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目录1绪论 (1)1.1 研究的背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状和发展趋势 (3)1.3论文的主要研究内容 (6)2 通信系统基本原理 (7)2.1 2FSK调制解调的基本原理 (7)2.1.1 二进制频移键控调制器与解调器的原理 (7)2.1.2 2FSK信号的表达式和波形图 (7)2.1.3 2FSK信号的产生 (8)2.1.4 功率谱密度 (11)2.1.5 2FSK信号的带宽 (12)2.2扩频通信 (12)2.2.1 扩频通信的基本原理 (12)2.1.2 扩频通信的主要特点 (14)2.1.3 扩频通信的几种方式 (16)2.3 跳频通信 (17)2.3.1 基本原理 (17)2.3.2 关键技术 (18)2.3.3 跳频通信的特点 (20)2.3.4 跳频通信系统中的信号模型 (21)2.4 时分复用 (24)2.4.1 时分复用原理 (24)2.4.2 时分复用中的同步技术 (25)2.5 时分复用在跳频通信中的应用 (26)3 频率跳变时分复用通信系统的基本设计 (27)3.1 MATLAB语言与仿真环境介绍 (27)3.1.1 MATLAB简介 (27)3.1.2 MATLAB特点及应用领域 (28)3.2 频率跳变时分复用通信系统模型各部分介绍 (30)3.2.1 信号生成部分 (30)3.2.2 信号混频部分 (33)3.2.3 信号解跳部分 (37)4 仿真与实现 (41)结论 (44)致谢 (45)参考文献 (46)附录A：英文原文 (47)附录B：中文翻译 (51)附录C：程序代码 (54)摘要当今信息时代，如何有效的利用宝贵的频带资源，如何进行准确可靠的信息通信是通信领域中至关重要的问题，扩频通信正是在这种背景下迅速发展起来的。
跳频通信是一种扩频通信技术，跳频通信方式是指载波受一伪随机码的控制不断随机跳变的通信方式，它也可看成载波按照一定规律变化的多频频移键控。
基于短波跳频技术的无线电通信系统设计与实现无线电通信一直是信息传输领域的关键技术之一。
随着科技的不断进步和人们对通信需求的不断增加，短波跳频技术成为了无线电通信领域的热门话题。
本文将介绍基于短波跳频技术的无线电通信系统的设计与实现。
首先，我们需要了解短波跳频技术的基本原理。
短波跳频技术是一种通过在不同频率之间快速切换来传输信息的技术。
具体而言，发送方将要传输的信息按照一定的规则转换为不同频率的信号，然后以非连续的方式发送出去。
接收方在接收到信号后，按照相同的规则进行频率切换，最终将信号还原为原始的信息。
基于短波跳频技术的无线电通信系统的设计与实现需要考虑以下几个方面：1. 无线电通信系统的硬件设计：无线电通信系统的硬件设计包括发射机和接收机的设计。
发射机需要包括频率合成器、频率切换器、调制器等模块，以实现信号的短波跳频发送。
接收机则需要包括频率切换器、解调器、解码器等模块，以实现短波跳频信号的接收与处理。
2. 无线电通信系统的软件设计：无线电通信系统的软件设计包括跳频规则的设计和信号处理算法的实现。
跳频规则的设计需要考虑频率切换的顺序、频率间隔的选择等因素，以实现高效的数据传输。
信号处理算法的实现需要考虑信号的解调、解码等过程，以实现对接收信号的正确处理。
3. 系统性能优化：在设计和实现基于短波跳频技术的无线电通信系统时，需要对系统的性能进行优化。
优化的目标主要包括传输速率的提高、系统的抗干扰能力的增强等。
针对传输速率的提高，可以通过优化跳频规则来实现，如增加频率切换的次数、减小频率切换的间隔等。
针对系统的抗干扰能力的增强，可以采用差错编码和解码技术来提高系统的纠错能力和抗干扰能力。
4. 系统的实验验证与性能评估：在设计与实现完成后，需要对基于短波跳频技术的无线电通信系统进行实验验证与性能评估。
实验验证需要搭建相应的实验平台，测试系统的传输性能和抗干扰能力。
性能评估则需要进行定量的指标评估，如误码率、通信距离、传输速率等。
技术与市场技术应用２０１９年第２６卷第１１期小步进快跳频源设计杨 馨，丰春锦，宋庆华（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北石家庄０５００５１）摘 要：分析了通过一种采用ＤＤＳ和ＰＬＬ相结合的方案，实现超低相噪、小步进（最小为ＤＤＳ频率分辨率）、快速跳频（窄带ｎｓ量极、宽带ｕｓ量极）的高性能频率源的方案。
