信号，接收机的中频为两个合成器产生的对应的频率的频差。要使收发双方的跳频与频率合成器产生的跳变频率同步，需要收发方的伪随机码同步。经混频后，得到一个不变的中频信号，将此中频信号进行解调，就可恢复出发送的信息。
1.2.2 跳频技术的应用背景和发展趋势
跳频通信主要用于战术无线电通信和民用移动通信，其工作方式一般以语音为主，也可传输数据。跳频通信具有良好的组网能力、低截获概率及抗干扰性,跳频技术提高了军事装备的抗截获和抗干扰能力, 在军事领域得到了极大的发展,向通信对抗提出了严峻的挑战。开展跳频通信抗干扰技术的研究,寻求干扰跳频通信的方法,己成了当前通信对抗领域十分紧迫而困难的任务之一[5]。
随着跳频技术的不断发展，其应用也越来越广泛。在战术中，电台采用跳频技术可以提高通信抗干扰能力。早在70 年代，跳频系统的研究就开始了，现已开发的跳频的波段应用为：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)。跳频速率和数据数率，随着研究的不断深入，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跳频电台以DSP 为基础，采用了差动跳频（DFH)技术，与一般的跳频电台有所不同。CHESS跳频电台，通过现代数字处理技术，较好地解决了多径衰落、短波系统带宽有限、信号间相互干扰等问题。同时，它的瞬时信号对其信号的影响很小，因为其带宽很窄。跳频电台可以实现更高跳速、更高数据速率，正是跳频通信系统的未来发展方向，新型的跳频电台也已逐渐应用软件无线电这个概念。当前的军事通信中，短波自适应跳频电台已经占有了很重要的一部分。短波信道有许多固有特点，与VHF/UHF 频段不同，例如，受天气变化、多径时延、幅度衰落等因素的影响，信道条件变化不可捉摸。但是短波通信的可靠性，随着各种新技术的出现，得到了技术上的保证，这些新技术中包括自适应跳频技术。它通过自动搜索无干扰或未被占用的跳频信道进行跳频，分析波段上的频率占用率，不仅降低了短波频谱大量占用的影响，也避免了自然干扰。它会根据需要有效的适应恶劣环境，自动地改变跳频序列。它在海湾战争中体现出了优越性，因此引起了各国的高度重视。
远近效应，在现有的DS/CDMA 系统中是一个很大的问题。由于远近效应只发生在大功率信号的某个频率上，当载波频率跳变到另一个频率时则不受影响，因此远近效应在跳频系统中并不明显，这使得移动通信中易于应用和发展远近效应。在数字蜂窝移动通信系统中，如果链路间采用低互相关的跳频图案异步跳频，或者采用相互正交的跳频图案同步跳频，可以完全消除或基本消除链路间的干扰，对提高系统的容量具有重要意义。此外，跳频的频率分配具有很大的灵活性，是瞬时窄带系统，在现有频率资源比较缺乏的条件下，这一特性具有重要意义。
在组网技术中，跳频的多址性能具有很重要的意义。加拿大Laval 大学，提出了将快跳频技术应用到光纤网络中。该系统将传统跳频系统中的频率合成器用Bragg 光栅替代，跳速达到10G 数量级。系统在比特误码率为10-9，30个用户的条件下，数据速率为500Mb/s。在具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，与采用非相干DS/CDMA 技术的光纤网络相比。
此外，跳频技术在GSM、室内无线通信、无线局域网、水下通信、卫星通信、微波、雷达等多个领域也得到了十分广泛的应用[3]。
跳频系统本身也存在着一些局限和缺点，如跟踪式干扰能力有限，信号隐蔽性差，以及抗多频干扰性能不够等，而另一种扩频方式直接序列扩频却有较好的抗多频干扰的能力和隐蔽性。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。这种技术在直接序列扩展频谱系统的基础上，又具有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，在时间上是相互关联的，使用同一个时钟进行时序控制，因为它们用的伪随机跳频图案由同一个伪随机码发生器生成。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，采用了直接序列扩频DBPSK 调制方式，提高了电台的抗干扰性能，比单独采用跳频技术多获得9dB 的处理增益。
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，研究跳频通信技术具有重要意义。
1.3 MATLAB简介
MATLAB诞生于20世纪70年代，具有其他仿真软件所无可比拟的矩阵运算能力和系统仿真能力。MATLAB 可以实现算法、绘制函数和数据、创建用户界面、进行矩阵运算、连接其他编程语言的程序等，主要应用于控制设计、工程计算、图像处理、信号处理与通讯、金融建模设计与分析、信号检测等领域[9]。MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。
MATLAB是英文MATrixLABoratory (矩阵实验室) 的缩写.它是美国的MathWorks公司推出的用于数值计算和图形处理的数学计算环境[10]。该软件包括: 矩阵计算、数值分析、建模和系统控制、数字信号处理等应用程序。 MATLAB语言简洁、紧凑、使用方便, 有丰富的运算符号和库函数,还具有结构化的控制语句和面向对象编程的特点。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MathWorks也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。
随着其版本的不断提高, 各种工具箱的扩充和完善, MATLAB的功能越来越强, 从而被广泛应用于仿真技术、自动控制和数字信号处理等领域。
1.4 本文研究内容及章节安排
本文基于MATLAB中的Simulink建模和源程序，对跳频通信系统进行了仿真和分析。本文从跳频系统的组成、主要技术指标、跳频通信的主要特点、数学模型等方面阐述了跳频通信基本原理,着重对跳频通信系统的性能及其干扰技术进行了理论分析和仿真研究。文章从理论上分析了典型通信干扰对跳频通信系统的影响,包括信号生成部分、发送部分、接收部分、判决部分、跳频子系统模块五个部分,并以2FSK 系统为例,给出了上述通信干扰样式下的误码率理论分析结果。
本文的主要内容有：
（1）跳频通信的结构组成及工作原理；
（2）跳频通信系统的主要性能指标；
（3）跳频通信系统的调制方式；
（4）频率合成器；
（5）跳频信号的解跳与解调；
（6）跳频系统的仿真与性能分析。
全文分为4个章节，第1章主要对跳频通信和MATLAB进行了简介，并总括全文；第2章叙述了跳频通信的结构和原理，主要性能指标，调制方式，频率合成器以及跳频信号的解跳与解调，使读者对跳频通信有大致较详细的了解；第3章运用MATLAB软件对跳频通信系统进行了仿真，通过仿真结果分析系统的性能，检验此系统的优势；第4章总结此次课程设计，指出设计成果并发现不足, 总结经验。
第2章跳频通信系统的基本原理
2.1 跳频通信系统的结构组成
跳频通信系统主要由发送端和接收端两部分组成[6]。
在发送端，用信源产生的信息流去调制频率合成器产生的载频，得到射频信号，频率合成器产生的载频受伪随机码的控制，按一定规律跳变。
在接收端，接收端接收到的信号经高通滤波后送至混频器，在混频器与本振信号相乘并经中频带通滤波后，得到一个不变的中频信号，经中频放大器放大后，送到信息解调器恢复出原信息信号。
2.1.1 跳频系统的发送部分
发送端包括：信源、数据调制器、频率合成器、跳频序列发生器、高通滤波器、以及发送端天线等。其原理框图如图2.1所示：
信源数据调制器高通滤波器
频率合成器
跳频序列发生器
图2.1 跳频通信系统发送端原理框图
信源输出的是双极性二进制码，用频率合成器合成载波信号。跳频系统通过伪随机地改变发送载波频率，用跳变的频率来调制基带信号，得到载波频率不断变化的射频信号，然后发送到信道中。
在传统的定频通信系统中，载波频率是固定的，因为发射机中的主振荡器的振荡频率是固定设置的。一般要求主振荡器的频率应能遵照控制指令而改变，这样是为了得到载波频率是跳变的跳频信号。这种产生跳频信号的装置叫跳频器。通常，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，跳频器是由频率合成器和跳频指令发生器构成的。在时钟的作用下，频率合成器不断地改变其输出载波的频率，跳频指令发生器不断地发出控制指令。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，这就是跳频信号。跳频图案，就是跳频器输出的跳变的频率序列。跳频图案的产生取决于跳频指令。通常，跳频指令是利用伪随机发生器来产生的，或者由软件编程来产生此跳频指令。所以，跳频器是跳频系统的关键部件，更具体地说，是能产生伪随机性好的跳频指令发生器和频谱纯度好的快速切换的频率合成器。由跳频信号产生的过程可以看出，在原理上，不论是模拟的或数字的定频发送系统，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，信道机的通带宽度在实际系统中尚需考虑。
