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
目录
第一章绪论 (1)
1.1跳频通信形成背景 (1)
1.2跳频通信的发展 (1)
1.3论文组织结构安排 (2)
第二章跳频通信系统 (3)
2.1跳频技术概述 (3)
2.2跳频的基本概念 (3)
2.3产生跳频信号 (3)
2.4跳频信号的发送与接收 (4)
2.4.1 跳频信号的发送 (4)
2.4.2跳频信号的接收 (4)
2.4.3 正确接收跳频信号的条件 (5)
2.4.4 跳频信号的波形 (6)
2.5跳频通信的优势 (6)
第三章蓝牙技术 (8)
3.1蓝牙技术概述 (8)
3.2形成背景 (8)
3.3蓝牙技术特点 (9)
3.4、蓝牙技术的运用及其前景 (10)
第四章蓝牙跳频通信系统仿真设计 (12)
4.1蓝牙跳频系统各部分介绍 (12)
4.1.1 信号传输部分 (12)
4.1.2信号接收部分 (15)
4.1.3 频谱分析 (19)
4.1.4误码分析部分 (20)
4.2蓝牙通信系统仿真模型 (21)
4.3系统运行分析 (21)
第五章结论 (26)
致谢 (27)
参考文献 (28)
第一章绪论
1.1 跳频通信形成背景
人们在进行无线通信时总是希望通信能够畅通和保密。然而在通信的过程中经常会碰到一些信道拥塞、窃听、电子干扰等问题。普通的电台无法避开窃听、信道拥塞的问题，因为它使用的是定频的发射和接收。要想解决这些问题，只有运用跳频通信技术。
西方军事强国在20世纪中叶就开始相关抗干扰技术的研究，因此跳频通信最先在军事领域得到了发展。20世纪80年代后，跳频通信开始在民生通信领域得到巨大的发展。例如欧洲的GSM系统和法国的SFH900系统就是这方面的杰出代表。
1.2 跳频通信的发展
跳频技术的不断向前发展，使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。随着科学技术的不断向前的发展，跳频技术也不断地成熟，现在跳频速率和数据速率越来越高。未来跳频通信的发展方向是实现更高跳速和更高数据速率的跳频电台。短波信道有很多自己的特点，它通过分析波段上的频率占有率的方式来避免自然的干扰和短波频谱被大量占用的不利影响。它会自动地改变跳频序列来适应恶劣的环境在90年代，出现基于模糊规则的跳频图案产生器。在这种系统中，由模糊规则以及采样模式来决定系统的输出序列。它可以很大程度上提高系统的抗窃听能力和抗干扰能力，因为当窃听者不知道初始条件、模糊规则、采样模式三者中的任一个时，就不能预测出系统的输出频率，并且与传统的跳频码序列相比较其跳频序列更加均匀。
无论是在军事通信领域还是在民用通信领域，跳频通信都有着广泛的发展前景，各国都非常重视这方面的研究。从宏观上看，跳频通信的发展趋势有一下几个方面：跳频通信系统的“死敌”是跳速很高的跟踪式干扰。为了使敌方没有可乘之机，各国竞相发展高速电台，通过加快跳速来提高系统抗跟踪式干扰的能力。
（1）优化跳频序列
跳频序列的性能对整体的系统性能至关重要。在跳频通信组网时，其影响着跳频的同步性能和电台自身干扰的大小。
（2）全数字化实现
现代化战争对通信电台的要求日益增高，科学技术的发展相当的迅速，出现了功能强大的数字信号处理芯片为全数字化实现提供了坚实的基础。.