主要介绍了实现这种频率源的实施方案，同时形成了高性能频率源的系列化、模块化设计库。
关键词：锁相环；低相噪；ＤＤＳｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１９．１１．０５２& 引言频率源是现代电子系统的重要组成部分，在通信、雷达和导航等设备中有着广泛的应用，很多现代电子设备和系统的功能实现依赖于所用频率源的性能，所以高性能频率源的设计是现代通信技术中一个很重要的研究方向。
目前国内外频率源产品由于它的特殊性，很难形成系列化产品，为实现不同微波系统性能的最优化，通常频率源产品属于定制产品。
因此我们以Ｋｕ波段小型化小步进快跳频源为依托，形成系列化的频率源组成功能模块：多频段超低相噪频率源模块、ＤＤＳ小步进快跳源模块、混频滤波放大模块等复杂频率源产品的设计库。
以便减小后续产品的设计和研发成本和周期。
! 传统频率源方案与''?和344相结合方案对比目前频率合成技术主要有直接频率综合（ＤＳ）、锁相环频率综合（ＰＬＬ）、直接数字频率综合（ＤＤＳ）技术，及其组合技术。
它们都有各自的优缺点。
直接频率综合技术的典型工作原理是将高稳定度的晶体振荡器输出的信号通过谐波发生器产生梳状频谱信号，并用滤波器取出所需要的频率成分，再将它们进行组合混频滤波，经电子开关切换得到最终的跳频信号。
其优点是频率转换时间短；相位噪声低；输出信号频率较高。
缺点是频谱杂散较难抑制，随着跳频点数增加，硬件的复杂度呈指数关系增长，相应的体积和重量也较大。
锁相环频率综合技术的频率合成器可以输出较多的频率点数，频谱杂散分量较少，相位噪声也较低，硬件比较简单。
前言当今信息时代,如何有效的利用宝贵的频带资源,如何进行准确可靠的信息通信是通信领域中至关重要的问题。
扩频通信正是在这种背景下迅速发展起来的。
快调频通信是扩频通信的一种实现方式,在抗干扰和性方面,它是扩频通信中很好的通信方式。
在具体的实现上,跳频通信是一个用户的载波按某种跳频图案〔伪随机跳频序列在很宽的频带围随机的跳变。
由于频率跳变的不确定性,所以很好的实现了通信。
在本次毕业设计中,是用MATLAB实现快跳频通信系统的仿真。
MATLAB是一种功能强大的软件,在统计、信号处理、人工智能以及通信领域得到了广泛的应用。
在快跳频系统的设计中,主要用到SIMULINK和COMMUNICATION BLOCKS 两个工具箱。
在具体实现过程中,还要结合用MATLAB语言编写的程序实现整个过程的设计。
这篇论文共分五章：第一章是绪论部分,主要介绍一些扩频通信的发展、概念、理论和应用。
第二章重点介绍快跳频通信系统的性能分析,包括快跳频通信系统的模型、主要特点,快跳频图案设计和伪随机码的选择。
第三章着重介绍快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。
快跳频系统仿真模型各个部分的设计原理和设计思路。
第四章给出在快跳频系统实现中用到的源程序以及仿真的结果。
本篇论文的总结将放在第五章。
第一章绪论1．1 概述扩频通信,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。
摘要在科技的日益发展中，扩展频谱通信则是一种新型的通信方式。
跳频通信是扩展频谱通信中的一种，跳频通信和自适应通信、扩展频谱通信以及高速数字数据通信系统被称为“90年代的通信技术”。
由于扩展频谱通信、跳频通信极强的抗干扰能力和多址通信性能，使其在军事和民用上都得到越来越广泛的应用。
本文讲述了扩频通信的基本概念和跳频系统的主要特点。
跳频通信技术具有很强的抗干扰能力，所以跳频通信一直也是扩频通信技术研究中的一个重点。
在阐述跳频通信基本原理和实现方法的基础上，利用 Matlab 提供的可视化工具 Simulink 建立了跳频通信系统仿真模型，详细讲述了各模块的设计。
在给定仿真条件下，对该跳频通信系统在宽带噪声干扰工作机制下进行了仿真，得到了宽带噪声干扰下的误码率信噪比曲线。
结果表明，跳频通信系统的抗干扰能力优于传统的定频通信，在战术通信中有更高的可靠性。
