第２０纛第２期２００８年１月
系统仿真学报＠
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ
Ｖ０１．２０Ｎｏ．２
Ｊａｎ．．２００８水下跳频通信系统的建模与仿真
王翔，黄建阑，尹玉红
ｆ茜ｊＥ工蝗火学航海学院，陕西蟊安７１００７２）
接要：水声信道建较为复杂的数据通信信道，为了满足水下安佘可靠通信和组网的要求，提出了—种基节璃巍技术的水下遁信系统方囊，建立了系统仿真模型和多：撩Ｒａｙｌｅｉｇｈ囊蓐水声馆遣模型。
方案申采霭了ＦＨ／ＭＦＳＫ调巷４披术，蠢适应髋蒺枣辩麓稠，信遥簧镨编码分剐袋焉ＲＳ，豢积码，接
收机采用空间分集，跣频序列靛翻的可控滤波器蛆以及基于周期瞄谱分析解码，并通过仿真研究
比较了这些技术在水下多径信道中对系统性能的影响。结果表明采用该模型的通信系统水下跳频系
统的具有很强稳健挂，可以在低信噪比下具有良好的误码率性能．
关键运；ＦＨ／ＭＦＳＫ；谱分析；馆遥编码：空阍分集；《变滤波器纭
中图分类号ｌＴＮ９１１．７文献标识码｛Ａ文章编号：１００４－７３１Ｘ（２００８）０２—４５３．０５
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＨｏｐｐｉｎｇＦｒｅｑｕｅｎｃｙ
ＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＡｃｏｕｓｔｉｃＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ
Ⅵ魄ＮＧＸｉａｎｇ。ＨＵＡＮＧＪｌＡＮ—ｇｕｏ，ＹｌＮＹｕ—ｈｏｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅｏｆｍａｒｉｎｅ勘ｇ妇ｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｅｈｎｉｅａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ，７１０ｆｆ＇／２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｈａｎｎｅｌｉｓｔｈｅｍｏｒｅｃｏｍｐｌｅｘｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｃｈａｎｎｅｌ．Ｔｏｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｒｅａｌ??ｔｉｍｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｎｅｔｗｏｒｋ，ａｋｉｎｄｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－－ｈｏｐｐｉｎｇｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｓｙｓｔｅｍｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅＲａｙｌｅｉｇｈｆａｄｉｎｇｍｕｌｔｉ－ｐａｔｈａｄｄｉｔｉｖｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔ主ｃｃｈａｎｎｅｌｍｏｄｅｌｗｅｒｅａｌｓｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｆ】麟ＦＳＫｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ。ＲＳａｎｄＣｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌｃｏｄｅａｎｄｓｐａｔｉａｌ
ｄｉｖｅｒｓｉｔｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗｅｒｅｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｔｈｅｍ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｐａｃｅｄｉｖｉｓｉｏｎａｎｄｖａｒｉａｂｌｅｆｉｌｔｅｒＢａｎｋｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ—ｈｏｐｐｉｎｇｓｅｑｕｅｎｃｅａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｐｅｒｉｏｄｏｇｒａｍｃａｌｌｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｈａｖｅｇｏｏｄＢＥＲｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒｌｏｗＳＮＲａｎｄｍｕｌｔｉ—ｐａｔｈｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＨ／ＭＦＳＫ；Ｓｐｅｃｔｒｕｍｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ；Ｃｈａｎｎｅｌｃｏｄｉｎｇ；Ｓｐａｔｉａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙ；ＶａｒｉａｂｌｅｆｉｌｔｅｒＢａｎｋｓ