（3）自适应跳频
随着通信技术发展，自适应跳频技术广泛的被运用于跳频通信，提高了通信的质量。自适应跳频的指导思想是把干扰和频点相联系，只要系统能够自动改变跳频序列，自动跳到无干扰的频段上，自动识别干扰，那么系统就能够解决频段干扰带来的问题。自适应跳频技术是自适应技术和跳技术相结合的产物，它在改善信噪比和误码率等方面也这无穷的发展潜力。其取代普通的跳频通信电台已经成为一种必然的趋势。
1.3 论文组织结构安排
这篇论文共分五章。
第一章：绪论部分，主要介绍了调频通信系统的形成背景和发展情况。
第二章：跳频通信系统。重点介绍跳频通信技术的相关原理，技术特点等。
第三章：蓝牙技术。介绍了蓝牙技术的相关原理，其技术特点及运用前景等。
第四章：蓝牙跳频通信系统仿真设计。着重介绍蓝牙跳频通信系统的仿真实现，主要包括在MATLAB环境下仿真框图的实现以及功能。蓝牙跳频系统仿真模型各个部分的设计原理和设计思路。
第五章：结论部分。对本次设计进行总结。
第二章跳频通信系统
2.1 跳频技术概述
跳频是常用的扩频.方式之一，其工作原理是跳频通信系统的收发信号的载波频率受到伪随机变化码得控制而产生随机的变化。从频域的角度上看，跳频信号的频谱在很宽的频带上进行不等间隔的随机跳变。从时域的角度上进行分析，跳频信号是个多频率的频移键控信号。核心部件是跳频控制器。它包括的功能有：跳频图案的的产生，同步和自适应控制等功能。在跳频控制器的作用下频合器合成所需的频率。跳频通信凭借其独特的技术优势在问世后的短短数十年间，倍受世.界各国，特别是军事强国的青睐。
2.2 跳频的基本概念
跳频定义：在无线传输中，射频频率按照某种特定算法发生的重复变化。这种变化通常借助于扩频代码序列发生器。跳频频技术，是指用伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱的一种方法。
通常我们在日常生活中接触到的都是定频通信，即在指定的频率上进行通信。这种通信系统的抗干扰能力比较弱，在干扰严重的情况下会导致通信质量的大幅下降甚至通信中断。跳频技术就可以很好地解决这个问题，实现系统的性能稳定。此外，其隐蔽性强，不易被截获。例如：在现代战争中，在战争双方的通信对抗条件下，采用跳变通信就不容易暴露目标，信息不容易被截获，提高了战场生存那能力。因此，跳频通信不管在军事领域还是民用领域都得到了广泛的运用。
跳频图案指的是跳频通信系统中载波频率变化的规律。为了增强通信的安全性，经常采用伪随机改变的跳频图案。对于通信的双方只有使用相同的跳频图案才能建立通信联系。所谓“伪随机”，就是“假”的随机，实际上是有规律性可循的，在外人不知道跳频图案的情况下，是很难猜出其跳频的规律来。
2.3 产生跳频信号
在定频通信系统中，载波频率和发射机主振荡器的振荡频率都是固定不变的。主振荡器的频率必须根据控制指令而改变，只有这样才能得到跳频信号。跳频器是产生跳频信号的装置。它由跳频指令发生器和频率合成器组成。信息在跳频通信系统可以以模拟或数字的方式传输，通过调制器的调制可获得副载波恒定的已调波。已调波信号再和主载波频率信号进行混频，即可获得满足要求的载波频率，经过高通滤波器从天线发送。
2.4 跳频信号的发送与接收
2.4.1 跳频信号的发送
在时钟的作用下，跳频指令发生器不断地发出指令，频率合成器不停地改变其输出载波的频率。从跳频信号产生过程可得出结论，不管是模拟或数字定频发送系统，装上一个跳频器即可成为一个跳频的发送系统。
图2-1 发送部分 2.4.2跳频信号的接收
定频信号采用超外差式的方式进行接收，接收到的信号与本地振荡的频率相差一个中频，在进行混频以后产生了相应的组合波频率和频率恒定的中频信号。在进入解调器之前，要先经过中频滤波器消除组合波频率。解调器输出的就是要给接收端的信息。接收机中的跳频器要受到同步指令的控制。跳频器是跳频通信系统的关键部件，
跳频同步则是跳频系
统的该心技术。
图2-2 接收部分
接收机本振信号的跳变规律和发送端的是相同的，其相应的的频率频差刚好是接收机中频。当收发双方的伪随机码同步时，可使频率合成器产生的跳变频率同步，然后再通过混频器，可以得到中频信号，得到的中频信号再经解调恢复出发送的原始信号。对于干扰信号，因为不知跳频信号的变化规律，其和本振合成的不相关频率无法进入中频信道，不能对传输的信号形成干扰。
2.4.3 正确接收跳频信号的条件
跳频系统的同步是正确接收跳频信号的前提条件。跳频系统的同步直接决定着通信能否正常建立。