【关键词】：扩展频谱通信跳频通信抗干扰误码率信噪比ABSTRACTIn the development of science and technology, the spread spectrum communication is a kind of new way to communicate. Frequency hopping communication is spread spectrum communication of frequency hopping communication and adaptive communication, spread spectrum communication and high speed digital data communication system known as "90’s communications technology". Due to the spread spectrum communication, frequency hopping communication strong anti-interference ability and multi-access communication performance, so that in the military and civilian up to get more and more widely. This paper introduced the spread spectrum communication of the basic concepts and frequency hopping system main characteristics.Frequency hopping communication technology has the very strong anti-jamming ability, so the frequency hopping communication has also spread spectrum communication technology in the study of a key. In this paper the frequency hopping communication basic principle and method, and on the basis of the use of Matlab provide visual tools Simulink established the frequency hopping communication system simulation model, the detailed design of each module in tells the story. In a given simulation conditions, the frequency hopping communication system in broadband noise under the working mechanism is simulated, and get the broadband noise ber under Signal to noise rate curve. The results show that the frequency hopping communication system of anti-interference ability is better than that of traditional fixed frequency communication in communications have higher tactics reliability.【Keywords】: spread spectrum communication; Frequency hopping communication; Anti-interference; The bit error rate; Signal to noise rate目录第一章绪论 (4)选题目的及意义 (4)跳频通信的应用和发展 (5)第二章跳频通信理论基础 (7)跳频系统的组成及数学模型 (7)跳频的主要技术指标 (9)跳频系统的关键技术 (10)跳频图案 (11)跳频信号的发送与接收 (16)跳频信号的同步 (16)第三章基于Matlab/Simulink的跳频系统仿真 (20)Simulink 仿真介绍 (20)跳频系统仿真模型 (22)跳频系统抗干扰性能分析 (32)第四章总结 (34)致谢 (35)参考文献 (36)第一章绪论第一节选题目的及意义在现代通信中常常会遇见的一个重要问题就是抗干扰问题。
快速跳频系统设计管理论文
摘要：介绍基于高性能、低成本的ML2724和DSP的2．4GHz快速跳频系统设计，探讨跳频信道的分配、跳频图案的设计，以及跳频同步问题，并给出了部分软件实现的流程图。