引言
豳于水下声通信链路的开放式特征，使得水声信息容易被敌方的接收设备截获或干扰设备干扰。相比于传统的ＭＦＳＫ霹ＭＰＳＫ数字调翻熬瀵技蠢魏鬏技本其有抗郝分频带干扰，低截获率，多址组网，抗衰落，提高处理增益，易与窄带通信系统兼容的特点Ｈ１，因此跳频技术在水下声通信孛寅餐缀大痘焉嚣景。
跳频技术是近年来水下通信研究的热点，跳频技术在水下的＿陂用，主要集中在：码片自适应滤波和相位跟踪预测技术，蒸予ＦＨ／ＭＦＳＫ鳇拳下逶信和缓踺技术强，采矮毒＃稠关慢跳系统设计ｌ翦，跳频通信系统在浅水信道下的性熊，跳频系统的同步几个方面［４１。国内外的众多研究机构都在积极的对跳频技术在水下的应曩遴符婿究，其中阂癌厦门大学进行了基予跳频的水下抗多径研究和语音图像通信研究［５１，西托工业大学航海学院研究的基予跳频技术的水下通信，遥控设
收藕日期Ｉ２００６－１０－３１謦回日ｍＪ，２００％０３－０６
基垒暖目ｌ国家自然科学基金（６０５７２０９８）：西北工业大学研究生种子基金（７＿２００）
捧囊糠奔；王熬１９８０－），男，殃魏巍安入，研究嫩，研究方窳为承下通信技术，遴信信号巯壤；炙建蠢（１９４５．＞，雾，满穗长涉入，教授，簿导，ＩＥＥＥ麟安分会主席，研究方向为水下通信技术，信号与信息处理；尹玉缸（１９８１．），女，宁疑青铜峡人，硕士生，研究方向为信号与信息处理．备；美国海军实验室也在研究水下跳频技术的成用以及环境对魏频技零戆影嚷１４１，ＷＨＯＩ研究陡承下，ｌ、銎多耀途通信平台的多址低速通信也就采用ＦＨ／ＦＳＫ技术ｆ６１，可以看出跳频技术将会照广泛的应用在水下通信。．
兔了竞羧瘩下较恶劣的信道环境影嚷，要求零下跳频遴信调制解调系统的稳健性较高。因此在文中提出采用自适威跳频序列控制，跳频序列控制的可变滤波器组，周期图解调嘲，麸及多段线性调频信号嚣步等技术组残酶承声调频逶镑系统的方案，从而使盖水下通信系统可更有效的克服水下多径和部分频带干扰的影响，以实现水下信息准确，可靠的传输。ｌ遥信系统结梅和信道模型
水声跳频通信是将跳频技术用于水下声通信，其基本原理是将可用的水声信邋带宽分割成若干毗邻的予信道（频率闻隔），发送信号臣“颥率跳交图察”编褥，每陲一定时闭由跳频图案决定在哪个子信道发遴信息．
１。ｌ数学模型
刚礴Ｋ跳频信警的表达式式为
ｓ（ｆ）＝ｒｅ（ｔ）ｃｏｓ｛２ａ［ｆｔ＋以（ｆ）】Ｈ’张｝‘１）其中蘸ｉ－－ｏ，ｌ，２，３…弦１）；五为ｔ时刻跳频序列对应的频点。ＭＦＳＫ调制对应的频率鼻每个子信道鳇带宽箨分成，℃个频点矗讲，并且两频率两两正交，满足
?４５３?
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
《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。
******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)
基于MATLAB的直接序列扩频通信系统仿真 1.实验原理：直接序列扩频（DSSS）是直接利用具有高码率的扩频码系列采用各种调 制方式在发端与扩展信号的频谱，而在收端，用相同的扩频码序去进行解扩，把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。它是一种数字调制方法，具体说，就是将信源与一定的PN码（伪噪声码）进行摸二加。例如说在发射端将"1"用11000100110，而将"0"用00110010110去代替，这个过程就实现了扩频，而在接收机处只要把收到的序列是11000100110就恢复成"1"是00110010110就恢复成"0"，这就是解扩。这样信源速率就被提高了11倍，同时也使处理增益达到10DB以上，从而有效地提高了整机倍噪比。 1.1 直扩系统模型 直接序列扩频系统是将要发送的信息用伪随机码(PN码)扩展到一个很宽的频带上去，在接收端用与发送端相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信号。对干扰信号而言，与伪随机码不相关，在接收端被扩展，使落入信号通频带的干扰信号功率大大降低，从而提高了相关的输出信噪比，达到了抗干扰的目的。直扩系统一般采用频率调制或相位调制的方式来进行数据调制，在码分多址通信中，其调制多采用BPSK、DPSK、QPSK、MPSK等方式，本实验中采取BPSK方式。 直扩系统的组成如图1所示，与信源输出的信号a(t)是码元持续时间为Ta的信息流，伪随机码产生器产生伪随机码c(t)，每个伪随机码的码元宽度为Tc (Tc< 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 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 2.1基带系统传输模型及工作原理 基带系统传输模型如图1所示。 