通信仿真技术实验报告
扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。具有巨大的发展前景。
扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）的原理发表的很早，它是将待传送的信息数据被伪随机编码也就是扩频序列调制，实现频谱扩展以后再在信道中传输，接收端则采用与发送端完全相同的编码进行解调和相关处理，从而恢复出原始的信息数据。从这里我们可以看出，扩展频谱通信（以下简称扩频通信）作为一种新的通信方式与一般的常见的窄带通信方式是不同的，它们刚好相反，它是在发送端经过扩展频谱以后，在信道中进行宽带传输，然后在接收端进行相关处理以及解扩后恢复成窄带后解调数据。恢复出原始信息数据。因此，扩频通信具有伪随机编码调制和相关处理两个特点。也正是这两个特点，使得扩频通信方式有许多优点:如抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、具有保密性、功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获概率、可多址复用和任意选址、可以用于高精度测量等。
正是由于扩频通信方式具有上述的优点，所以扩频通信虽然是一种新型的通信方式，但是引起了人们的广泛注意，得到了迅速的发展和广泛的应用。
从扩频通信的应用发展来看，真正开始研究它的应用的是在上个世纪50年代中期美国开始的。刚开始一直用于军事通信领域，因为在军事通信中，一般通信方式在强干扰存在的情况下，很难准确的检测出发送来的信号，由于扩频通信具有很好的保密信和抗干扰性，所以首先开始了在军事通信领域的应用。成为扩频通信研究发展的开端，从此，军事通信机关对军事通信、空间探测、卫星侦察等方面广泛应用扩频通信技术。
60年代以来，随着民用通信事业的发展，频带拥挤问题日益突出，成为通信技术发展上的一个突出的问题。随着信号处理技术、大规模集成电路和计算机技术的发展，编码和相关处理能够方便的进行，通信技术的发展，推动了扩频通信理论、方法、技术等各方面的研究发展和应用普及。军事产品开始向民用转化。在80年代开始在民用领域得到应用。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。
扩频通信理论方法、技术和应用的发展，经历了几个阶段，第一阶段是在1977年前后，在早期建立的扩频通信理论的基础上，卓有成效的丰富和发展了扩频通信的理论、方法和实用技术，1977年8月的IEEE通信汇刊的扩频通信专集和1978年在日本东京都举行的国际无线通信咨询委员会全会对扩频通信的专门研究集中反映了扩频通信的研究成果，开始了世界性的对扩频通信的全面研究。第二个阶段的显著标志是扩频通信开始民用。1982年美国第一次军事通信会议，公开展示了扩频通信在军事通信中的主导作用，报告了扩频通信在军事通信各个领域的应用，并开始了扩频通信的民用调查。这是扩频通信发展的第二个阶段。扩频通信发展的第三个阶段开始于1985年5月美国联邦通信委员会制定了民用公共安全、工业、科学与医疗和业余无限电采用扩频通信的标准和规范。以后世界各国相继行动，组织扩频通信专门研究机构和学术团体，开始了扩频通信的深入研究和广泛应用，这就是扩频通信发展的第三个阶段。近年来，第三代移动通信的飞速发展，把扩频通信的研究、应用和发展都推向了新的阶段。
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
设数据流波形为a(t),数据速率为a R ，其取值为双极性的（±1），进行FSK 调制（频偏设为f ?）后输出信号的等效低通信号为b(t),有
f t a j e t b ?=)(2)(π
设伪随机序列控制下的瞬时频率取值为f(t),随着时间改变，f(t)取值在频率点i f ，i=1,.......N 上改变。跳频载波信号的等效低通信号为c(t)设为：
)(2)(t f j e t c π=
跳频就是以跳频载波对数据调制信号的频率搬移过程，跳频输出的等效低通信号d(t)是：
))()((2)()()(t f f t a j e t c t b t d +?=?=π
在接收端，以同步PN 码控制的频率伪随机变化的载波（其等效低通信号为发送载波c(t)的共轭信号*()c t ）和接收信号混频（相乘）进行解跳频，得到解扩输出信号^
()b t 为 )())()()(()(*t c t J t n t d t b ?++=
)())()(()()(**t c t J t n t c t d ?++?=
)(2)(2))()((2))()((t f j t f j t f f t a j e t J t n e e πππ--+??++?=
)(2))((2))()((t f j f t a j e t J t n e ππ-??++=
其中，n （t ）和J （t ）分别表示噪声和干扰信号，并且*()()1c t c t =，以同步跳变的本地恢复载波对接收信号混频后，就得到了解调后的窄带信号b （t ）和宽带的噪声以及干扰信号。同样，以窄带滤波器即可滤除大部分噪声和干扰，达到抗干扰的目的。