2.1.2 跳频系统的接收部分
接收端部分包括：高通滤波器、频率合成器、跳频序列发生器、带通滤波器、同步电路、数据解调器、信宿以及接收端天线等。其原理框图如图2.2所示：
高通滤波器带通滤波器数据解调器信宿
频率合成器跳频序列发生器同步电路
混频器
图2.2 跳频系统接收端原理框图
定频信号的接收设备中，接收方法一般都采用超外差式，即接收机本地振荡器的频率与所接收的外来信号的载波频率产生频差，即相差一个中频。经过混频后，混频产生组合波频率成分和一个固定的中频信号。中频带通滤波器的滤波作用，将滤除组合波频率成分，而使带通中频信号进入解调器。所要传送给收端的信息即为解调器的输出。
跳频信号的接收过程与定频相似。要求频率合成器的输出频率要比外来信号高出一个中频，是为了保证混频后获得带通中频信号。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，是因为外来的信号载波频率是跳变的，这样才能通过混频获得一个固定的带通中颇信号。跳频器产生的跳频图案应当与所要求的高出一个中频，并且收、发跳频要求完全同步。所以，为了确定其跳频的起、止时刻，接收机中的跳频器还需受同步指令的控制。可以看出，跳频系统的关键部件是跳频器，同时跳频系统的该心技术是跳频同步。
相关器中进入的接收信号，与本地信号相乘，再经过滤波器，得到的信号送入同步系统进行判决。同步系统将调整本地伪码系统，直到滤波器输出接收信号为止。如果系统未同步，则滤波器输出的是噪声信号。
2.2 跳频通信系统的性能指标
对于跳频通信系统的技术性能，应注意下列各项指标：
（1）跳频带宽
跳频带宽，即为跳频系统工作时的最高频率与最低频率之间所占的频率宽度[6]。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，跳频系统的同步时间越短，跳频系统性能越好。跳频部分频带的抗干扰能力，受跳频带宽大小的影响。跳频带宽越宽，跳频系统抗宽带干扰能力越
强。
(2)跳频频率数
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。跳频的频率数目，取决于抗单频干扰及多频干扰的能力。跳变频率数目越多，抗疏状干扰、单频以及多频干扰的能力越强。
(3)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。
(4)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。
(5)跳频系统的同步时间
跳频系统的同步时间，是指系统使收发双方的跳频图案完全同步，并建立通信所需要的时间。同步建立时间越短越好、越隐蔽越好。
2.3 跳频通信系统的调制方式
跳频通信系统一般采用FSK 、ASK 等非相干解调的调制方式，尤其以2FSK 方式最为常用，本文跳频通信系统采用2FSK 调制方式。
在二进制频移键控调制方式中，二进制数字信号“1”对应于载波频率f 1 ,而“0”对应于载波频率f 2 。信息码元的宽度记为T d ,则2FSK 调制信号的表达式如式(2-1)所示：
12cos 0 ()cos 0d d A w t t T s t A w t t T
（2-1）
其产生原理图如图2.3所示：
图2.3 2FSK 产生框图
时域波形如图2.4所示：
S(t)
t
图2.4 2FSK信号波形
2.4 频率合成器
在跳频系统中，其核心部分是跳频控制器，简称跳频器，它的主要作用是产生受伪码控制的随机跳变的载波频率。对跳频控制器的主要要求有：
（1）要求输出信号的频谱要纯，输出频率有很好的稳定度和准确度；
（2）跳频图案要多，频率跳变的随机性要强；
（3）要求频率转换速度要快，输出频率数要多。
跳频控制器主要由频率合成器和伪码产生器组成。因此跳频器的关键是频率合成器。所谓频率合成器是以一个或少量的标准频率，导出多个或大量的输出频率。频率合成器通常可分为直接式频率合成器、间接式频率合成器及直接数字式频率合成器三类。
2.5 跳频信号的解跳与解调
跳频信号的解跳与解调包括两个方面：首先是跳频信号的解跳（解扩），解跳后信号频率集中在窄带滤波器通带之内。接着是对解跳后的信号进行解调，得到发送的信息。在跳频系统中一般不采用相干解调器，因为在频率合成器中难以保证各个频率跳变信号之间的相干性。所以跳频系统中的解调器不用锁相环路，而采用包络检波器。
2.5.1 跳频信号的解跳
跳频系统的接收机，应对发射信号进行相应的反变换。首先，为了完成解跳功能，将每个接收到的跳频信号切普（Chip）变换到窄带滤波器的通带内。为了恢复发射端的原始信息流，需要再将已解跳的信号送到基带解调器。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信号的能力，将影响跳频接收机的性能。双通道“传号-空号”跳频接收机的原理框图如图2.5所示：
图2.5 双通道传号/空号跳频接收机原理框图
在二进制的FH发射机里，数据的传输采用2FSK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。对于每一个信息比特，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。
2.5.2 跳频信号的解调
在跳频系统中，多采用非相干的包络检测器。典型的非相干跳频解调器如图2.6所示：
图2.6 非相干跳频解调器
这个解调器适用于每比特信息多个频率切普的接收机，其中切普判决是根据顺序而来的每一对切普进行的。这个解调器设计成适合于“1”和“0”频道的顺序取样。也就是说，本地频率合成器把发射“1”所对应的频率插到接收机的积分清洗电路判决器中，而后紧跟着是一个与发射“0”对应的频率。每次交替都占用半个切普周期取样。
第3章跳频通信系统仿真及性能分析
3.1 Simulink 基础知识和设计开发原理简介
3.1.1 Simulink 基础知识简介
Simulink 是MATLAB软件的应用，是一个对动态系统进行建模、仿真和对仿真结果进行分析的一个软件包，是在MATLAB中建立系统方框图和基于方框图的系统仿真环境[12]。
Simulink将工程中通用的方框图设计方法与仿真系统建模统一起来，其采用的是基于时间流的链路级仿真方法。这种系统中，仿真结果可以实时的通过可视化模块，将输入输出数据显示出来，可以更加方
便地对系统进行可视化建模，使系统设计、模型检验和仿真调试工作更为方便。经过多年的应用，MATHWORK 公司开发出了很多工具箱，其中包括Simulink通信系统。此系统目前已成为科学研究和工程应用的软件工具包[11]。
Simulink能够完成大部分系统的动态仿真，提供了大量的内置模块，用户只需要知道模块的参数配置、输入输出等少数外部接口即可，而不必去关心其内部实现方式[13]。这些模块都是图形化的。整个Simulink的建模过程都是在图形用户界面上完成的，这样可以使得用户把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。Simulink本身可以实现微分方程和差分方程的求解等复杂的数值计算问题，用户只需要根据问题类型及精度要求对求解器类型进行配置即可。通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来，就可以构成所需要的系统模型，从而进行系统仿真与分析。
3.1.2 Simulink的设计和开发
Simulink非常有利于建造和管理一个大型系统，其模型具有层级结构。Simulink模块库中的非线性字库中含有一种专用的模块子系统模块，这样是为了便于实现分层设计，同时Simulink还为子系统模块提供了封装（MASK）功能[8]。
1) 子系统模块
动态模型包含许多环节时，可以把此系统按功能分块，其中每一块都可以建立一个子系统。在设计中使用子系统，可以减少窗口中的模块数，降低模型的复杂度，并易于对模型进行修改和扩充。具体地说，可以采用“自顶向下”的设计方式，也可以采用“自底向上”底设计方式。详细的设计步骤将在快跳频系统设计中介绍。
2）封装功能
Simulink通过封装可以为子系统建立用户自定义的图标和对话框，具有封装功能是Simulink模块一个十分实用的特点，可以用简单的图标来代替子系统，从而在当前窗口中隐藏子系统的设计内容。此外，子系统中的每个模块都有一个对话框，因此仿真的时候，需要分别定义参数，这相对来说，比较麻烦。而封装功能，可以使仿真模型有一个更友好的界面，可以简化用户定义仿真参数的过程。
3）用户自定义模块的设计
用户自定义Simulink模块的设计步骤为：
（1）根据公式和算法编写核心部分的S-函数。
（2）通用S－函数模块处理S－函数后，可以转化为用户自创建的模块。
（3）根据要求的功能，可以构造用户子系统，其中包括S－函数模块、输入端口、输出端口和一些其它的附加功能模块。