发送滤波器 传送信道 接收滤波器 {an} n(t) 图1 基带系统传输模型 1）系统总的传输特性为(w)()()()H GT w C w GR w ，n （t ）是信道中 的噪声。 2）基带系统的工作原理：信源是不经过调制解调的数字基带信号， 信源在发送端经过发送滤波器形成适合信道传输的码型，经过含有加 性噪声的有线信道后，在接收端通过接收滤波器的滤波去噪，由抽样 判决器进一步去噪恢复基带信号，从而完成基带信号的传输。 2.2 基带系统设计中的码间干扰及噪声干扰 码间干扰及噪声干扰将造成基带系统传输误码率的提升，影响基 带系统工作性能。 1）码间干扰及解决方案 a ) 码间干扰：由于基带信号受信道传输时延的影响，信号波形 将被延迟从而扩展到下一码元，形成码间干扰，造成系统误码。 b) 解决方案： ① 要求基带系统的传输函数H(ω)满足奈奎斯特第一准则： 2(),||i i H w Ts w Ts Ts ππ+ =≤∑ 不出现码间干扰的条件：当码元间隔T 的数字信号在某一理想低通 信道中传输时，若信号的传输速率位Rb=2fc （fc 为理想低通截止频 率），各码元的间隔T=1/2fc ，则此时在码元响应的最大值处将不 产生码间干扰。传输数字信号所要求的信道带宽应是该信号传输速 率的一半:BW=fc=Rb/2=1/2T ② 基带系统的系统函数H(ω)应具有升余弦滚降特性。 如图2所示:滚降系数：a=[(fc+fa)-fc]/fc 扩 频 通 信 及Matlab 仿 真 江西师范大学 物理与通信电子学院2009级通信工程（2）班姓名xxx 学号xxxxxxxx 目录 一、摘要 (3) 二、数字通信原理 (4) 三、衰落信道与抗衰落技术 (5) 四、多址通行 (6) 五、扩频通信原理 (6) 六、直接序列扩频通信 (8) 七、基于matlab的直接序列扩频仿真 (10) 八、结束语 (13) 九、参考书目 (14) 十、致谢 (15) 摘要 扩频通信即扩展频谱通信，它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信技术自50年代中期美国军方开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域，直到80年代初才被应用于民用通信领域。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，扩频技术现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。本文根据扩频通信的原理，利用MATALB对扩频通信中最常用的直扩通信系统进行了仿真。 数字通信原理： 1）所谓数字通信就是利用数字传输技术来进行的通信。它包括对模拟信号的编码和调制，传输媒介以及对数字信号的解调和解码。 2）典型的数字通信系统模型如图1-1： 图1-1 信源：信息的来源一般是模拟信号。 信源编码：模拟信号转变为数字信号； 信号压缩处理；信号的高效率编码。 信道编码：检错、纠错编码，提高信号抗干扰能力； 信息加密，防止信息被窃取。 调制变换：波形编码，信号调制，使基带信号适合在特定的 道中传输。 传输媒介：有线、无线信道，网络交互设备。 解调、信道译码、信源译码：对信号作上述处理相反对变换。 信宿：信息的最终传输目的地 衰落信道与抗衰落技术： 1）衰落信道的产生：无线通信是基于电磁波在空间中的传播来实现信息的传递的。无线信道的电波传播特性与电波传播的环境密切相关。电波环境主要包括：地形地貌、各种建筑物、气候气象、电磁干扰、移动体的运动速度和工作频段等。因此在实际应用中不可避免的产生衰落信道。 2）衰落信道主要包括：阴影衰落和多径衰落。 3）抗衰落技术主要包括：①空间分集技术 ②Rake接收方式 ③信道交织技术 ④多载波传输技术 ⑤信道均衡技术 ⑥扩频通信技术等等 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 扩频信号处理仿真技术 摘要 本文阐述了扩展信号处理过程的基本原理、主要性能指标及其工作特点，然后根据香农定理，利用MATLAB提供的可视化工具Simulink，建立了扩频通信系统仿真模型，详细讲述了各个模块的设计，并指出了仿真建模过程中所需注意的问题。通过建模深入理解MATLAB/Simulink基本建模仿真方法的实质性，掌握通信系统仿真的思维方法，增强系统建模和设计的自主能力和创造力。并根据给定的参数设置，仿真出结果，证明了所建仿真模型的正确性 Simulation Technology of spread-spectrum signal processing Abstract This article elaborated the spread spectrum communication technology's basic principle, the main performance index and the operating feature, then act according to the Shannon theorem, provides visualization tool Simulink using MATLAB, has