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进行变频（相乘）后，就能得到解扩（解跳频）信号，然后对解扩后的信号再进行相应的解调即可恢复数据。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的调制方式，如PSK 等，而是采用一些可非相干解调的调制方式，最常用的是FSK 调制。
五、实验记录以及结果分析
设数据速率为100bps ，数据调制采用2FSK 方式，频率间隔为100Hz 。跳频频点为32个，调频频率间隔为50Hz ，调频速率为50跳/S 。设以伪随机整数控制跳频的载频，接收机中解跳所用的本地恢复载波理想地跟踪了发送载波频率变化。新到设为AWGN 信道。
该系统属于一个慢跳频扩频系统。跳频输出信号带宽约为50321600?=Hz ，其等效低通信号频率变化范围为-800——800Hz 。为了使仿真观测范围达到
-2000——2000Hz ，信号采样率应设置为4000次/s ，所以每一个传输数据码元的仿真采样点数为40点。跳频速率为50跳/s ，故每跳持续时间为0.02s ，对应的采样点数为80点。伪随机码采用m 序列，也可采用Gold 序列。将伪随机码中每5bit 转换为一个0——31的随机整数，以控制跳频载波的输出频率。由于假设接收机伪随机码是理想同步的，且信道没有时延，因此在模型中可直接用发送方的
伪随机码作为接收机恢复的伪随机序列。
图1 跳频扩频传输系统的仿真模型
图2 PN序列发生子系统
根据以上分析建立传输测试模型。二进制信源数据采用Bernoulli Binary Generator产生，模块中采样时间设为0.01s。然后用M-FSK Modulator Baseband 模块完成2FSK调制，其参数设置为：调制元数为2，频率间隔为100Hz，每个符号的采样点数为40，这样调制输出的将是采样率为4000次/s的信号。由PN 序列转换得到的0-31随机整数由子系统Subsystem PN Sequence产生，子系统中，PN序列模块的采样时间间隔设置为1/250s，并设置按帧输出，每帧5个样值（即5个码片），将帧格式转换为基于取样的信号后，用Bit to Integer Converter将每5码片转换为一个随机整数输出，作为跳频载波频率点的控制信号。输出随机整数的速率是250/5=50个/s，等于跳频速率。跳频器采用M-FSK Modulator Baseband1
完成，其设置参数是：调制元数32，输入数据类型为整型，频率间隔为50，每符号的采样点数为80，这样该模块将输出在32个频点上跳频速率为50次/s的伪随机跳频载波信号。它是复信号，采样率与2FSK信息调制的输出信号相同，为4000次/s。信息调制输出和跳频载波进行相乘以实现跳频扩频。
扩频输出经过AWGN信道并加入一个150Hz的单频正弦波作为干扰源。
在接收端，本地跳频载波是发送跳频载波信号的共轭信号，以相乘完成解跳后，用M-FSK Demodulator Baseband完成2FSK信息解跳，其设置与信息调制器对应。与发送数据相比，解调输出数据将会延迟一个码元间隔时间（0.01s）。系统中可对比观察收发数据波形，测试误码率，并用频谱仪观测跳频，信道传输以及解跳，解调前后的信号频谱，如图3-5。
图3跳频前信号频谱
图4 跳频后信号频谱
图5调制波形和解调波形
设置AWGN信道的噪声方差为1，单频正弦波幅度为1，执行仿真后则可得到各关键传输点的信号频谱。可以看到，2FSK信息调制输出的频谱频率间隔为100Hz，跳频扩频后的信号频谱中存在32个调频频点，间隔50Hz扩频带宽为1600Hz。
六、参考文献
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技术，2012年第06期（43）：21-23
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[6]樊昌信.通信原理[M]。北京：国防工业出版社，2004
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);
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)
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
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。
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)
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