同步含义：跳频图案相同, 跳变频率的序列相同，跳变的起止时刻相同。为了实现收、发双方的跳频同步，收端要接收到发端的跳频同步的信息，它包括采用什么样的跳频图案，在从哪一个频率上开始起跳，还要不停地校正收端本地时钟，使其与发送端时钟一致[8]。
同步包含下列几项内容：接收端和发送端产生的跳频图案必须相同，即拥有相同的跳变规律。收、发端的跳变频率要保证在接收端产生中频信号，就是收端产生的本地跳变频率与跳变的载波频率相差一个中频信号。频率跳变的起止时刻必须在时间上同步跳变和保持相位一致。在数字信息传输的过程中，要做到位同步和帧同步。
2.4.4 跳频信号的波形
与定频连续信号波形不同，跳频信号的波形是不连续的，其主要原因是跳频器产生的跳变载波信号是不连续的。频率合成器从接受跳频指令到完成频率的跳变需要一个切换时间。保证其输出的信号频率稳定，在频率切换的瞬间系统是抑止发射机末级工作的。
频率合成器从接受指令到波形振荡到达稳定状态的时间叫作建立时间；从波形稳定状态到振荡消失的时间叫作消退时间；稳定状态持续的时间叫作驻留时间；从建立到消退的整段时间叫作跳周期。把消退时间加上建立时间叫作换频时间。跳频通信系统只能在驻留时间内才可以正确地传送信息。跳频通信系统为了有效地传送信息，其要求频率切换占用时间要尽量的短。换频时间约为跳周期1/8 ～1/10。如跳频速率每秒500跳的系统，跳周期Th＝2ms，换频时间为0.2ms。跳频速率每秒20跳的系统，跳周期是50ms，其换频时间约为5ms[1]。
2.5 跳频通信的优势
1.抗干扰性能强
跳频通信抗干扰的原理是在不同的频道上随机跳变，使敌方无法弄清跳频规律，而具有强的抗干扰能力。我方采用的跳频码序列是个伪随机码，跳变的频率可以多达上万个。敌方在某一频率段上或某几个频率段上施放干扰起不到效果。跳频的载波频率受伪随机码控制而不断跳变，其在任何一个频率驻留时间内占据的带宽是相当窄的。因为频率跳变的速率很快，可将跳频系统看成是个宽带系统，即扩展频谱。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。从扩频通信的理论可知，相同情况下扩展的频谱可以换取更高的信噪比。换句话说，扩展了频带，就能够在较低的信噪比的情况下用相同的信息速率、任意小的差错概率来传递信息，甚至在信号被噪声完全湮没的情况下，也能保持可靠的通信[2]。可见，抗干扰性强是跳频通信系统最杰出的优点。
2.频谱利用率高
人们意识到频谱资源的宝贵，因此，提高频谱利用率也是现代通信的基本要求。跳频通信可以利用不同的跳频图案或时钟，在一定带宽内容纳多个跳频通信系统同时工作，达到频谱资源共享，大大提高频谱利用率。
3.易于实现码分多址
多址通信是指很多用户组成一个通信网，网内的任何两个用户都可以建立通信，多对用户同时进行通信也互不干扰。利用跳频通信能很容易地组建这样的多址通信网。网内各用户有互不相同的地址码，地址码就像是电话号码。每个用户只能接收按其地址发来的信号，对于其他用户发来的信号，则不会被解调出来。
4.兼容性
对于跳频通信，兼容是指跳频通信系统可与不跳频的窄带通信系统在定频上建立通信。很明显，兼容的最大好处在于先进的跳频电台能够和常规的定频电台进行互通。
5.解决了“远——近”问题
“远——近”问题对直扩系统影响很大，对跳频系统这种影响就很小了，甚至可以忽略。
6.时间短、入网快
采用快跳频和纠错编码系统用的伪随机码速率比直扩系统的低，同步要求比直扩系统低，时间短、入网快。
第三章蓝牙技术
3.1 蓝牙技术概述
蓝牙是一种低成本、短距离的无线连接开放性技术标准，工作于全球统一的2.4GHz ISM频段。蓝牙具有较强的抗干扰能力，标准有效传输距离为10米，通过添加放大器传输距离增加到100米。跳频是蓝牙采用的关键技术之一对应单时隙分组，蓝牙的跳频速率为1600秒;对于多时隙分组，跳频速率有所降低;但在链路建立过程中提高为3200秒。
蓝牙技术是无线数据与语音通信的开放性全球规范，以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立特别连接。与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，使蓝牙比其它系统都稳定。FEC的使用抑制了长距离链路的随机噪音。应用二进制调频（FM）技术的跳频收发器被用来抑制干扰和防止衰落[3]。