established the wide frequency communications system simulation model, narrated in detail each module's design, and had pointed out in the simulation model must pay attention question. Through the modeling further understanding the substantive of this simulation based on MATLAB, master the methods of communication system simulation. Enhance the independent ability and creativity of system modeling and design, and according to a given set of parameters, and the simulation the results. Had proven constructs the simulation model the accuracy. 目录 1 绪论 (1) 1.1选题的背景 (1) 1.2选题的主要任务 (2) 2 扩频通信系统 (3) 2.1扩频通信的基本原理 (3) 2.2扩频通信的特点 (3) 2.2.1抗干扰性强 (3) 2.2.2 抗干扰性强 (4) 2.2.3 抗多径干扰 (4) 2.2.4 保密性好 (4) 3 线性调频扩频系统 (5) 通信系统的组成 1.2.1 通信系统的一般模型 实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。以基本的点对点通信为例，通信系统的组成（通常也称为一般模型）如图 1-1 所示。 图 1-1 通信系统的一 般模型 图中，信源（信息 源，也称发终端）的作 用是把待传输的消息转 换成原始电信号，如电 话系统中电话机可看成是信源。信源输出的信号称为基带信号。所谓基带信号是指没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是信号频谱从零频附近开始，具有低通形式，。根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号，相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。 发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式；对传输数字信号来说，发送设备又常常包含信源编码和信道编码等。 信道是指信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。 在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。 信宿（也称受信者或收终端）是将复原的原始电信号转换成相应的消息，如电话机将对方传来的电信号还原成了声音。 图 1-1 给出的是通信系统的一般模型，按照信道中所传信号的形式不同，可进一步具体化为模拟通信系统和数字通信系统。 1.2.2 模拟通信系统 我们把信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。模拟通信系统的组成可由一般通信系统模型略加改变而成，如图 l-2 所示。这里，一般通信系统模型中的发送设备和接收设备分别为调制器、解调器所代替。 对于模拟通信系统，它主要 包含两种重要变换。一是把连续 消息变换成电信号（发端信息源 完成）和把电信号恢复成最初的 连续消息（收端信宿完成）。由 信源输出的电信号（基带信号） 由于它具有频率较低的频谱分 量，一般不能直接作为传输信号而送到信道中去。因此，模拟通信系统里常有第二种变换，即将基带信号转换成其适合信道传输的信号，这一变换由调制器完成；在收端同样需经相反的变换，它由解调器完成。经过调制后的信号通常称为已调信号。已调信号有三个基本特性：一是携带有消息，二是适合在信道中传输，三是频谱具有带通形式，且中心频率远离零频。因而已调信号又常称为频带信号。 必须指出，从消息的发送到消息的恢复，事实上并非仅有以上两种变换，通常在一个通信系统里可能还有滤波、放大、天线辐射与接收、控制等过程。对信号传输而言，由于上面 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。 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) 重庆交通大学信息科学与工程学院综合性设计性实验报告 专业：通信工程专业11级 学号： 姓名： 实验所属课程：移动通信原理与应用 实验室(中心)：信息技术软件实验室 指导教师：李益才 2013年11月 一、题目 扩频通信系统仿真实验 二、仿真要求 扩频通信系统的多用户数据传输 ①传输的数据随机产生，要求采用频带传输（BPSK调制）； ②扩频码要求采用周期为63（或127）的m序列； ③仿真从基站发送数据到三个不同的用户，各不同用户分别进行数据接收； ④设计三种不同的功率延迟分布，从基站到达三个不同的用户分别经过多径衰落（路径数分别为2，3，4）； ⑤三个用户接收端分别解出各自的数据并与发送前的数据进行差错比较。