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
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
通信仿真技术实验报告 扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。具有巨大的发展前景。 扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）的原理发表的很早，它是将待传送的信息数据被伪随机编码也就是扩频序列调制，实现频谱扩展以后再在信道中传输，接收端则采用与发送端完全相同的编码进行解调和相关处理，从而恢复出原始的信息数据。从这里我们可以看出，扩展频谱通信（以下简称扩频通信）作为一种新的通信方式与一般的常见的窄带通信方式是不同的，它们刚好相反，它是在发送端经过扩展频谱以后，在信道中进行宽带传输，然后在接收端进行相关处理以及解扩后恢复成窄带后解调数据。恢复出原始信息数据。因此，扩频通信具有伪随机编码调制和相关处理两个特点。也正是这两个特点，使得扩频通信方式有许多优点:如抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、具有保密性、功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获概率、可多址复用和任意选址、可以用于高精度测量等。 正是由于扩频通信方式具有上述的优点，所以扩频通信虽然是一种新型的通信方式，但是引起了人们的广泛注意，得到了迅速的发展和广泛的应用。 从扩频通信的应用发展来看，真正开始研究它的应用的是在上个世纪50年代中期美国开始的。刚开始一直用于军事通信领域，因为在军事通信中，一般通信方式在强干扰存在的情况下，很难准确的检测出发送来的信号，由于扩频通信具有很好的保密信和抗干扰性，所以首先开始了在军事通信领域的应用。成为扩频通信研究发展的开端，从此，军事通信机关对军事通信、空间探测、卫星侦察等方面广泛应用扩频通信技术。 60年代以来，随着民用通信事业的发展，频带拥挤问题日益突出，成为通信技术发展上的一个突出的问题。随着信号处理技术、大规模集成电路和计算机技术的发展，编码和相关处理能够方便的进行，通信技术的发展，推动了扩频通信理论、方法、技术等各方面的研究发展和应用普及。军事产品开始向民用转化。在80年代开始在民用领域得到应用。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。
创新实践报告 报告题目: 基于matlab的通信系统仿真学院名称: 信息工程学院 姓名: 班级学号: 指导老师: 二O一四年十月十五日
一、引言 现代社会发展要求通信系统功能越来越强,性能越来越高,构成越来越复杂;另一方面,要求通信系统技术研究与产品开发缩短周期,降低成本,提高水平。这样尖锐对立的两个方面的要求,只有通过使用强大的计算机辅助分析设计技术与工具才能实现。在这种迫切的需求之下,MA TLAB应运而生。它使得通信系统仿真的设计与分析过程变得相对直观与便捷,由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的发展。通信系统仿真贯穿着通信系统工程设计的全过程,对通信系统的发展起着举足轻重的作用。通信系统仿真具有广泛的适应性与极好的灵活性,有助于我们更好地研究通信系统性能。通信系统仿真的基本步骤如下图所示: 二、仿真分析与测试 (1)随机信号的生成 利用Matlab中自带的函数randsrc来产生0、1等概分布的随机信号。源代码如下所示: global N N=300; global p
p=0、5; source=randsrc(1,N,[1,0;p,1-p]); (2)信道编译码 1、卷积码的原理 卷积码(convolutional code)就是由伊利亚斯(p 、Elias)发明的一种非分组码。在前向纠错系统中,卷积码在实际应用中的性能优于分组码,并且运算较简单。 卷积码在编码时将k 比特的信息段编成n 个比特的码组,监督码元不仅与当前的k 比特信息段有关,而且还同前面m=(N-1)个信息段有关。 通常将N 称为编码约束长度,将nN 称为编码约束长度。一般来说,卷积码中k 与n 的值就是比较小的整数。将卷积码记作(n,k,N)。卷积码的编码流程如下所示。 可以瞧出:输出的数据位V1,V2与寄存器D0,D1,D2,D3之间的关系。根据模2加运算特点可以得知奇数个1模2运算后结果仍就是1,偶数个1模2运算后结果就是0。 2、译码原理 卷积码译码方法主要有两类:代数译码与概率译码。代数译码主要根据码本身的代数特性进行译码,而信道的统计特性并没有考虑在内。目前,代数译码的主要代表就是大数逻辑解码。该译码方法对于约束长度较短的卷积码有较好的效果,并且设备较简单。概率译码,又称最大似然译码,就是基于信道的统计特性与卷积 码的特点进行计算。在现代通信系统中,维特比译码就是目前使用最广泛的概率 译码方法。 02 1V D D =⊕01232V D D D D =⊕⊕⊕