蓝牙技术的特点是低成本、低功耗。蓝牙在激活模式的最大发射功率为100mW，同时蓝牙提供了多种节电工作模式[4]。这些模式有效地降低了蓝牙的功耗。蓝牙的技术相对来说比较简单的技术.比如在调制方面，采用最小高斯频移键控方式。蓝牙的这些技术可利用简单的电路实现，相对其它先进和复杂的技术而言，成本较低。蓝牙基带协议由电路交换与分组交换组合而成。在被保留时隙中可以传输同步数据包，每个数据包以不同频率发送。一个数据包名义上占用一个时隙，实际上可被扩展到占用5个时隙。蓝牙可支持异步数据信道、多达3个的同时进行的同步话音信道，还可用一个信道同时传送异步数据和同步话音。每个信道支持64kb/s同步话音链路。异步信道可以支持最大速率为721kb/s 和速率为57.6kb/s的不对称连接，也可以支持43.2kb/s的对称连接[5]。
3.2 形成背景
1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家厂商，在开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，宗旨为提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。Intel公司负责半导体芯片和传输软件开发，爱立信负责无线射频和移动电话软件开发，IBM和东芝负责笔记本电脑接口规格的开发。1999年下半年，业界巨头微
软、摩托罗拉、三康、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，在全球范围内掀起一股“蓝牙”热潮。全球业界即将开发一大批蓝牙技术的应用产品，使蓝牙技术呈现出极其广阔的市场前景，并预示21世纪初将迎来波澜壮阔的全球无线通信浪潮。
3.3 蓝牙技术特点
蓝牙(Bluetooth)技术是一种低功耗、短距离无线通信技术，是实现语音和数据无线传输的全球开放性标准。它使用跳频扩谱(FHSS)、时分多址(TDM)、码分多址(CDMA)等先进技术，在小范围内建立多种通信与信息系统之间的信息传输[6]。蓝牙技术特点概括为如下几个方面：
1．采用跳频技术，工作于ISM频段
蓝牙采用跳频技术工作于全球开放的ISM(Industrial Scientific Medical)频段，无需申请许可证。采用TDD(Time．Division Duplex)时分双工方式在2．402GHz到2．480GHz 之间进行跳频扩频，使用79个频点，载频为(2402+k)MHz(k=0,1，2…，78)，载频间隔
1MHz。蓝牙技术通过快跳频和短分组技术减少同频干扰，保证传输的可靠性[7]。
2．同时支持语音和数据传输
蓝牙基带协议是电路交换与包交换的结合，使蓝牙技术可以同时适合传送语音和数据。蓝牙支持实时同步定向连接和非实时异步不定向连接，前者主要传送语音等实时性强的信息，后者则以数据包传输为主，并且语音和数据可以单独或同时传输[8]。在一对蓝牙设备之间，蓝牙协议支持一条ACL链路，用来传送数据，支持对称或非对称的、分组交换、点到多点的连接。蓝牙V1．2在对称连接情况下，支持433．9kbps的全双工通信；非对称连接，最大速率为正向723．2kpbs，反向57．6kbps。在一对蓝牙设备之间，蓝牙协议支持三个SCO链路，用来传输语音，支持对称的、电路交换、点到点的连接[9]。每个SCO链路传输速率为64kbit／s，语音编码方式采用PCM(脉冲编码调制)或CVSD(连续可变增量斜率调制)。CVSD方式抗衰落性强，即使误码率达到4％，语音质量也可接受。
3．纠错方式
蓝牙系统的纠错机制分为FEC和包重发。FEC支持1／3率和2／3率FEC码。1／3率仅用3位重复编码，在接收端判决，既可用于数据包头，也可用于SCO连接的包负载。
2／3率码用一种缩短的汉明码，误码捕捉用于解码，它既用于SCO连接的同步包负载，也用于ACL连接的异步包负载[10]。在ACL连接中，可用ARQ结构。在这种结构中，若接收方没有响应，则发端将包重发。每个负载包含有CRC，用来检测误码。
4．支持点对点及点对多点的通信方式
蓝牙设备按可组成两种网络：微微网和散射网，微微网的建立由两台设备的连接开始，最多可由八台设备组成。在一个微微网中，只有一台为主设备，其他均为从设备。相互独立的微微网以特定方式链接在一起便构成了散射网，散射网中的蓝牙设备既可以是某微微网中的从设备，也可以是另一个微微网的主设备：利用时分复用技术，某一蓝牙设备还可以同时是几个微微网的从设备。所有的蓝牙设备都是对等的，所以在蓝牙中没有基站的概念[11]。
5．低功耗