关键词：跳频技术扩频通信无线局域网ML2724DSP
2．4GHz是无线产品开发使用最为广泛的公用频段。
目前很热门的技术话题——无线局域网的802．11标准就是采用2．4GHz这段频段。
针对无线局域网，最大的争论便是其安全性和稳定性，国内外诸多文献指出：除了在无线局域网中采用更佳的密钥机制，应该广泛使用扩频和跳频等技术，增加其在无线信道上的稳定性和安全性。
比较无线局域网中采用直接序列扩频和跳频两种方式的性能，可以得出：在无线局域网中采用跳频方式更佳。
目前，对于跳频系统的设计通常采用CPLD+FPGA+DSP协同频率合成器实现，这样既增大了系统的体积，更导致系统的成本很高。
本文介绍了基于高性能、低成本的ML2724和DSP的2．4GHz快速跳频系统设计。
由于ML2724集成了可编程频率合成器、正交调制器和各种滤波器，并具有方便的控制接口，这样既可以减小体积，又可以降低成本；详细介绍了信道的分配和PN码的设计，以及跳频同步问题，并给出了部分软件实现的流程图。
图1
1ML2724简介
ML2724是MicroLinear公司的一款高性能的广泛应用于2．4GHz快速跳频通信系统的单片集成收发芯片，它集成了本振、抗镜像Ⅳ滤波器和基带低通滤波器、限幅器、数据判决器，并且自带了一个可编程控制的频率合成器，具有同步指示和与基带处理相接的各种端口。
它具有以下主要特点：
(1)能够完成2．4GHz通信系统的收发功能的集成单芯片；
(2)信道间隔为2．048MHz，具有80个信道；
(3)完全集成了所有的Ⅲ滤波器和数据滤波器；
(4)灵敏度为-90dBm；
(5)内部集成了完整的1．6GHz的频率合成器；
(6)作为FHSS发射，能够达到1600跳／秒；
(7)可以利用一个3线的接口可编程控制PLL；
(8)具有模拟接收信号强度指示(RSSl)；
(9)在2．4GHz时，传输距离10m～1000m，传输速度可达1．5Mbps；
(10)可以应用于TDD和TDMA通信系统中。
其内部原理框图如图1所示。
图2
2系统的组成原理与设计
2．1系统的组成原理
笔者设计的2．4GHz快速跳频系统的组成原理如图2所示。
系统主要由ML2724和DSP完成，该系统能达到1600跳／秒。
如果跳频图案为正交排列，本系统的跳频点数最大可以为80个，非正交排列则为40个，在跳频带宽范围内，跳频间隔为1．024MHz，中心频率为2．4GHz，跳频处理增益分别为16dB(正交)、16dB(非正交)；DSP完成基带信号的编解码处理、跳频同．步控制、收发控制，以及跳频同步信息的提取和语音编解码器的控制。
语音编码可以采用AMBE2000实现，也可以采用MC3518实现CVSD的语音编码。
下面将探讨跳频信道的分配、跳频图案的设计，以及跳频同步问题。
2．2跳频信道的设置
如果按ML2724内部的分频点规则，邻近频率间隔不重叠(非正交排列)，系统的跳频点数最多只能有40个频点，由于跳频点数太少不能满足系统抗干扰指标，所以本系统中采用了相邻频点间正交排列方式，如图3所示。
即允许发射频率的间隔重叠，间隔为1．024MHz，虽然正交排列与常规排列方式的系统带宽相同，但是跳频点数增加了一倍，跳频处理增益获得3dB的提高。
2．3跳频图案和序列的设计
由于受系统工作频点的限制，频点只能在80个(正交排列)的频点中伪随机地选取。
从跳频系统性能上讲，系统对跳频图案的产生和性能有如下要求：
(1)跳频图案的周期性应足够长，线性复杂度应足够大，以达到高保密度的性能和强的抗破译性；
(2)同一网内各用户间的跳频图案的互相关性能要好，跳频图案的自相关性
能也要良好，以减小因碰撞带来的信噪比损失；
(3)具有较好的随机性，使其不易被他方捕获和解密；
(4)各频点在频带内均匀分布，以增强抗干扰性能；
(5)跳频指令码的数量要多，可更换，以便多网使用，这样可进一步提高系统的抗截获性。
从国内外资料和研究来看，跳频图案的构造通常采用m序列、M序列、Gold 码和钟控码等产生。
这些码各有优缺点，其中钟控码性能最好且数量多；非线性码相关性能较好、编码复杂度高、难于破译，但结构复杂，挑选码比较困难；Gold 码数量多，周期长，具有三值互相关性；RS码相关性好，但周期短；M序列也属于非线形码，其数量虽多，但相关性差；m序列相关性能好，实现简单，但数量少。
综合各方面的因素，笔者采用了理论研究最完备、易于产生的m序列，并通过非线性变换的方法，增加序列的复杂度，并使其非线性化、具有优良的自相关和互相关性能。
