基于matlab的fhss通信系统设计的研究样本.doc
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1、通信专业课程设计二太原科技大学课 程 设 计(论 文)设计(论文)题目:基于MATLABFHSS通信系统设计研究姓 名 _学 号 _班 级_ 学 院 _指引教师 _ 月 日太原科技大学课程设计(论文)任务书学院(直属系):华科学院电子信息工程系 时间: 月 日学 生 姓 名指 导 教 师设计(论文)题目基于MATLABFHSS通信系统设计研究重要研究内容重要研究FHSS通信系统原理及基本工作过程,运用MATLAB中仿真系统实现FHSS系统仿真并能直观地显示FHSS通信过程。研究办法运用MATLAB中仿真系统实现FHSS系统仿真,从而直观地观测FHSS通信过程及系统性能。重要技术指标(或研究目的
2、) 规定FHSS通信系统要具备抗干扰、FHSS同步、误码率小等特性。教研室意见教研室主任(专业负责人)签字: 年 月 日 目 录摘 要II第1章 绪论- 1 -1.1扩频通信应用发展- 1 -1.2 FHSS通信- 1 -1.3 设计内容及构造- 1 -第2章 FHSS通信系统原理- 4 -2.1 FHSS通信概述- 1 -2.2 FHSS通信系统工作原理- 1 -2.2.1 FHSS通信系统数学模型- 1 -2.2.2 FHSS通信抗干扰方式- 1 -2.2.3 FHSS通信系统同步- 1 -第3章 FHSS通信系统仿真- 1 -3.1 FHSS通信系统仿真模型- 1 -3.2仿真成果及分析
3、- 1 -第4章 总结 - 1 -参照文献- 1 -附录- 1 -基于MATLABFHSS通信系统设计研究摘 要FHSS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、计算机无线数据传播和无线局域网等领域有着十分广泛应用。本文简介了FHSS系统基本工作过程,并运用MATLAB中仿真系统实现FHSS系统仿真并能直观地显示FHSS通信过程。还简介了系统设计办法与运营成果,通过仿真成果能直观地观测到FHSS通信系统性能,有助于研究FHSS通信系统。本设计针对FHSS通信系统技术指标规定,对FHSS通信技术进行了比较全面和进一步研究,设计了低误码率FHSS同步方案和抗干扰方案。因此本设计简介了
4、FHSS通信理论基本和FHSS系统原理及构成,进而对FHSS系统进行了进一步精心设计。其中重要设计了FHSS通信系统MATLAB仿真,其中涉及到PN码,频率合成器,BPSK调制解调等仿真系统。核心词:FHSS扩频,通信系统,跳频系统,仿真第1章 绪论1.1 扩频通信应用发展扩频通信,即扩展频谱通信技术(Spread Spectrum Communication),它基本特点是其传播信息所用信号带宽远不不大于信息自身带宽。除此以外,扩频通信还具备如下特性; 1、是一种数字传播方式;2、带宽展宽是运用与被传信息无关函数(扩频函数)对被传信息进行调制实现; 3、在接受端使用相似扩频函数对扩频信号进行
5、有关解调,还原出被传信息。扩频技术由于其自身具备优良性能而得到广泛应用,到当前为止,其最重要两个应用领域仍是军事抗干扰通信和移动通信系统,而FHSS系统与直扩系统则分别是在这两个领域应用最多扩频方式。普通而言,FHSS系统重要在军事通信中对抗故意干扰,在卫星通信中也用于保密通信,而直扩系统则重要是一种民用技术。对FHSS系统分析,当前仍集中在其对抗各种干扰性能方面,如对抗某些边带干扰以及多频干扰等。而直扩系统,即DS-CDMA系统,在移动通信系统中应用则成为扩频技术主流。欧洲GSM原则和北美以CDMA技术为基本IS-95都在第二代移动通信系统(2G)应用中获得了巨大成功。而在当前所有建议第三代
6、移动通信系统(3G)原则中(除了EDGE)都采用了某种形式CDMA。因而CDMA技术成为当前扩频技术中研究最多对象。从扩频技术历史可以看出,每一次技术上大发展都是由巨大需求驱动。军事通信抗干扰驱动以及个人通信业务驱动使得扩频技术抗干扰性能和码分多址能力得到最大限度挖掘。展望将来,第四代移动通信系统(4G)驱动无疑会使扩频技术传播高速数据能力得到更大拓展。 3G设计目的重要是支持多媒体业务高速数据传播,因而其研究重要集中在新原则和新硬件开发。而对于3G后来发展,不同研究者有不同观点。1、最大灵活性,应当可以满足在任何时间和地点,通过任何设备都可以实现通信;2、减少成本,4G在实现比3G传播速率高