万方数据
基于MATLAB的跳频通信系统仿真 作者：赵守彬 作者单位：莱芜职业技术学院;山东大学 刊名： 科技信息 英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)：2010，(24) 被引用次数：0次 参考文献(4条) 1.曹雪虹;张宗橙信息论与编码 2001 2.曹雪虹.张宗橙信息论与编码 2001 3.徐平平;宋铁成数字通信 2008 4.徐平平.宋铁成数字通信 2008 相似文献(10条) 1.学位论文张晓川扩频通信系统中跳频技术的研究2008 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和抗衰落性，成为战术通信领域应用最广的一种抗干扰手段。本论文对扩频系统中的跳频技术进行了研究，主要内容包括： 1.简要介绍了扩频系统的基本理论和扩频系统的工作方式，分析了跳频通信的优点，并以FH/MFSK系统为例，给出了典型干扰下的误码率公式。 2.论述了跳频通信的两个关键技术：跳频图案的设计和跳频系统的同步，并根据工程实际，给出了适当的同步方案。 3.重点研究了跳频系统中伪随机码的搜索和实现。对伪随机码选择的关键和难点，如m序列优选对的查询、m序列特征相位的求取，以及平衡Gold码的搜索，进行了Matlab仿真和分析。 4.在2FSK调制下，对跳频通信系统的抗干扰性能进行了理论分析和Matlab仿真，包括宽带噪声干扰和部分频带噪声干扰。 5.通过Matlab/Simulink仿真软件搭建跳频通信系统仿真模型，并对跳频系统中的部分电路进行仿真设计。 2.学位论文项加林跳频通信同步技术的研究与实现2008 跳频同步是跳频通信的关键技术，只有实现了快速精确的同步，才能正确接收跳频信号。跳频同步的好坏，直接影响到跳频系统的性能。同时跳频同步也是跳频通信系统开发的难点，特别是在高跳速工作时需要精心设计方案才能实现同步捕获和跟踪。 本文首先分析了跳频通信对数字传输的要求。着重介绍了基于DDS和DSP的GMSK信号调制算法和带判决反馈的2比特差分解调算法，并提出了一种基于DDC(数字下变频器)的GMSK信号解调方案。该方案只需要在最佳抽判时刻进行运算，大大降低了运算量，而且仿真结果表明在保证DDC晶振稳定度的前提下解调性能良好。同时，对跳频同步技术及其实现进行了全面和深入的研究，设计了TOD信息和同步头相结合的同步方案，并对同步性能进行了分析。随后利用Matlab/Simulink搭建了跳频通信系统的仿真模型，对GMSK调制解调算法以及同步方案进行了仿真。最后，本文给出在TMS320C6X软件无线电平台上实现了的接收端软件流程和测试结果。 3.学位论文任德云混沌宽间隔跳频序列性能研究及混沌仿真2009 跳频通信由于其较高的保密性和抗干扰性最早在军事通信中得到应用。它是通过一组伪随机序列来控制频率随机跳变的通信方式，具有抗干扰、抗截获、码分多址和频带共享的特点。近年来，跳频通信在现代军事通信及民用移动通信系统中都有广泛的应用。
跳频序列的设计是跳频通信的关键技术之一，它的性能主要包括跳频序列的频率数目、跳频序列族的多少、汉明自相关、汉明互相关、跳频间隔及跳频序列的平衡性。这些性质直接影响到系统的抗截获，抗干扰，同步等以及系统的组网能力。
基于跳频序列对跳频通信的主要影响，本文围绕跳频序列的理论、性能指标、混沌理论、混沌映射及宽间隔处理方法等方面进行了深入的研究分析，对七种混沌映射产生的跳频性能，以及对同一序列五种量化处理方法都进行了Matlab仿真对比，在此基础上提出了一种新的基于组合混沌映射构造跳频序列的方法(见论文3.3.2节，3.4节及3.5节)。接着通过对一种混沌序列采取五种不同量化进行了性能比较，选取了较优的量化方法对本文提出的新组合映射混沌序列进行处理，最后对量化得到的序列做宽间隔处理。Matlab仿真实现对比本文提出的混沌跳频序列与其他六种混沌序列的性能，大量数据表明(见论文4.3节及4.4节)：该序列经量化和宽间隔处理之后，具有较其它混沌系统具有更多的跳频序列数，即多址能力强，且该序列确实具有更加优良的平衡特性、自相关特性、互相关特性，能更好地增强系统的抗干扰、抗截获和多径衰落的能力。最后简要介绍了其它跳频序列的设计、本论文的工作总结以及后续研究工作的展开。 4.期刊论文尹建方.屈巍.潘成胜.YIN Jian-fang.QU Wei.PAN Cheng-sheng高速跳频通信同步捕获方法的研究与仿真-电脑与信息技术2006,14(6) 同步技术是跳频通信系统的关键技术之一.针对高速跳频通信系统中同步的要求,采用同步头与时间信息相结合的方法实现跳频同步.文章研究了同步序列格式、跳频图案同步、位同步等问题,分析了同步性能,使用Matlab6.5完成了仿真验证.同步性能分析结果表明该跳频通信系统的同步时间短、捕获概率高、虚警概率低. 5.学位论文冯艳蓉超短波高速跳频系统数字相位调制解调研究2006 随着通信技术的发展，军事通信对无线电台的高速数据传输能力和综合抗干扰能力提出了越来越高的要求。