（4）利用Simulink中的封装功能，将子系统封装起来，其生成用户自定义的图标和封装对话框，将为整个子系统进行统一的设置。
这样，就完成了用户自定义的Simulink模块，其中包含的子系统能完成所要求的功能。
3.2 跳频通信系统仿真模型的建立
基于Simulink 建立的跳频通信系统的仿真模型，可以实时地观测到系统跳频前后信号的频谱变化，并且能够反映跳频通信系统的动态工作过程，还可以根据需要设计和研究相应的跳频仿真模型，实现现代通信的模拟仿真，为系统的设计和研究提供了强有力的研究平台，此系统以跳频通信为基础，仿真模型如图3.1所示：
200Hz 信源2FSK
调制
Z-1
跳频白噪声
信道
解跳2FSK
调制
误码
调制
数值
显示
PN 发生器序列格
式转换
D/A
转换
2FSK
调制
300Hz
噪声
共轭
变换
2FSK
调制
波形
显示
B-FFT测
试
图3.1 系统仿真模型
在跳频通信系统仿真模型中,信号的处理过程为：
（1）由信源端生成准备传送的有用信号。
（2）由伪随机码序列控制2FSK部分，然后与有用信号进行相乘运算。伪随机码元控制2SFK部分的载波的频率，在设计中使得载波的相位为零，进而可以实现信号的跳频通信。
（3）将经过跳频调制的信号，经过信道传输，叠加上信道噪声，加性高斯噪声为其信道噪声。
（4）接收信号，在接收端的相关器中进行相关处理，相关处理时要求发送端的随机码字与采用的伪随机码保持严格的同步，其中伪随机生成模块产生相应的伪随机码。
（5）相关器的输出结果利用计数器进行统计，然后完成比较，判决过程，恢复出原始信号。
（6）将恢复出的有用信号与其发送端的原始信号同时送入误码仪进行比较，计算出误码率。
3.3 S－函数的仿真流程
Simulink在仿真的特定阶段，控制模块完成特定的功能，同时反复调用模型文件中的每个模块，如更新离散状态值、计算状态导数和计算输出等，为了中止仿真任务或者执行初始化，仿真的开始部分以及结束部分还需要调用一些附加过程。
Simulink进行一次仿真的完整流程图，如图3.2所示：
计算下次抽样时间用于抽样时间
可变模块
最大步长计算输出
最大步长计算离散状态
计算导数
计算输出
计算导数
定位零交点
初始化模块
在结束时执行所需的任务
仿真环
积分
最小时间步长
图3.2 仿真的工作流程图
对于此仿真流程，先将模块初始化，再进入仿真环。在仿真环中，先计算出下次抽样时间用于可变模块的抽样时间，然后再计算最大步长输出、最大步长离散状态、导数及输出计算，在仿真环的最后进行零交点定位。其中，积分最小步长时间为导数、输出、再到导数的时间。最后，结束程序，完成所执行的任务。
3.4 跳频通信系统的仿真框图
利用Matlab 中的Simulink 对跳频通信系统进行模型建立，跳频扩展频谱通信系统的仿真框图如图
3.3所示：
Zero-Order Hold
VCO
Voltage-Controlled
Oscillator
z 1Unit Delay
Unbuffer
Switch1
Switch
Signal Generator3
Signal Generator2
Signal Generator1
Signal Generator
Scope2
Scope1
Scope
Random Integer Random Integer Generator
Product3
Product2
Product1
Product
PN Sequence Generator PN Sequence Generator
Error Rate Calculation Tx
Rx
Error Rate Calculation
Display
1
Constant1
1
Constant
Buffer
Bit to Integer Converter
Bit to Integer Converter1
Bit to Integer Converter Bit to Integer Converter
Band-Limited White Noise
butter
Analog Filter Design3
butter
Analog Filter Design2
butter
Analog Filter Design1
butter
Analog Filter Design
图3.3 跳频通信系统的仿真结构框图
跳频通信系统，将其中的2FSK 调制部分，2FSK 解调部分，跳频子系统分别进行封装，封装之后的跳频通信系统的仿真结构框图如图3.4所示：
Out1
跳频子系统
z
1Unit Delay Switch1
Scope1
Scope
Random Integer Random Integer Generator
Product1
Product
Error Rate Calculation Tx
Rx
Error Rate Calculation
Display
1
Constant1
1Constant
Bit to Integer Converter Bit to Integer Converter
Band-Limited White Noise
In1Out1
2FSK 解调
In1Out1
2FSK 调制
图3.4 含有封装子系统的跳频通信系统的仿真结构框图
1Out1
Switch
Signal Generator1
Signal Generator
1In1
(a) 2FSK 调制子系统 仿真结构框图
1Out1
Signal Generator3
Signal Generator2
Product3
Product2
butter
Analog Filter Design3
butter
Analog Filter Design2
butter Analog Filter Design1
butter
Analog Filter Design
1In1
(b) 2FSK 解调子系统仿真结构框图
1
Out1
Zero-Order Hold
VCO
Voltage-Controlled
Oscillator
Unbuffer
Scope2
PN Sequence Generator
PN Sequence Generator
Buffer
Bit to Integer Converter
Bit to Integer Converter1
(c) 跳频子系统仿真结构框图
图3.5 跳频通信系统的子系统仿真结构框图
其中，2FSK调制子系统，2FSK解调子系统，跳频子系统结构框图分别如图3.5中的图（a）、图（b）、图（c）所示。
该跳频通信系统按功能可以划分为五个部分：信号生成部分、发送部分、跳频调制部分、接收部分和判决部分，各部分的详细结构和设计介绍如下：
（1）信号生成部分
信号生成部分是利用随机整数信号发生器（Random-integer Generator）来产生，该模块的参数设置是产生二进制随机序列信号，采样时间设为1，即1秒产生一个码元。它产生的是频率为1HZ的二进制随机信号。
（2）发送部分
由信源产生的二进制随机信号，先通过频率键控来产生一个2FSK信号（发送“1”所用的载波频率为f1=1HZ；发送“0”所用的载波频率为f2=3HZ）。在进行跳频调制时，把跳频子系统模块产生的信号与产生的2FSK信号进行相乘（即跳频调制），产生的信号即为跳频调制信号，然后把跳频调制信号经过信道发送过去。信道是叠加有加性高斯白噪声的信道。
（3）接收部分
在接收端，用跳频子系统模块产生的跳频信号与经过信道后接收的跳频调制信号进行乘法运算，也就是对其进行解跳，将得到跳频解调信号，如仿真结构框图中的跳频解调信号所示。接着，对其进行2FSK 相干解调，两个带通滤波器将分别滤出频率为f1及f2的信号，输出信号分别与相应的相干载波相乘，然后提取出含有基带数字信息的低频信号，这一过程分别需要将其相应信号通过低通滤波器。
（4）判决部分
通过对上下两支路的低频信号进行比较作出判决，从而完成解调信号的判决。该判决部分由比较器、常数发生器以及误码率计算部分组成。比较器将门限值与码元的相关峰值进行比较，若相关峰大于门限则该码元判为“1”，其余的均判为“0”。设上支路信号为X1（t），下支路信号为X2（t）。当X1（t）大于X2（t）时，判为“1”；当X1（t）小于X2（t）时，则判为“0”。
误码率的计算过程是由一个误码仪来实现的。它将发送端的信息码元经过一定延迟后与接收端恢复出的码元进行比较，若两者不同则认为码元传输错误，最后将误码个数除以总的传输码元个数，即得到误码率。在图中的误码率计算部分，上面的输入信号是发送端的原始信息，下面的输入信号是接收端恢复出的信号，送入误码仪以后完成比较、统计和图形用户界面的生成功能。从误码率计算的显示模块可以看到该快跳频通信系统的误码率为0.05。
在统计系统的误码率时，门限值的设定很重要，设定不同的门限值，会得到不同的误码率[14]。对于不同的系统，门限值的设定是不同的，在本设计中，门限值的取值为2。
（5）跳频子系统模块