7、12个数量级同步,还应当使成本降为3G时1/10或1/100;3、个性化和综合化业务,不但仅是保证每个人都能通过一种终端进行通信,而要在人周边家庭、办公室以及热点地区建立一种通用信息环境,使每个人都可以依照需要以各种方式获得信息。 衡量扩频系统重要指标是扩频增益,在一定传播带宽下,要提高有效数据传播速率就要减少扩频增益,而扩频增益下降也意味着扩频系统性能减少,因而要提高传播数据速率,并且不减少扩频系统性能(即保证一定扩频增益),就只有提高传播带宽。超宽带(UWB)技术可以看作是一种将传播带宽极大扩展以获得高数据传播速率扩频技术。UWB作为一种短距离通信技术在将来无线通信系统实现中扮演着重要角色
8、。1.2 FHSS通信 FHSS,跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum)在同步、且同步状况下,接受两端以特定型式窄频载波来传送讯号,对于一种非特定接受器,FHSS所产生跳动讯号对它而言,也只算是脉冲噪声。FHSS所展开讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many非重复频道,并且这些跳频讯号必要遵守FCC规定,使用75个以上跳频讯号、且跳频至下一种频率最大时间间隔(Dwell Time)为400ms。所谓FHSS,比较确切意思是:用一定码序列进行选取多频率频移键控。也就是说,用扩频码序列去进行频移键控调制,使载波频率不断地跳变,因此称为FHSS。简
9、朴频移键控如2FSK,只有两个频率,分别代表传号和空号。而FHSS系统则有几种、几十个、甚至上千个频率、由所传信息与扩频码组合去进行选取控制,不断跳变。下图1.1为FHSS原理示意图。发端信息码序列与扩频码序列组合后来按照不同码字去控制频率合成器。图1.1 FHSS原理图跳频图案伪随机性和跳频图案密钥量使FHSS系统具备保密性。虽然是模仿话音FHSS通信,只要另一方不懂得所使用跳频图案就具备一定保密能力。当跳频图案密钥足够大时,具备抗截获能力。由于载波频率是跳变,具备抗单频及某些带宽干扰能力。当跳变频率数目足够多时,跳频带宽足够宽时,其抗干扰能力是很强。这也是它能在WLAN系统中得到广泛使用因
10、素。运用载波频率迅速跳变,具备频率分集作用,从而使系统具备抗多径衰落能力。条件是跳变频率间隔具要不不大于有关带宽。运用跳频图案正交性可构成跳频码分多址系统,共享频谱资源,并具备承受过载能力。 FHSS系统为瞬时窄带系统,能与既有窄带系统兼容通信。即当FHSS系统处在某一固定载频时,可与既有定频窄带系统建立通信。此外,FHSS系统对模仿信源和数字信源均合用。1.3 设计内容及构造本设计重要研究设计FHSS通信系统,设计规定FHSS通信系统要具备抗干扰、FHSS同步、误码率小等特性。对FHSS系统来说,抗干扰技术是FHSS通信系统中核心技术。它增强了FHSS通信系统在恶劣状况下使用能力,实现了保密
11、通信,在增强信号解决能力上也起到了积极增进作用。论文构造涉及:FHSS简介、FHSS通信系统原理、FHSS通信系统仿真和仿真成果及分析等模块。第2章 FHSS通信系统原理2.1 FHSS通信概述 定频通信系统容易暴露目的且易于被截获,这时,采用FHSS通信就比较隐蔽也难以被截获。由于FHSS通信是“打一枪换一种地方”游击通信方略、从而不易发现通信使用频率,一旦被对方发现,通信频率也已经“转移”到此外一种频率上了。当对方摸不清“转移规律”时,就很难截获我方通信内容。 因而,FHSS通信具备抗干扰、抗截获能力,并能作到频谱资源共享。因此在当代通信中FHSS通信已显示出巨大优越性。 FHSS通信系统