近年来，跳频通信技术作为一种抗干扰、抗截获、抗检测的安全传输方式已广泛应用在各种军事无线通信领域。同时各军种之间相互通信和联合作战要求有一个开放式、可扩展、标准化的软、硬件平台结构，软件无线电的思想被广泛应用。 本文将软件无线电的思想和跳频通信技术相结合，提出了基于软件无线电平台的跳频超短波电台调制解调物理层实现方案。结合跳频通信特点，选用8PSK和π/4-DQPSK两种相位调制方式进行分析，特别讨论了其中信号到达检测、位定时和载波同步和信道均衡三部分关键技术。最后基于MATLAB理论仿真的基础，在TI公司的TMS320C6416芯片上实现了整个系统。 本文的章节内容安排如下：第一章，主要介绍了军事无线通信的背景，软件无线电技术以及跳频抗干扰通信，特别介绍了超短波跳频通信在军事系统中的发展。 第二章，论述了跳频传输模式下数字相位调制系统的设计。首先介绍了跳频系统的体系结构，分析了跳频传输对相位调制系统设计的影响。接着针对跳频通信的特点设计出跳频传输模式下的两种线性相位调制方式8PSK和π/4-DQPSK的系统结构。 第三章，对跳频突发通信中的信号到达检测技术进行了讨论，分析了基于特殊导频的功率检测和相关检测两种检测方法，对其性能进行仿真，分析比较后提出了优化的方法。
创新实践报告 报告题目：基于matlab的通信系统仿真学院名称：信息工程学院 姓名： 班级学号： 指导老师： 二O一四年十月十五日
一、引言 现代社会发展要求通信系统功能越来越强，性能越来越高，构成越来越复杂；另一方面，要求通信系统技术研究和产品开发缩短周期，降低成本，提高水平。这样尖锐对立的两个方面的要求，只有通过使用强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。在这种迫切的需求之下，MATLAB应运而生。它使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的发展。通信系统仿真贯穿着通信系统工程设计的全过程，对通信系统的发展起着举足轻重的作用。通信系统仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性，有助于我们更好地研究通信系统性能。通信系统仿真的基本步骤如下图所示：
二、仿真分析与测试 （1）随机信号的生成 利用Matlab 中自带的函数randsrc 来产生0、1等概分布的随机信号。源代码如下所示： global N N=300; global p p=0.5; source=randsrc(1,N,[1,0;p,1-p]); （2）信道编译码 1、卷积码的原理 卷积码(convolutional code)是由伊利亚斯(p.Elias)发明的一种非分组码。在前向纠错系统中，卷积码在实际应用中的性能优于分组码，并且运算较简单。 卷积码在编码时将k 比特的信息段编成n 个比特的码组，监督码元不仅和当前的k 比特信息段有关，而且还同前面m=(N-1)个信息段有关。 通常将N 称为编码约束长度，将nN 称为编码约束长度。一般来说，卷积码中k 和n 的值是比较小的整数。将卷积码记作(n,k,N)。卷积码的编码流程如下所示。 可以看出：输出的数据位V1,V2和寄存器D0,D1,D2,D3之间的关系。根据模2 D0D2D1D3 + + M V1 V2 OUT 02 1V D D =⊕0123 2V D D D D =⊕⊕⊕
课程设计（II）通信系统仿真 题目跳频通信系统仿真 专业 学号 姓名 日期
通信系统仿真课程设计任务书 1、课程设计目的 通过对跳频系统的设计，深入了解跳频系统的工作原理，通信系统各部分的
原理与关联，掌握利用Matlab/Simulink软件进行完整通信系统的建模和分析。 2、课程设计内容 ●主要课程设计内容 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。此次跳频通信仿真系统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详细了解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。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仿真系统实现跳频系统的仿真和分析，达到了预期的效果。调频系统原理示意图如图所示。 个人任务分工如下图所示： ●原理（跳频扩频调制和解跳） 1 跳频扩频调制 跳频扩频调制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。 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。 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。 2解跳 首先，为了完成解跳功能，用同相干解调类似的方法将发送信号已知的伪随机的载波与接收信号进行混频，再经过低通滤波器进行滤波，即可得到到解跳后的信号，以便以后基带调制的进行。 3加性高斯白噪声信道 发送信号在信道中传输会受到加性高斯白噪声的影响。在matlab中有特定的函数进行加性高斯白噪声信道的模拟。 3、设计与实现过程 主要设计思想和设计流程。 依据前面对跳频系统的原理介绍可得到跳频系统的数学模型如下图所示。 在发送端，输入信息码序列进行基带调制得到频带宽度为B m的调制信号m(t)，独立产生的伪随机码序列作为跳频序列去控制频率合成器，使其输出频率按不同的跳频图案或指令随机跳跃的变化。调制信号m(t)对随机载频进行调制，得到跳频信号S i(t)，可表示为 其中，ω?为调频频率间隔，φn为初项。 跳频系统数学模型如下。
