慢跳频通信系统的仿真

慢跳频通信系统仿真

一、实验目的

班级：通信111502 姓名：史峻奇 学号：22

班级：通信111502 姓名：唐友田 学号：24 班级：通信111502 姓名：王春颖 学号：25 班级：通信111502 姓名：吴亚凤 学号：26

班级：通信111502 姓名：徐红军 学号：27

了解跳频扩频方式是使伪随机序列控制被数据调制的载波中心频率以一定的速率和顺序在一组频率中随机地跳动，接收端以相应的速度和顺序接收并解调。在跳频系统中，跳频频率的选择是用伪随机码来实现的，且跳频通信的几十个甚至上千个频率由所传信息与伪随机码的组合进行控制。由于系统的工作频率在不停的跳变，在每个频点上停留的时间仅为毫秒或微秒级。

二、慢跳频通信系统的实验原理

慢跳频通信系统（FFH）是一个用户的载波频率按某种跳频图案（伪随机调频序列）在很宽的频带范围内跳变的通信系统，如图1所示。信息信号经过波形调制（信息调制）后，送入载波调制。载波由跳变序列（伪随机序列）控制跳变频率合成器来产生，其频率随跳频序列的值的改变而改变，因此，载波首先被跳变序列调制，称作跳频调制。频率合成器受跳频序列控制，当跳频序列值改变一次时，则载波频率跳变一次。信号经过载波调制后形成跳频信号。

在发送端，跳频调制采用伪随机码序列和多进制频移键控相结合的方式，即在发端采用一个伪随机发生器产生一个伪随机序列，用它去控制频率合成器的输出频率，使之按伪随机方式从2n-1个频率的集合中选取发送频率，这样得到的信号就是跳频信号。

在接收端，为了解调出跳频信号，需要一组与发送端相同的本地伪随机序列发生器，去控制本地频率合成器，产生一列与发射信号差一个中频频率的跳频信号，其速率相同、

起止一致。这样，跳频信号在混频器中与接收信号差频出一个不跳变的中频解跳信号，在经中频窄带滤波器后，把不需要的干扰抑制掉，再由信息解调器恢复出有用的原始数据，从而实现了慢跳频通信。 信 源 信息调制 跳频调制 信 道 解 跳 信息解调 跳变频率合成器 跳变频率合成器 PN码发生器

PN码发生器 同 步 图1 慢跳频通信系统工作原理图

三、慢跳频通信系统的仿真

Simulink是MATLAB中的一个建立系统方框图和基于方框图级的系统仿真环境，使用Simulink可以更加方便地对系统进行可视化建模，并进行基于时间流的系统级仿真，并且仿真结果可以近乎“实时”地通过可视化模块，如示波器模块等显示出来，使得系统仿真工作大为方便。Simulink使得用户可以用鼠标操作将一系列可视化模块连接起来，避免了编写MATLAB仿真程序，简化了仿真建模过程。

在这次设计中，我是在首先设计好的2FSK的调制与解调基础上，再把设计的慢跳频子系统模块添加上去，经过进一步的调试，最终确定。慢跳频通信系统的仿真结构框图如图

2所示。

图2 慢跳频通信系统的仿真结构框图 图3 2FSK调制模块的仿真框图

在图2中可以看到，图3、4、5是其子系统模块。该慢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。 （一）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，如图6中发送信号部分所示。 （二）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），如图6中2FSK已调信号部分所示。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），产生的信号如图6中跳频调制信号部分所示，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。 （三）接收部分

在接收端首先进行解跳，即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，得到的是跳频解调信号，如图6中 跳频解调信号所示。接着进行2FSK的相干解调，仿真结构框图如图5所示。图中的两个带通滤波器分别滤出频率为f1及f2 的信号，它们的输出分别与相应的相干载波相乘，再分别经过低通滤波器提取出含有基带数字信息的低频信号。

（四）判决部分

对解调信号的判决，是通过对上下两支路的低频信号进行比较来作出判决的。该判决部分由常数发生器、一个比较器以及误码率计算部分构成。比较器将码元的相关峰值与门限值比较，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”。最后恢复的信号如图8所示。

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2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慢跳频通信系统的误码率为0.05。

（五）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。慢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，如图6和7所示。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。

图4 跳频子系统的仿真框图 图5 2FSK解调模块的仿真框图

四、结论

由图5可知，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，由图7可知，VCO的输入电压值在一秒内（也就是一个码元周期内）发生两次变化，对应的它所控制的VCO的输出频率在一秒内也发生两次变化（即频率的跳变速度为2h/s）。由于频率的跳变速度大于发送信号的信息速率，因而用这种跳变频率去调制、解调2FSK信号时，就实现了简单的慢跳频通信。

图6示波器显示的部分波形 图7示波器显示的部分波形

图8示波器显示的部分波形

图8示波器显示的部分波形

五、有待解决的问题

在接收端，经过解跳、相干解调后，进行判决恢复后的信号如图5所示。为便于比较分

析，在图5中把发送的原始信号和恢复的信号放在一起进行对比。由图可知，恢复的信号基本正确，误码率为0.05。当然，由于系统中叠加有噪声，各种滤波器的设计存在一定的缺陷使得滤波特性不理想，以及仿真图中有些部件的参数设置存在误差等原因，在最终的判决恢复时，使得恢复序列存在一些误码。这也是这次慢跳频通信系统仿真设计中需要进一步完善的地方。

五、有待解决的问题

在接收端，经过解跳、相干解调后，进行判决恢复后的信号如图5所示。为便于比较分

析，在图5中把发送的原始信号和恢复的信号放在一起进行对比。由图可知，恢复的信号基本正确，误码率为0.05。当然，由于系统中叠加有噪声，各种滤波器的设计存在一定的缺陷使得滤波特性不理想，以及仿真图中有些部件的参数设置存在误差等原因，在最终的判决恢复时，使得恢复序列存在一些误码。这也是这次慢跳频通信系统仿真设计中需要进一步完善的地方。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1va8.html