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计算机与网络

基于ＭＡＴＬＡＢＩＩＪ３＝ＩＢ频通信系统仿宜

莱芜职业技术学院

山东大学

赵守彬

［摘要］跳频通信是目前常见的扩频通信方式，广泛应用于民用和军事领域。本文通过ＭＡＴＬＡＢ，对跳频通信的调频调制过程进行了仿真，分析了信号在跳频调制前后的变化。［关键词］跳频通信ｍａｔｌａｂ仿真１、引言

扩频通信具有很强的抗干扰能力和安全性，最早出现于军事的通信领域，近年来，扩频通信也广泛的应用于民用的领域。扩频通信主要包括直接序列扩频(ＤＳＳＳ)和跳频扩频(ＦＨＳＳ)两种方式。

２、扩频通信的工作原理及特点

在信息论中，带限波形信道的信道容量公式为【ｌｊ：Ｃ＝ｗｌ０９２(１＋ＳＮＲ)

这就是有名的山农公式，其中Ｃ为信道容量(数据传输的极限速

率)，Ｗ为信号带宽，ＳＮＲ为信噪比。

该公式说明，在传输速率不变的情况下，信噪比与信号带宽可以互换。可以提高信号带宽来降低对信噪比的要求，因此增强了抗干扰的能

力。扩频通信正是通过扩展信号带宽来换取抗干扰能力的提高

如上所述，扩频通信通过扩展信号带宽，换来了较强的抗干扰能力，这是扩频通信最大的特点。除此之外在信号频谱扩展的同时，其功率在整个扩展的频潜宽度内，也变得分散稀疏并接近均匀分布，这样就增加了第三方捕获侦查的难度。对于不知道同步扩频信号的第三方接受者而言，扩频信号如同埋没在噪声中一样难以检测。另外，扩频通信还有提高时间分辨率和多址接人等优点。因此扩频通信技术成为人们研究的一大热点。

扩频通信的一个重要参数是扩频增益，反映了系统抗干扰能力的强弱，是对信噪比改善程度的度量，定义为接收机相关器输出信噪比和输入信噪比之比吲，即

Ｇ＝ＳＮＲＪＳＮＲ。＝ＲｇＲｌ＝ＢｉＢ。Ｉ

其中：Ｒ。为扩频码的传输速率，Ｒ。为信息数据的传输速率，Ｂ。为扩频码的带宽，Ｂｄ为信息数据的带宽。

３、跳频通信系统

跳频就是用伪码序列构成跳频指令来控制频率合成器，并在多个

频率中进行选择的移频键控。所传递的信息码与伪随机序列模二相加(或波形相乘)构成跳频指令(即跳频图案)，并由它随机选择发送频率。跳频通信系统的简化框图如图１所示。发送端的信息码序列与伪随机序列经过调制后，按不同的跳频图案控制频率的合成。在接收端，接收到的信号与噪声经滤波后送至混频器。接收机的本振信号也是一频率跳变信号，跳变规律与发送端是相同的，两个合成器产生的频率相对应，

同步，就可使收发双方的跳频与频率合成器产生的跳变频率同步，经混频后，就可得到一个不变的中频信号，然后对此信号进行解调，就可恢复出发送的信息。而对干扰信号而言，由于不知道跳频频率的变化规面的中频通道，不能对跳频系统形成干扰，这样就达到了抗干扰的目发送端

接收端

图１跳频通信系统模型

万方数据

４、ｍａｔｌａｂ仿真

ＭＡＴＬＡＢ是一种数学应用软件，经过多年的发展，开发了包括通信系统在内的多个工具箱，成为目前科学研究和工程应用最广泛的软件之一。Ｓｉｍｕｌｉｎｋ是ＭＡＴＬＡＢ中的一种可视化仿真工具，只需单击和拖动鼠标操作就能完成仿真，它简单明了，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。另外，ＭＡＴＬａｂ提供了以矩阵运算为基础的程序语言，也可以通

过编写源程序结合图形绘制等功能对仿真结果显示。

本文利用一段跳频通信的一段源代码对跳频通信进行了简单仿真，分析了跳频前后信号的时域波形变化和频谱的变化。

程序主要由以下几步构成：首先通过ｒａｎｄ函数生成数据信号ｓｉｇｎａｌ和一个固定频率载波信号ｃａｒｒｉｅｒ，然后将两者进行ＢＰＳＫ调制，调制输出为ＢＰＳＫｍｏｄｕｌａｔｅｄｓｉｇｎａｌ。再通过ｓｔｉｔｃｈ函数产生一个频率随机变化的跳频载波ｓｐｒｅａｄ

ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ

ｓｉｇｎａｌ，在这里我们仅选用了６种(我们认

为６种跳变的频率就可以满足我们简单演示跳频的工作过程及效果的要求)变化的频率，跳频载波在这６个频率中随机变化。最后将ｓｐｒｅａｄ

ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ

ｓｉｇｎａｌ与ＢＰＳＫｍｏｄｕｌａｔｅｄ

ｓｉｇｎａｌ跳频调制，产生跳频扩频信号。

５、仿真结果

信号在跳频扩频调制前后的波形，利用ｍａｔｌａｂ仿真后如图２所示：Ｏｒｉｇｉｎａｌｂｉｔ

ｓｅｑｕｅｎｃｅ是随机产生的二进制序列作为待传输的数据

信号，经过ＢＰＳＫ调制后，得到ＢＰＳＫｍｏｄｕｌａｔｅｄｓｉｇｎａｌ，ｓｐｒｅａｄｓｉｇｎａｌｗｉｔｈ

６

ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ是随机产生的调频信号，由图可见共有六种频率，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ

ｈｏｐｐｅｄｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍ

ｓｉｇｎａｌ是跳频调制后的输出信号，由图可见，相对

于数据信号，带宽被展宽，频率成分增加，并且表现出随机性，因此对于

接收方而言，如果不知道频率跳变的规律是无法解调出原数据信号的。

ＯｒｉｇｉｎａｌＢｉｔＳｅｑｕｅｎｃｅ

１０—１

０

５００

１０００１５００

２０００２５００

３０００

ＢＰＳＫ

Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ

Ｓｉｇｎａｌ

１０—１

０

５００

１０００

１５００

２０００

２５００

３０００

ＳｐｒｅａｄＳｉｇｎａｌｗｉｔｈ

６ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ

０５００１０００１５００２０００２５００３０００

ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＨｏｐｐｅｄＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕｍ

Ｓｉｇｎａｌ

１０—１

０

５００

１０００１５００２０００

２５００

３０００

图２跳频通信信号

６、结束语

跳频通信因其抗干扰性，广泛应用于军事和民用领域。目前流行的蓝牙技术和无线局域网技术都有跳频技术的身影。本文通过ｍａｔｌａｂ对跳频通信系统发送端的调制进行了仿真，分析了跳频通信发送方的工作过程及其扩展频谱的原理。

参考文献

［１］曹雪虹，张宗橙．信息论与编码．北京邮电大学出版社，２００１．８２［２］徐平平，宋铁成等译数字通信电子工业出版社，２００８．５６２

但对应的频率有一频差，正好为接收机的中频。只要收发方的伪随机码

律，与本地的频率合成器产生的频率不相关，因此，不能进入混频器后的。