12、和其她通信系统同样,也是分为信号编码、调制和放大等过程发送端。另一端就是信号接受、放大、解调得到有用信息。完毕一次FHSS通信就要分以上两步进行。 在发送端,被传送信号通过调制器相应调制,便获得载波频率固定已调波信号,再与频率合成器输出主载波频率信号进行混频,其输出已调波信号载波频率达到射频通带规定,通过高通滤波器后反馈至天线发射出去。FHSS系统频率合成器输出载波信号频率是受跳频指令(伪随机序列)控制。在时钟作用下,跳频指令发生器不断地发出控制指令,频率合成器不断地变化其输出载波频率。因而,混频器输出已调波载波频率也将随着指令不断地跳变,从而经高通滤波器和天线发送出去就是跳频信号。收信机普通
13、采用超外差式接受机,使接受到信号比接受端频率合成器输出信号低一种中频,然后该接受信号与频率合成器输出信号进行混频从而实现解扩,输出一种固定中频信号。之后经中频带通滤波器滤波后,把不需要干扰抑制掉,经解调器把传送信息恢复出来。FHSS系统构成框图如图2.1所示。 图2.1 系统构成框图 跳频码发生器是产生伪随机序列某些,用它产生伪随机序列去控制频率合成器来产生咱们所需要频率。此外系统尚有编码、调制、解调等构成某些。2.2 FHSS通信系统工作原理 2.2.1 FHSS通信系统数学模型 FHSS通信是扩展频谱通信一种分支,是一种“多频、选码、频移键控”系统,即用伪码序列构成跳频指令来控制频率合成器
14、,并在各种频率中进行选取频移键控。具备“躲避”式抗干扰、易于解决远近问题、码分多址、频率分集等特点。 频率跳变系统重要由伪码发生器和频率合成器两某些构成。发射机在一种预定频率集中由伪码序列控制频率合成器使发射频率随机地由一种跳到另一种。接受机中频率合成器也按相似顺序跳变,产生一种本振频率,经混频后,送到解调器解调出传送信息。图2.2是FHSS系统有关解决数学模型: 图2.2 FHSS信号有关解决 设 为发送跳频信号 (2-1)其中:, 为输出FH信号(令振幅A=1),为FHSS合成器跳变间隔,每跳持续时间为T,普通取, 是待传送数字信息流,为初相 。在信道中与其他地址信号 ,噪声以及千扰组合后
15、进入接受机信号为: (2-2)其中:为发射端有用信号:是其他地址信号(),进 入 接受机与本地信号相乘后得: (2-3)式中:为本地频率合成器中心频率,与差一种中频。假设收发两端跳频序列同步,将式(2-1)代入(2-3)得: (2-4)式中中频是:是本地跳频信号初相。式(2-4)中每次跳变使混频器输出一种固定中频,经中频滤波器后得到有用信号分量为: (2-5)将式(2-5)中信号送入解调器中,即可解调出信息。而其他地址跳频信号、干扰信号、噪声不能在每次跳频时隙内都与本地输出信号混频成固定中频。这样,相乘后就落在中频带通滤波器通带之外,自然就不会对有用信号解调发生影响。2.2.2 FHSS通信抗
16、干扰方式通信收、发双方跳频图案是事先商定好,或者是由发方告知收方。这个跳频图案是另一方所不懂得。另一方若想于扰FHSS通信,有几种方略可供选取,举其二为例阐明:干扰方式1,在某一种频率上施放长时间大功率干扰,即单频干扰。 干扰方式2,在不同步间内在不同频率上施放大功率干扰。 这些干扰方式和FHSS通信关系正像二人对奕时互相“出子”同样,当双方“布子”落在时一频域棋盘内同一小格时,则干扰有效。因而,跟踪跳频图案施放干扰方略就是最佳干扰FHSS通信方略了。 当代电子战中,通信方采用跳频技术来分散干扰影响,干扰方则想截获通信方信号以减少于扰盲目性,并尽量作到有放矢,这就是跟踪式干扰方略。跟踪式干扰有
17、效干扰是有条件,这个条件除功率因素外,还应当满足干扰椭圆规定,如图2.3所示。 图2.3 转发干扰图中通信方为收、发信机,干扰机用来对通信信号进行侦听、解决,然后以同样载波频率施放干扰。为了有效地干扰跳频系统,在通信频率跳到新频率之前,干扰机必要完毕从侦听到施放干扰全过程。 FHSS系统特点,在很大限度上取决于它扩展频谱机理。FHSS扩展频谱在机理上与直接序列扩展频谱大不相似。每一跳频驻留时间瞬时所占信道带宽是窄带频谱,依照跳频图案随时间变化,这些瞬时窄带频谱在一种很宽频带内跳变,形成一种跳频带宽。由于跳频速率不久,从而在宏观上实现了频谱扩展。图2.4所示是由频谱仪上观测到跳频信号频谱。 图2
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