利用MATLAB实现跳频通信系统 摘要：随着无线通信不断快速的发展，跳频调制技术越来越受到人们的重视。跳频通信是一种具有较强抗干扰能力的通信体制。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，即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。跳频技术是一种具有高抗干扰性、高抗截获得能力的扩频技术。由于它的技术优势，跳频技术不仅在军事通信领域得到广泛的运用，在民用领域也有很好的表现。 本课题要求构建蓝牙跳频通信系统的各组成模块，包括信号传输，信号接收，谱分析和误码分析部分，了解和熟悉蓝牙跳频系统的特点，分析系统的运行及性能。主要研究方法是MATLAB软件进行蓝牙跳频通信系统的仿真，通过各组成模块的连接与封装，运行并分析结果。 关键词：蓝牙，跳频，MATLAB，无线通信
Realize Frequency Hopping Communication System Based on MATLAB Abstract：With the rapid development of the wireless communications, people pay more and more attention to frequency hopping modulation techniques. Frequency hopping communication is a strong anti-interference communication system. The working principle is a communication mode which refers to the carrier frequency that sends and receives the signal according to rule to do dispersant change, that is applying the carrier frequency used in communication by pseudo-random code control and random changes hopping. Frequency hopping technology is a spread spectrum with high anti-interference and resistance ability. Frequency hopping technology not only being widely used in military communication areas, but also in civilian areas due to its technique advantages. This paper is to make up composed modules for the Bluetooth frequency hopping communication system, which including signal transmission, signal reception, spectral analysis and error analysis, as well as to know and have a deep understanding of the characteristics of this system, and also including analyzing the performance and its performance. The main research method is using matlab to make the simulation of the Bluetooth frequency hopping communication systems, run and analysis results by the simulation of each of the modules connection and encapsulation. Keywords: Bluetooth, frequency hopping, MATLAB, wireless communication