跳频子系统的设计是这次毕业设计的关键。快跳频通信是指频率的跳变速度大于信息传输速率的通信系统。在本次设计中，为了便于观察各点信号，特设信息的传输速率1bit/s，频率的跳变速度为2h/s。在跳频子系统中，跳频信号的产生过程：PN Sepuence Generator产生采样周期为0.5，周期为15个码元的m 序列。通过Buffer将单列的二进制序列编排为2列二进制数，通过Bit to Integer Converter后变为整数。通
过初值设为2的Unbuffer及Zero-Order Hold（采样时间设为0.1）后，伪随机序列发生器产生的二进制序列变成了与之相应的整数，馈送到VCO的控制输入端。
3.5 仿真模型中示波器的仿真结果显示
跳频通信系统仿真模型，进行Simulink模型仿真后，各示波器的结果显示分别如图3.6、图3.7所示：
图3.6 示波器Scope的仿真结果
由图3.6可知，信源发送信号为双极性二进制码，发送端的随机信号发生器所产生的二进制信号的信息速率为1bit/s，载波频率在伪码控制下不断随机跳变，产生跳频调制信号，发送信号经过调制后2FSK 调制信号如图所示，相应的跳频解调信号也如示波器Scope所示，从图中还可知跳频调制信号和解调信号基本相似，存在一定的误码率。
(b) 示波器Scope2的仿真结果
(a) 示波器Scope1的仿真结果
图3.7 示波器Scope1和Scope2的仿真结果
通信系统建模与仿真课程设计2011 级通信工程专业1113071 班级 题目基于SIMULINK的基带传输系统的仿真姓名学号 指导教师胡娟 2014年6月27日
1任务书 试建立一个基带传输模型，采用曼彻斯特码作为基带信号，发送滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，信道为加性高斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps，要求观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，并统计误码率。另外，对发送信号和接收信号的功率谱进行估计。假设接收定时恢复是理想的。 2基带系统的理论分析 1.基带系统传输模型和工作原理 数字基带传输系统的基本组成框图如图1 所示，它通常由脉冲形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器与码元再生器组成。系统工作过程及各部分作用如下。 g T(t) n 定时信号 图 1 ：数字基带传输系统方框图 发送滤波器进一步将输入的矩形脉冲序列变换成适合信道传输的波形g T(t)。这是因为矩形波含有丰富的高频成分，若直接送入信道传输，容易产生失真。 基带传输系统的信道通常采用电缆、架空明线等。信道既传送信号，同时又因存在噪声n(t)和频率特性不理想而对数字信号造成损害，使得接收端得到的波形g R(t)与发送的波形g T(t)具有较大差异。 接收滤波器是收端为了减小信道特性不理想和噪声对信号传输的影响而设置的。其主要作用是滤除带外噪声并对已接收的波形均衡，以便抽样判决器正确判决。 抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号y(t)在规定的时刻（由定时脉冲cp控制）进行抽样，获得抽样信号{r n}，然后对抽样值进行判决，以确定各码元是“1”码还是“0”码。 2.基带系统设计中的码间干扰和噪声干扰以及解决方案
Matlab通信原理仿真 学号： 2142402 姓名：圣斌
实验一Matlab 基本语法与信号系统分析 一、实验目的： 1、掌握MATLAB的基本绘图方法； 2、实现绘制复指数信号的时域波形。 二、实验设备与软件环境： 1、实验设备：计算机 2、软件环境：MATLAB R2009a 三、实验内容： 1、MATLAB为用户提供了结果可视化功能，只要在命令行窗口输入相应的命令，结果就会用图形直接表示出来。 MATLAB程序如下： x = -pi::pi; y1 = sin(x); y2 = cos(x); %准备绘图数据 figure(1); %打开图形窗口 subplot(2,1,1); %确定第一幅图绘图窗口 plot(x,y1); %以x，y1绘图 title('plot(x,y1)'); %为第一幅图取名为’plot(x,y1)’ grid on; %为第一幅图绘制网格线 subplot(2,1,2) %确定第二幅图绘图窗口 plot(x,y2); %以x，y2绘图 xlabel('time'),ylabel('y') %第二幅图横坐标为’time’,纵坐标为’y’运行结果如下图： 2、上例中的图形使用的是默认的颜色和线型，MATLAB中提供了多种颜色和线型，并且可以绘制出脉冲图、误差条形图等多种形式图： MATLAB程序如下： x=-pi:.1:pi; y1=sin (x); y2=cos (x); figure (1); %subplot (2,1,1); plot (x,y1); title ('plot (x,y1)'); grid on %subplot (2,1,2); plot (x,y2);
《电子信息系统仿真》课程设计 级电子信息工程专业班级 题目FM调制解调系统设计与仿真 姓名学号 指导教师胡娟 二О一年月日
内容摘要 频率调制(FM)通常应用通信系统中。FM广泛应用于高保真音乐广播、电视伴音信号的传输、卫星通信和蜂窝电话系统等。 FM调制解调系统设计是对模拟通信系统主要原理和技术进行研究，理解FM系统调制解调的基本过程和相关知识，利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现FM调制与解调过程，并分别绘制出基带信号，载波信号，已调信号的时域波形；再进一步分别绘制出对已调信号叠加噪声后信号，非相干解调后信号和解调基带信号的时域波形；最后绘出FM基带信号通过上述信道和调制和解调系统后的误码率与信噪比的关系，并通过与理论结果波形对比来分析该仿真调制与解调系统的正确性及噪声对信号解调的影响。在课程设计中，系统开发平台为Windows XP，使用工具软件为 7.0。在该平台运行程序完成了对FM调制和解调以及对叠加噪声后解调结果的观察。通过该课程设计，达到了实现FM信号通过噪声信道，调制和解调系统的仿真目的。了解FM调制解调系统的优点和缺点，对以后实际需要有很好的理论基础。 关键词 FM；解调；调制；M ATL AB仿真；抗噪性
一、M ATLAB软件简介 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。其特点是： (1) 可扩展性：Matlab最重要的特点是易于扩展，它允许用户自行建立指定功能的M文件。对于一个从事特定领域的工程师来说，不仅可利用Matlab所提供的函数及基本工具箱函数，还可方便地构造出专用的函数。从而大大扩展了其应用范围。当前支持Matlab的商用Toolbox(工具箱)有数百种之多。而由个人开发的Toolbox则不可计数。 (2) 易学易用性：Matlab不需要用户有高深的数学知识和程序设计能力，不需要用户深刻了解算法及编程技巧。 (3) 高效性：Matlab语句功能十分强大，一条语句可完成十分复杂的任务。如fft语句可完成对指定数据的快速傅里叶变换，这相当于上百条C语言语句的功能。它大大加快了工程技术人员从事软件开发的效率。据MathWorks公司声称，Matlab软件中所包含的Matlab 源代码相当于70万行C代码。
目录 （一）基于MATLAB的MIMO通信系统仿真………………………… 一、基本原理……………………………………………………… 二、仿真…………………………………………………………… 三、仿真结果……………………………………………………… 四、仿真结果分析…………………………………………………（二）自选习题部分…………………………………………………（三）总结与体会……………………………………………………（四）参考文献…………………………………………………… 实训报告 （一）基于MATLAB的MIMO通信系统仿真 一、基本原理 二、仿真 三、仿真结果 四、仿真结果分析 OFDM技术通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道，减小了多径衰落的影响。OFDM技术如果要提高传输速率，则要增加带宽、发送功率、子载波数目，这对于频谱资源紧张的无线通信时不现实的。 MIMO能够在空间中产生独立并行信道同时传输多路数据流，即传输速率很高。这些增加的信道容量可以用来提高信息传输速率，也可以通过增加信息冗余来提高通信系统的传输可靠性。但是MIMO却不能够克服频率选择性深衰落。 所以OFDM和MIMO这一对互补的技术自然走到了一起，现在是3G，未来也是4G，以及新一代WLAN技术的核心。总之，是核心物理层技术之一。 1、MIMO系统理论：