A．Lempl和H．Greenberger于1974年提出了具有最佳汉明相关性能的跳频序列簇的构造模型，它是基于有限域GF(P)上的n级m序列发生器。
以发生器的众个相邻级(k≤n)与某个k项逐项模P相加后，去控制频率合成器，此模型称为L-G模型。
L-G模型中存在严重的频点滞留问题：每当在移位寄存器中出现n重XX…X，XεGF(P)，X≠0，输入到频率合成器的是连续n-k+1跳变的k重XX…X。
这样信号在某个频率上停留相当长的时间，很容易被非法接收机检测。
因此，在L-G模型上进行改进，采用了k个非相邻级缓解频点滞留问题，采用平滑替代算法[5]进行跳频图案的宽间隔处理。
定义频带F：
F={f1|0≤i≤N-1}
只要满足|fi+1-fi|≥d就称为宽间隔跳频点，反之称为窄点。
对于窄点有修正关系式：
PN（i+1）=[PN(i)+d]modN
其中，N为跳频频点数；d为跳频间隔；PN(i)为跳频码号。
这样对窄点通过修正处理后，在频域F上所确定的频率点就构成了所需要的宽间隔跳频图案集。
这种方法不需要构造对偶频点或者对偶频带，保证了伪码序列的随机性，又等于进行了第二次非线性变换，使伪码(m序列)的非线性化程度
和抗破译能力大大增强。
从而得到既满足宽间隔要求，又克服L-G模型缺点的宽间隔跳频图案，构造模型如图4所示。
这种跳频序列构造模型用FPGA或CPLD实现是不难的，但从系统成本出发，利用带ARM内核的DSP实现。
而跳频频率合成器当然就利用ML2724内部所集成的频率合成器。
2．4系统的同步问题考虑
跳频系统的同步是成功通信的前提条件。
如果没有同步，也就无法解调出信码，跳频系统的抗干扰也就无法发挥。
由于收发时钟的不一致性、跳频序列的启动时差、电波传播时延等因素，接收端启动的跳频序列与接收到的发送跳频序列开始总是不同步的。
因此，收端必须采用一定的技术措施迫使本地跳频序列与发端的跳频序列同步，这就是跳频码的捕获；在取得同步之后，噪声及一些外来因素的干扰还会迫使已取得的同步出现失锁现象，为此还应采取保持同步的技术，这就是同步跟踪。
跳频同步是系统初始同步、迟入网勤务同步和快速同步三者的有机结合。
初始同步是网内用户通过搜索初始同步信息而快速达到同步进入正常通信，是通信双方沟通的主要手段；勤务同步是迟于初始同步信息发送之后而处于搜索状态的用户，通过搜索网内用户数据流中插入的同步信息来及时加入网内通信，同时勤务信息也是同步保持及快速同步的保证。
同步的建立离不开同步信息。
本系统设计的同步信息内容包括相关码、标记、位同步、网号、频率表示号、TOD及其他信息。
通信开始时，接收机不断地搜索同步信息，当从四个循环频率中检测到两次同步信息，则认为抓到了同步，并根据相关码和标志，确定出通信的起始时刻；并后续地跳频点传送相同的位同步、网号、频率号信息。
为了增加抗干扰能力，采用择多判决。
最后，接收完TOD信息后，即可换算出对应的跳频图案，开始数据或数字话音信息的传输。
为了使电台有迟后入网和同步保持的功能，需在传输数据流中携带一定的同步信息(勤务同步)，以满足通信的要求。
迟入网同步中，如在此帧检测失败，则下帧继续搜索，直到抓住正确的勤务同步信息为止。
另外，利用每帧中的勤务同步信息可实现同步保持。
在每帧同步信息出现时，接收机在出现相关码、标记的跳频区域加大搜索窗口，利用收到的相关信息，调整发生偏移的跳频时钟，达到同步保持的目的。
3系统的软件设计
系统同步的软件设计主要考虑接收部分的初始同步捕获和同步处理。
接收同步处理由DSP协同ML2724共同完成，DSP(带ARM内核)从ML2724提取同步信息，经过相关运算，判断跳频是否达到同步。
获得初同步以后，数据交由DSP完成主要的同步处理过程。
系统接收同步过程的软件流程如图5所示。
在通信技术领域，扩、跳频技术以其低截获率、保密性好、抗干扰、抗衰落能力强、多址连接灵活、对窄带信号干扰小等特点，显示出其他传输体制无与伦比的优越性，广泛应用于雷达、导航、通信、遥控遥测等各个领域，尤其是在军事通信方面的成功应用，受到了各国军方的高度重视。
在民用方面，跳频技术也有广泛的应用，在频率资源日益紧张的现代无线通信中，跳频通信系统通过跳频调制伪码的优良的自、互相关特性，实现多址，增大系统容量。
本文所设计的2．4GHz快速跳频系统可以广泛应用在小局域无线通信系统，例如目前比较热门的无线局域网中，尤其可以采用无线局域网的组网方式，实现热点地区的无线覆盖。
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