三、仿真方案详细设计 整个实验主要通过matlab仿真，产生基带信号，产生M序列，并且进行BPSK调制以及扩频和解扩等，实现三个不同用户不同径的数量的多径衰落，最终得出误码率。 整个通信系统的总体框图如下： 扩频通信发射机设计 扩频通信接收机设计 由流程图可知，整个设计主要由发送端、信道和接收机组成。 其中发射端主要完成m序列的产生，随机0,1序列的产生。然后利用m序列对产生的随机序列进行扩频，然后再用cos(wt)对其进行调制。 信道主要模拟信号的多径传输，在这个信道中一共有三个用户的数据进行传输，用户一经过了2径衰落，用户二经过了3径衰落，用户三经过了4径衰落。 接收端接收到的信号是几路多径信号的加噪后的叠加，首先要完成信号的解扩，然后再解调，滤波，抽样判决最后分别与原始信号比较并统计误码率现对主要功能部分进行详细描述: 1.主程序流程图 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 % ch3example1A.m clear; f_p=2400; f_s=5000; R_p=3; R_s=25; % 设计要求指标 [n, fn]=buttord(f_p,f_s,R_p,R_s, 's'); % 计算阶数和截止频率 Wn=2*pi*fn; % 转换为角频率 [b,a]=butter(n, Wn, 's'); % 计算H(s) f=0:100:10000; % 计算频率点和频率范围 s=j*2*pi*f; % s=jw=j*2*pi*f H_s=polyval(b,s)./polyval(a,s); % 计算相应频率点处H(s)的值 figure(1); subplot(2,1,1); plot(f, 20*log10(abs(H_s))); % 幅频特性 axis([0 10000 -40 1]); xlabel('频率Hz');ylabel('幅度dB'); subplot(2,1,2); plot(f, angle(H_s)); % 相频特性 xlabel('频率Hz');ylabel('相角rad'); figure(2); freqs(b,a); % 也可用指令freqs直接画出H(s)的频率响应曲线。 % ch3example1B.m clear; f_p=2400; f_s=5000; R_p=3; R_s=25; % 设计要求指标 [n, fn]=ellipord(f_p,f_s,R_p,R_s,'s'); % 计算阶数和截止频率 Wn=2*pi*fn; % 转换为角频率 [b,a]=ellip(n,R_p,R_s,Wn,'s'); % 计算H(s) f=0:100:10000; % 计算频率点和频率范围 s=j*2*pi*f; % s=jw=j*2*pi*f H_s=polyval(b,s)./polyval(a,s); % 计算相应频率点处H(s)的值 figure(1); subplot(2,1,1); plot(f, 20*log10(abs(H_s))); % 幅频特性 axis([0 10000 -40 1]); xlabel('频率Hz');ylabel('幅度dB'); subplot(2,1,2); plot(f, angle(H_s)); % 相频特性 xlabel('频率Hz');ylabel('相角rad'); figure(2); freqs(b,a); % 也可用指令freqs直接画出H(s)的频率响应曲线。 % ch3example2A.m f_N=8000; % 采样率 f_p=2100; f_s=2500; R_p=3; R_s=25; % 设计要求指标 Ws=f_s/(f_N/2); Wp=f_p/(f_N/2); % 计算归一化频率 [n, Wn]=buttord(Wp,Ws,R_p,R_s); % 计算阶数和截止频率 [b,a]=butter(n, Wn); % 计算H(z) figure(1); freqz(b,a, 1000, 8000) % 作出H(z)的幅频相频图, freqz(b,a, 计算点数, 采样率) 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系统率先采用跳频模拟通信系统与数字通信系统的设计与仿真分析解析
跳频通信系统抗干扰性能分析
通信系统建模与仿真课程设计
扩频通信及matlab仿真
基于MATLAB的通信系统的设计与仿真
扩频通信系统仿真论文
通信系统的组成
通信原理 数字频带通信系统的设计与仿真分析分析
基于matlab的跳频通信系统的仿真
扩频通信系统仿真实验
2PSK通信系统设计与仿真
Matlab通信系统建模与仿真例题源代码-第三章
基于SIMULINK的通信系统仿真毕业设计
基于MATLAB的跳频通信系统仿真研究
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