核心思想：时间上空时信号处理同空间上分集结合。 时间上空时通过在发送端采用空时码实现： 空时分组、空时格码，分层空时码。 空间上分集通过增加空间上天线分布实现。此举可以把原来对用户来说是有害的无线电波多径传播转变为对用户有利。 2、MIMO 系统模型： 11h 12 h 21 h 22 h r n h 1r n h 21 R n h 2 R n h 1 n n R h 可以看到，MIMO 模型中有一个空时编码器，有多根天线，其系统模型和上述MIMO 系统理论一致。为什么说nt>nr ，因为一般来说，移动终端所支持的天线数目总是比基站端要少。 接收矢量为：y Hx n =+，即接收信号为信道衰落系数X 发射信号+接收端噪声 3、MIMO 系统容量分析： （附MIMO 系统容量分析程序） 香农公式的信道容量（即信息传送速率）为： 2log (1/)C B S N =+ 4、在MIMO 中计算信道容量分两种情况： 未知CSI 和已知CSI （CSI 即为信道状态信息），其公式推导较为复杂，推导结果为信道容量是信噪比与接收、发射天线的函数。 在推导已知CSI 中，常用的有waterfilling ，即著名的注水原理。但是，根据相关文献资料，通常情况下CSI 可以当做已知，因为发送，接收端会根据具体信道情况估算CSI 的相关参数。 在这里对注水原理做一个简单介绍：之所以成为注水原理是因为理想的注水原理是在噪声大的时候少分配功率，噪声小时多分配功率，最后噪声+功率=定值，这如果用图形来表示，则类似于给水池注水的时候，水池低的地方就多注水，也就是噪声小分配的功率就多，故称这种达到容量的功率分配方式叫做注水原理。通过给各个天线分配不同的发射功率，增加系统容量。核心思想就是上面所阐述的，信道条件好，则分配更多功率；信道条件差，则分配较少的功率。 在MIMO 的信道容量当中要注意几个问题：（下面说已知CSI 都是加入了估计CSI 的算法，并且采用了注水原理。） 1. 已知CSI 的情况下的信道容量要比发送端未知CSI 的情况下的信道容量高，这是 由于当发送端已知CSI 的时候，发送端可以优化发送信号的协方差矩阵。也就是
******水*********** 实践教学 兰州理工大学 计算机与通信学院 2014年秋季学期 通信系统综合训练 题目：跳频通信系统的研究与仿真 专业班级：_______________ 姓名：______________________________ 学号：___________________________ 指导教师：__________________________
成绩：___________________________________ 摘要 本次课程设计介绍了跳频通信系统的基本匸作过程，从跳频系统的结构组成、匸作原理、主要技术指标、跳频通信系统的解跳和解调等方面阐述了跳频通信基本原理。并利用Matlab 中的Simuliiik 仿真系统对跳频通信系统进行了仿真研究和理论分析。着重研究了其组成部分包括信号生成部分、发送部分、接收部分、判决部分、跳频子系统模块五个部分的工作方式及仿真设计并达到了预期结果。 关键词：跳频系统；扩频通｛a； Matlab; Simuliiik仿真
前言 (1) 1.跳频 (2) 1.1跳频通信系统简介及发展状况 (2) 1.2跳频通信系统的组成 (3) 1.2. 1跳频发送端 (3) 1.2. 2跳频接收端 (4) 13跳频通信系统关键技术 (5) 2.跳频通信理论基础 (6) 2.1跳频信号及频率合成器的设计 (6) 2.1.1伪随机码-m序列的产生 (6) 2.1.2频率合成器设计 (7) 2.2桃频调制 (7) 2.3跳频信号的解跳与解调 (8) 2.3.1跳频信号的解跳 (8) 2.3. 2跳频信号的解调 (9) 3.跳频通信系统仿真 (11) 3.1 Simuliiik 仿真介绍 (11) 3.2跳频通信系统仿真设计 (13) 3.3仿真流程图设计 (14) 3.4跳频系统模块设计仿真 (15) 3.5仿真各示波器的仿真结果 (19) 3.6系统抗干扰性能分析 (22) 总结 (23) 参考文献 (24)
广西科技大学 课程设计说明书 课题名称：模拟通信系统与数字通信系统的设计与仿真 院（系）：计算机科学与通信工程学院 专业：通信工程 班级：121班 学生姓名：王永源 学号： 201200402016 指导教师：陈艳 2015年1月20日
目录 第一章课程设计的任务说明 (1) 1.1课程设计目的 (1) 1.2课程设计要求 (1) 第二章 MATLAB/SIMULINK简介 (3) 第三章设计原理 (5) 3.1通信系统设计一般模型 (5) 3.2模拟通信系统 (5) 3.3数字通信系统 (5) 第四章 DSB的基本原理与实现 (6) 4.1 DSB信号的模型 (6) 4.2 DSB信号调制过程分析 (7) 第五章 PCM的基本原理与实现 (8) 5.1 PCM原理 (8) 5.2 PCM编码介绍 (8) 5.3 PCM编码电路设计 (12) 第六章 2ASK的基本原理及实现 (16) 6.2 ASK调制基本原理 (16) 6.2 2ASK的产生 (16) 6.3 2ASK解调 (17) 6.4 2ASK功率谱及带宽 (18) 第七章 Smulink的模型建立和仿真 (19) 7.1 模拟通信系统仿真图 (19) 7.2 数字通信系统仿真图 (22) 7.3 模拟通信系统仿真效果图 (23) 7.4 数字通信系统仿真效果图 (26) 第八章结束语 (27) 参考文献 (28)
第一章课程设计任务说明 1.1课程设计的目的 （1）通过利用matlab simulink，熟悉matlab simulink仿真工具。 （2）通过课程设计来更好的掌握课本相关知识，熟悉模拟DSB、SSB、VSB和数字2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的调制与解调方法。 （3）通过实验掌握模拟信号转换为数字信号的方法和步骤。 （4）更好的了解通信原理的相关知识，磨练自己分析问题、查阅资料、巩固知识、创新等各方面能力。 1.2 课程设计的要求 1.2.1模拟信号通信系统 （1）输入：输入模拟信号（例如正弦型单音频信号等），给出其时域波形和功率谱密度。 （2）调制：对输入的模拟信号进行DSB、SSB、PM（三选一）调制；给出调制后信号的时域波形和功率谱密度。 （3）信道：假定信道属于加性高斯信道，或自行设计。 （4）解调： DSB、SSB、PM（与所选调制方式相对应）解调，仿真获得该系统的输出波形，并得到该模拟传输系统的性能指标，即该系统的输出信噪比随输入信噪比的变化曲线。 图1-1 模拟信号调制解调模型图 1.2.2数字信号通信系统 （1）输入：首先输入模拟信号，给出此模拟信号的时域波形。 （2）数字化：将模拟信号进行数字化，得到数字信号，可以选择PCM编码。
题目：跳频通信系统抗干扰性能分析 姓名： 学院：信息科学与技术学院 系：通信工程系 专业： 年级： 学号： 教师： 2012年7月10日
跳频通信系统抗干扰性能分析 摘要 扩频技术是一种信息传送技术，它利用伪随机码对被传输信号进行频谱扩展，使之占有远远超过被传送信息所需的最小带宽。而跳频技术以其良好的抗干扰性能和衰落性及较低的信号被截获概率，成为战术通信领域应用最广的一种抗干扰手段。本文在介绍跳频通信基础原理的基础上，并借助计算机仿真工具Matlab /Simulink 搭建仿真模型，得到了在多径信道下的误码率-信噪比曲线，从而分析跳频通信系统的抗干扰性能。 关键字：跳频、Simulink 仿真、多径、抗干扰 一．引言 跳频通信时现代通信中采用的最常用的扩频方式之一，其基本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。与定频通信相比，由于发送的信号调制在多个伪随机跳变的频率上，敌方不容易捕获到所发送的信息，有利于信号的隐藏，可以有效躲避干扰。因此，跳频技术在通信对抗尤其是卫星通信中处于特别有利的位置。扩频技术正在取代常规通信技术成为军事通信的一种主要抗干扰通信技术。因此，对扩频通信的研究，成为通信对抗中的重要部分。本文通过Matlab 软件仿真跳频通信系统的基本过程，在多径信道下分析其抗干扰能力。 二．跳频通信的基本原理 扩频通信系统是一种信息处理传输系统，这种系统是利用伪随机码对被传输信号进行频谱扩展，使之占有远远超过被传输信息所必需的最小带宽。在接收机中利用同一码对接收信号进行同步相关处理以解扩和恢复数据。现有的扩频系统可分为：直接序列扩频、跳频、跳时，以及上述几种方式的组合。其中跳频系统是如今使用最多的扩频技术。 跳频扩频的调制方式可以为二进制或M 进制的FSK(MFSK)。如果采用二进制FSK ，调制器选择两个频率中的一个，设为0f 或1f ，对应于待传输的信号0或1.得到的二进制FSK 信号是由PN 码生成器输出序列输出觉得的频率平移量，选择