蓝牙设备在通信连接状态下，有四种工作模式——激活模式、呼吸模式、保持模式和休眠模式。激活模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。呼吸模式下的从设备周期性地被激活；保持模式从设备停止监听来自主设备的分组，保持其激活成员地址；休眠模式主从设备仍保持同步，但从设备不需要保留其激活成员地址。三种节能模式，呼吸模式功耗最大，对应主设备响应最快；休眠模式功耗最小，对主设备响应也最慢[12]。
6．体积小
蓝牙技术在应用中往往需要将蓝牙芯片或模块嵌入到体积较小的移动设备中，所以蓝牙模块便具备了体积更小，便于集成等特点[13]。
3.4、蓝牙技术的运用及其前景
蓝牙具有低功耗、低成本和比较灵活等特点，其应用空间很广阔，应用集中在以下几个方面：
（1）替代传统的数据电缆连接，能够有效地简化计算机产品之间，及其和外设之间的通信：
（2）为因特网提供短距无线接入点，为各种电子产品与因特网相连提供便捷途径；（3）为个人局域网提供网络连接手段，使各个设备间可相互通信和相互利用对方的功
能；
（4）嵌入到家用电器中，使之智能化并有网络信息终端的功能，构成信息家电；（5）应用到电子商务领域，蓝牙的安全保密特性将大大扩展现有电子商务系统的功能，使蓝牙在电子商务领域将拥有巨大的应用前景[14]。
第四章蓝牙跳频通信系统仿真设计
4.1蓝牙跳频系统各部分介绍
4.1.1 信号传输部分
蓝牙跳频系统信号传输主要包含两部分：信号序列产生和在跳频频率上映射该序列。在输入端，输入的是本地时钟和当前地址[15]。其中，使用时钟的27为MSB。在呼叫和查询状态下，将使用时钟的整28位，在呼叫状态下，本地时钟将被修改为被叫单元对主单元的值。地址输入位由28位组成，即整个LAP和UAP的4位LSB。在连接状态中，可使用主单元地址，在呼叫状态下使用呼叫地址单元。在查询状态下，使用和GIAC对应的UAP/LAP。输出则构成为一个伪随机序列。覆盖79跳还是23跳系统，取决于当前的状态。对于79跳系统，选择频率间隔为64MHz的32跳频段，并以随机次序访问这频点一次。然后，选择一个不同的32跳频段，并以此类推。对于呼叫、花椒扫描和呼叫应答状态，将使用同一个32跳频段[16]。
下面以调频速率为1600/s的跳频系统为例，实现信号传输部分仿真，如图4-1所示。信号产生采用Bernoulli随机信号生产模块生成帧采样率为10、采样时间为1.5e-6的随机信号，具体参数设置如图4-2所示。信号经预处理在1600/s的跳频上映射。各模块参数设置将在下面做详细的介绍。
图4—1 跳频系统传输部分
信号生成模块参数设置：随机信号趋于0的概率设为0.5，初始状态为12345，采样时间为1.5us，每帧采集10个数据，输出数据类型为double
图4—2 信号生成模块参数设置窗口
对Shortened hamming 模块进行参数设置，将代码长度设为15bit。
图4-3 Shortened hamming模块参数设置窗口
对Buffer模块进行参数设置，将数据缓存器最大存储量设为625个数据，初始状态设为0。
图4—4 Buffe r模块参数设置窗口
信号经CPM连续相位调制后和经79-FSK调制的伪随机系列进行相乘得到79个频率不同的载波。
图4—5 FH-CPM modulator 子系统
高斯信道模块参数设置：高斯信道的信噪比设为20db，因为蓝牙传输速率为1M/s，采样时间设为1us。
图4—6 高斯信道模块参数设置窗口
对Spectrum Scope进行参数设置，将窗口类型设为Hann，窗采样类型设为周期性，频谱数量设为1。
图4—7 Spectrum Scope参数设置窗口
4.1.2信号接收部分
信号接收部分利用相同的随机调频序列将接受心法进行解调，按预处理的逆序进行
调解，其仿真实现如图4所示。其中包含两个子系统：FH-FM Demodulator子系统和
Dis-assemble Packet子系统。
图4—8 信号接收部分仿真
（1）FH-FM Demodulator子系统
FH-FM Demodulator子系统内部结构如图5所示。该子系统有两个输入端，in1是信道接受的扩频信号，in2是随机序列产生器输入的随机跳频序列，它与发送端保持同步，该序列经M-FSK调制与in1中的信号相乘再进行M-FSK解频，得到输出out1。
图4—9FH-FM Demodulator子系统
对Frame conversion进行参数设置，将输出信号的采样模式设为基于帧的采样模式
图4—10Frame Conversion
对Math Function进行参数设置，将输出信号类型设为自动，采样时间设为默认值
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