基于MATLAB的通信系统的设计与仿真 摘要通信是通过某种媒体进行的信息传递，目的是传输信息，通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称，作用是将信息从信源发送到一个或多个目的地。调制与解调在信息的传输过程中占据着重要的地位，是不可或缺的，因此研究系统的调制和解调过程就极为重要。MATLAB是集数值计算、图形绘制、图像处理及系统仿真等强大功能于一体的科学计算语言，它强大的矩阵运算和图形可视化的功能以及丰富的工具箱，为通信系统的调制和解调过程的分析提供了极大的方便。 本论文首先介绍了通信系统的概念，进而引出调制和解调，然后介绍了我们常用的几种调制和解调的方法。由于MATLAB具有的强大功能所以详细介绍了MATLAB通信系统工具箱，并给出了基于MATLAB的通信系统的调制与解调的实现，运用MATLAB仿真软件进行仿真。 关键词通信系统；调制与解调；MA TLAB
Simulation And Design Of Communication Systems Based On MATLAB Abstract Communication is through a media for transportation. Communication system which is used to complete the process of information transmission systems ,in general, is to send the information from the source to one or more destinations. Modulation and demodulation occupied an important position in the transmission of information which is essential, so the research about the modulation and demodulation process in the communication system is extremely important. MATLAB is a numerical computation, graphics rendering, image processing and system simulation and other powerful features in one of the scientific computing language, it is a powerful matrix calculation and graphical visualization features and a rich toolbox provides a great convenience for the communication system of modulation and demodulation process. This paper introduces the concept of the communication system, and then leads to modulation and demodulation, and then introduced several of our commonly used method of modulation and demodulation. As the power of MATLAB so we introduced the communication system toolbox in the MATLAB. We gives several examples about the communication system based on MATLAB modulation and demodulation and use the software of MATLAB to simulate them. Keywords Communication Systems;Modulation and demodulation; MATLAB
MATLAB通信系统仿真心得体会 课程名称(中文) MATLAB通信系统仿真成绩姓名班级学号日期 学习MATLAB通信系统仿真心得体会 经过一学期的MATLAB通信系统仿真的学习，使我对通信原 理及仿真实践有了更深层次的理解。在学习过程当中，了解到了MATLAB的语言基础以及应用的界面环境，基本操作和语法，通信仿真工具箱的应用，simulink 仿真基础，信号系统分析等一系列的内容。我明白学好这门课程是非常的重要。 在学习当中，我首先明白了通信系统仿真的现实意义，系统模型是对实际系统的一种抽象，是对系统本质(或是系统的某种特性)的一种描述。模型可视为对真实世界中物体或过程的信息进行形式化的结果。模型具有与系统相似的特性，可以以各种形式给出我们所感兴趣的信息。知道了通信系统仿真的必要性，利用系统建模和软件仿真技术，我们几乎可以对所有的设计细节进行分层次的建模和评估。通过仿真技术和方法，我们可以有效地将数学分析模型和经验模型结合起来。利用系统仿真方法，可以迅速构建一个通信系统模型，提供一个便捷，高效和精确的评估平台。明白了MATLAB通信系统仿真课程重点就是系统仿真软件 Matlab / Simulink 在通信系统建模仿真和性能评估方面的应用原理，通信系统仿真的一般原理和方法。 MATLAB集成度高，使用方便，输入简捷，运算高效，内容丰富，并且很容易由用户自行扩展，与其它计算机语言相比， MATLAB有以下显著特点:1.MATLAB是一种解释性语言;2(变量的“多功能性”;3.运算符号的“多功能性”;4(人机界面适合科技人员;5(强大而简易的作图功能;6(智能化程度高;7(功能丰富，可扩展性强。在MATLAB的Communication Toolbox(通 信工具箱)中提供了许多仿真函数和模块，用于对通信系统进行仿真和分析。
目录 前言 (1) 1 数字频带通信系统原理 (2) 1.1 二进制振幅键控(2ASK) (2) 1.2 二进制频移键控(2FSK) (4) 1.3二进制相移键控(2PSK) (7) 1.4 正交相移键控(QPSK) (8) 2 Matlab/Simulink介绍 (11) 2.1 Matlab简介 (11) 2.2 Simulink简介 (11) 2.1.1 Simulink基本模块库 (11) 2.1.2 Simulink建模仿真的一般过程.................... 错误！未定义书签。 2.3 Simulink在通信仿真中的应用............................... 错误！未定义书签。3利用Simulink进行模型建立和系统仿真 (12) 3.1 2ASK的调制与解调仿真 (12) 3.1.1 建立模型方框图 (12) 3.1.2 参数设置 (12) 3.1.3系统仿真及各点波形图 (13) 3.1.4 误码率分析 (14) 3.2 2FSK的调制与解调仿真 (14) 3.2.1 建立模型方框图 (14) 3.2.2 参数设置 (15) 3.2.3系统仿真及各点波形图 (18) 3.3 2PSK的调制与解调仿真 (20) 3.3.1 建立模型方框图 (20) 3.3.2 参数设置 (20) 3.3.3系统仿真及各点波形图 (23) 3.4 QPSK的调制与解调仿真 (24) 3.4.1 建立模型方框图 (24) 3.4.2 参数设置 (25) 3.4.3系统仿真及各点波形图 (27) 总结 (29) 参考文献 (30)
前言 随着现代通信系统的飞速发展，计算机仿真已经成为分析和设计通信系统的主要工具，在通信系统的研发和教学中具有越来越重要的意义。在当代社会中，信息的交换日益频繁，随着通信技术和计算机技术的发展及它们的密切结合，通信能克服对空间和时间的限制，大量的、远距离的信息传递和存取已成为可能。展望未来，通信技术正在向数字化、智能化、综合化、宽带化、个人化方向迅速发展，各种新的电信业务也应运而生，正沿着信息服务多种领域广泛延伸。 Simulink是The MathWorks公司开发的用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具，常集成于MathWorks公司的另一产品MATLAB中与之配合使用。 Simulink提供了一个交互式的图形化环境及可定制模块库（Library），可对各种时变系统，例如通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统等进行设计、仿真、执行和测试。 本次课设在深刻理解通信系统理论的基础上，利用MATLAB提供的Simulink 建模和仿真原理，做出数字通信系统的基本模型，分别是ASK、FSK、PSK、QPSK，并且用Simulink来实现通信系统中各个部分的仿真，调制部分，解调部分等等，并且整合到一起，设置不同的参数，观察示波器的波形图并记录。通过对仿真结果进行分析，更深入地掌握数字调制系统的相关知识。
实验一 2PSK调制数字通信系统 一实验题目 设计一个采用2PSK调制的数字通信系统 设计系统整体框图及数学模型； 产生离散二进制信源，进行信道编码（汉明码），产生BPSK信号； 加入信道噪声（高斯白噪声）； BPSK信号相干解调，信道解码； 系统性能分析（信号波形、频谱，白噪声的波形、频谱，信道编解 二实验基本原理 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。 数字调制技术的两种方法：①利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；②利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法，比如对载波的相位进行键控，便可获得相移键控（PSK）基本的调制方式。 图1 相应的信号波形的示例 1 0 1 调制原理 数字调相：如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于"同相"状态；如果其中一个开始得迟了一点，就可能不相同了。如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为"反相"。一般把信号振荡一次（一周）作为360度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的
相位差180度，也就是反相。当传输数字信号时，"1"码控制发0度相位，"0"码控制发180度相位。载波的初始相位就有了移动，也就带上了信息。 相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和π分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为(t)=Acos t+) 其中，表示第n个符号的绝对相位： = 因此，上式可以改写为 图2 2PSK信号波形 解调原理 2PSK信号的解调方法是相干解调法。由于PSK信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。下图2-3中给出了一种2PSK信号相干接收设备的原理框图。图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0. 2PSK信号相干解调各点时间波形如图 3 所示. 当恢复的相干载波产生180°倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错.
摘要 跳频通信系统是一种典型扩展频谱通信系统，它在军事通信、移动通信、计算机无线数据传输和无线局域网等领域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。本文介绍了跳频通信系统的基本工作过程，从跳频系统的结构组成、工作原理、主要技术指标、跳频通信系统的解跳和解调等方面阐述了跳频通信基本原理,并对跳频通信系统的抗干扰技术及其性能进行了仿真研究和理论分析。本文从理论上分析了跳频通信系统的抗干扰性能,其组成部分包括信号生成部分、发送部分、接收部分、判决部分、跳频子系统模块五个部分,并以2FSK系统为例,给出了上述通信干扰样式下的误码率理论分析结果，并利用Matlab中的Simulink仿真系统实现跳频系统的仿真和分析，达到了预期的效果。 关键词：跳频系统; 扩频通信; Matlab; Simulink仿真
目录 第1章绪论 (1) 1.1 概述 (2) 1.2 跳频通信简介 (1) 1.2.1 跳频通信系统概述 (1) 1.2.2 跳频技术的应用背景和发展趋势 (2) 1.3 MATLAB简介 (3) 1.4 本文研究内容及章节安排 (3) 第2章跳频通信系统的基本原理 (4) 2.1 跳频通信系统的结构组成 (4) 2.1.1 跳频系统的发送部分 (4) 2.1.2 跳频系统的接收部分 (5) 2.2 跳频通信系统的性能指标 (6) 2.3 跳频通信系统的调制方式 (7) 2.4 频率合成器 (8) 2.5 跳频信号的解跳与解调 (8) 2.5.1 跳频信号的解跳 (8) 2.5.2 跳频信号的解调 (9) 第3章跳频通信系统仿真及性能分析 (10)
目录 1 技术要求 (1) 2 基本原理 (1) 2.1 2PSK调制的基本原理 (1) 2.2 SystemView原理介绍 (2) 2.3 SIMULINK原理简介 (3) 3 建立模型描述 (3) 3.1 方案一 (3) 3.2 方案二 (5) 4 模块功能分析或源程序代码 (6) 4.1 SIMULINK实现2PSK的调制与解调 (6) 4.2 SysteamView实现2PSK的调制与解调 (11) 5 调试过程及结论 (13) 5.1 使用SIMULINK实现的调制解调结果 (13) 5.2 使用SystemView实现的调制解调结果 (17) 5.3 结论 (22) 6 心得体会 (22) 7 参考文献 (23)
2PSK通信系统设计 1 技术要求 设计一个2PSK通信系统，要求： （1）设计出2PSK通信系统的结构； （2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）； （3）用Matlab或SystemView 实现该数字通信系统； （4）观察仿真并进行波形分析； （5）系统的性能评价 2 基本原理 2.1 2PSK调制的基本原理 2PSK,二进制移相键控方式，是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种数字调制方式。就是根据数字基带信号的两个电平(或符号)使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。两个载波相位通常相差180度，此时称为反向键控(PSK),也称为绝对相移方式。2PSK信号的解调,不再能采用包络检测的方法,只能进行相干解调。调制框图如图1、图2所示，解调框图如图3所示。 图1 模拟相乘法
补充内容：模拟调制系统的MATLAB 仿真 1.抽样定理 为了用实验的手段对连续信号分析，需要先对信号进行抽样（时间上的离散化），把连续数据转变为离散数据分析。抽样（时间离散化）是模拟信号数字化的第一步。 Nyquist 抽样定律：要无失真地恢复出抽样前的信号，要求抽样频率要大于等于两倍基带信号带宽。 抽样定理建立了模拟信号和离散信号之间的关系，在Matlab 中对模拟信号的实验仿真都是通过先抽样，转变成离散信号，然后用该离散信号近似替代原来的模拟信号进行分析的。 【例1】用图形表示DSB 调制波形)4cos()2cos(t t y ππ= 及其包络线。 clf %%计算抽样时间间隔 fh=1;%%调制信号带宽(Hz) fs=100*fh;%%一般选取的抽样频率要远大于基带信号频率，即抽样时间间隔要尽可能短。 ts=1/fs; %%根据抽样时间间隔进行抽样，并计算出信号和包络 t=(0:ts:pi/2)';%抽样时间间隔要足够小，要满足抽样定理。 envelop=cos(2*pi*t);%%DSB 信号包络 y=cos(2*pi*t).*cos(4*pi*t);%已调信号 %画出已调信号包络线 plot(t,envelop,'r:','LineWidth',3); hold on plot(t,-envelop,'r:','LineWidth',3); %画出已调信号波形 plot(t,y,'b','LineWidth',3); axis([0,pi/2,-1,1])% hold off% xlabel('t'); %写出图例 【例2】用图形表示DSB 调制波形)6cos()2cos(t t y ππ= 及其包络线。 clf %%计算抽样时间间隔 fh=1;%%调制信号带宽(Hz) fs=100*fh;%抽样时间间隔要足够小，要满足抽样定理。 ts=1/fs; %%根据抽样时间间隔进行抽样
题目基于SIMULINK的通信系统仿真 摘要 在模拟通信系统中，由模拟信源产生的携带信息的消息经过传感器转换成电信号，模拟基带信号在经过调制将低通频谱搬移到载波频率上适应信道，最终解调还原成电信号；在数字传输系统中，数字信号对高频载波进行调制，变为频带信号，通过信道传输，在接收端解调后恢复成数字信号。本文应用了幅度调制以及键控法产生调制与解调信号。 本论文中主要通过对SIMULINK工具箱的学习和使用，利用其丰富的模板以及本科对通信原理知识的掌握，完成了AM、DSB、SSB、2ASK、2FSK、2PSK三种模拟信号和三种数字信号的调制与解调，以及用SIMULINK进行设计和仿真。首先我进行了两种通信系统的建模以及不同信号系统的原理研究，然后将学习总结出的相应理论与SIMULINK中丰富的模块相结合实现仿真系统的建模,并且调整参数直到仿真波形输出，观察效果，最终对设计结论进行总结。 关键词通信系统调制 SIMULINK I
目录 1. 前言 (1) 1.1选题的意义和目的 (1) 1.2通信系统及其仿真技术 (2) 3. 现代通信系统的介绍 (3) 3.1通信系统的一般模型 (3) 3.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型 (3) 3.2.1 模拟通信系统模型 (3) 3.2.2 数字通信系统模型 (4) 3.3模拟通信和数字通信的区别和优缺点 (5) 4. 通信系统的仿真原理及框图 (8) 4.1模拟通信系统的仿真原理 (8) 4.1.1 DSB信号的调制解调原理 ...................... 错误！未定义书签。 4.2数字通信系统的仿真原理 (9) 4.2.1 ASK信号的调制解调原理 (9) 5. 通信系统仿真结果及分析 (11) 5.1模拟通信系统结果分析 (11) 5.1.1 DSB模拟通信系统 (11) 5.2仿真结果框图 (11) 5.2.1 DSB模拟系统仿真结果 ........................ 错误！未定义书签。 5.3数字通信系统结果分析 (12) 5.3.1 ASK数字通信系统 (13) 5.4仿真结果框图 (13) 5.4.1 ASK数字系统仿真结果 (13) III
基于MATLAB的跳频通信系统仿真研究 1.1 研究背景与意义 随着军事的现代化进程的加快，未来战争将是以电子战、信息战的对抗为主，运用于军事设备中的跳频技术的性能研究也成为了各国关注的焦点，抗干扰、抗截获、抗衰落等性能的提高也成为跳频研究的发展方向。同时，随着个人通信业务和蜂窝移动通信的发展，跳频技术在民用领域的运用也日趋成熟，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，研究跳频通信技术具有重要意义。 1.2 跳频通信技术的发展及研究现状 从 20 世纪 50 年代开始，西方国家就已经展开了对跳频技术的理论研究。美国的Laboratories of Sylvania 率先研制出了世界上第一个实用的跳频通信系统Baffalo Laboratories Application of Digitally Exact Spectra，简称BLADES 系统，并在海军的 Mt. Mc Kinley 指挥舰上试验成功。到了 70 年代，跳频通信技术快速发展，美、英、法等国的超短波跳频电台相继研制成功且应用于军事当中，其中以美国的INCGARS-V 和英国的 Jaguar 为典型代表。到了80年代，跳频技术应用于实战当中，在英国的马尔维纳斯岛(福克兰群岛)战争与美国入侵巴拿马的战争中，参战部队都装备了跳频电台用于相互联络，取得良好效果。到了1991年的海湾战争时，美、英、法等国部队大量装备了跳频电台用于军事指挥，如美国的SINCGARS、法国TRC-950、英国的Jaguar-V，成效斐然。但是，由于不同参战国研制的跳频电台，标准各不相同，因此无法用于不同国家参战部队之间的相互联络。到90年代末的科索沃战争时，北约各国参战部队普遍采用跳频技术用于通信，且实现各国通信互联。 自20世纪80年代开始，跳频技术开始应用于民用通信领域。GSM系统率先采用跳频
《matlab通信仿真设计》课程设计指导书 2009年11月
课程设计题目1：调幅广播系统的仿真设计 模拟幅度调制是无线电最早期的远距离传输技术。在幅度调制中，以声音信号控制高频率正弦信号的幅度，并将幅度变化的高频率正弦信号放大后通过天线发射出去，成为电磁波辐射。 波动的电信号要能够有效地从天线发送出去，或者有效地从天线将信号接收回来，需要天线的等效长度至少达到波长的1/4。声音转换为电信号后其波长约在15~1500km 之间，实际中不可能制造出这样长度和范围的天线进行有效信号收发。因此需要将声音这样的低频信号从低频率段搬移到较高频率段上去，以便通过较短的天线发射出去。 人耳可闻的声音信号通过话筒转化为波动的电信号，其频率范围为20~20KHz 。大量实验发现，人耳对语音的频率敏感区域约为300~3400Hz ，为了节约频率带宽资源，国际标准中将电话通信的传输频带规定为300~3400Hz 。调幅广播除了传输声音以外，还要播送音乐节目，这就需要更宽的频带。一般而言，调幅广播的传输频率范围约为100~6000Hz 。 任务一：调幅广播系统的仿真。 采用接收滤波器Analog Filter Design 模块，在同一示波器上观察调幅信号在未加入噪声和加入噪声后经过滤波器后的波形。采用另外两个相同的接收滤波器模块，分别对纯信号和纯噪声滤波，利用统计模块计算输出信号功率和噪声功率，继而计算输出信噪比，用Disply 显示结果。 实例1：对中波调幅广播传输系统进行仿真，模型参数指标如下。 1.基带信号：音频，最大幅度为1。基带测试信号频率在100~6000Hz 内可调。 2.载波：给定幅度的正弦波，为简单起见，初相位设为0，频率为550~1605Hz 内可调。 3.接收机选频放大滤波器带宽为12KHz ，中心频率为1000kHz 。 4.在信道中加入噪声。当调制度为时，设计接收机选频滤波器输出信噪比为20dB ，要求计算信道中应该加入噪声的方差，并能够测量接收机选频滤波器实际输出信噪比。 仿真参数设计： 系统工作最高频率为调幅载波频率1605KHz ，设计仿真采样率为最高工作频率的10倍，因此取仿真步长为 8max 1 6.2310(1-1)10step t s f -==? 相应的仿真带宽为仿真采样率的一半，即 18025.7(1-2)2step W KHz t == 设基带测试正弦信号为m(t)=Acos2πFt ，载波为c(t)=cos2πf c t ，则调制度为m a 的调制输出 信号s(t)为 ()(1cos 2)cos 2(1-3)a c s t m Ft f t ππ=+ 容易求出，s(t)的平均功率为 21(1-4)24a m P =+
创新实践报告
报 告 题 目： 学 院 名 称： 姓 名：
基于 matlab 的通信系统仿真 信息工程学院 余盛泽
班 级 学 号： 指 导 老 师： 温 靖
二 O 一四年十月十五日
目录
一、引言........................................................................................................................ 3 二、仿真分析与测试 ................................................................................................... 4
2.1 随机信号的生成 ............................................................................................................... 4 2.2 信道编译码 ........................................................................................................................ 4 2.2.1 卷积码的原理 ........................................................................................................ 4 2.2.2 译码原理 ................................................................................................................ 5 2.3 调制与解调 ....................................................................................................................... 5 2.3.1 BPSK 的调制原理 .................................................................................................. 5 2.3.2 BPSK 解调原理 ...................................................................................................... 6 2.3.3 QPSK 调制与解调 ................................................................................................. 7 2.4 信道 .................................................................................................................................... 8