跳频通信系统设计及MATLAB仿真选题报告

1、 1文献综述 . -.1.- 1.1本课题 国外研究进展 . 1.- . 1.1.1高速短波跳频电台 . .-.2.- . 1.1.2基于组网中的跳频技术 . -.2.-. . 1.1.3TRC-160传负电台 . .-.2.-. . 1.1.4 CHAMELEONVHF 手持电台. -.2.-. 1.2本课题国内研究进展 . .3.- . 1.2.1跳频通信侦察技术的研究 . -.3.- . 1.2.2 TCR-15观短波自适应跳频电台 . -.3.-. 2课题背景及开展研究的意义 . -.4.- . 3.1研究方法 . -.5.-. . 3.1.1 跳频通信系统FH communicati

2、on system . -5.-. 3.1.2跳频通信系统组成 . .-.5.- . 3.1.3跳频通信系统的性能指标 . -.6.-. . 3.2研究内容, 3.3预期目的 4进度安排 . -.8.- . 参考文献 . .9.- . 指导教师意见 . -.1.0.- . -.7.-. -.7.-. 北京科技大学天津学院本科生毕业设计(选题报告) 1文献综述 扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication )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， 它是上世 纪40年代开展起来的一种技术，用来为战争环境下的军队提供可靠平安的

3、通信。 20世纪50年代，美国麻省理工学院研究成功 NOMA茸统(Noise Modulation and Correlation System)，成为了扩频通信研究开展的开端。时至今日，随着民用、 军用通信事业的开展，频带拥挤的矛盾日益突出。而信号处理技术、大规模集成 电路和计算机技术得开展，推动了扩频通信理论、方法、技术等各方面的研究发 展和应用普及。 扩频通信主要有以下几种方式：直接序列扩频(DS、跳频(FH、跳时(TH) 及混沌扩频等。由于跳频通信的抗截获、抗十扰能力强，保密性能好，在军事抗 十扰通信中得到广泛运用。20世纪70年代，第一台跳频收音机的诞生，标志着 跳频通信的开始。80

4、年代跳频主要用于世界各国的军事装备中, 人们认为，“广 泛使用跳频电台，是80年代VHF频段无线通信开展的主要特征，90年代，跳 频通信的应用拓展到民用领域。蓝牙跳频通信就是一个典型的例子， 可以广泛应 用于局域网络中各类数据及语音设备，如 PC拨号网络、笔记本电脑、打印机、 机、数码相机、移动 和高品质耳机等，蓝牙技术将上述设备连成一个微 微网(Piconet),从而实现各类设备之间随时随地进行通信。 文献3中采用了一种 基于时钟和地址的蓝牙跳频序列。由于引入跳频技术能够抗十扰，提高网络质量， 它在实际中的应用日益广泛。例如 MOTORO的GSM900备中，就使用了跳 频技术。 研究提高抗十

5、扰的方法，对保障军事通信的可靠性具有重要意，同时，随着 通信技术的广泛运用，跳频技术在民用领域也越来越受重视。因此，分析和研究 跳频通信系统及其仿真结果具有重要的现实意义。 1.1本课题国外研究进展 国外自六十年代起就对跳频体制的理论和技术进行了研究， 七十年代即研制 出实用的跳频电台，到了八十年代，跳频电台己成为世界各主要国家的重要通信 装备。随着调制技术、编码技术、微电子技术、特别是 DSFK术和计算机网络技 -1 -北京科技大学天津学院本科生毕业设计选题报告 -2 - 术的迅速开展，跳频技术在90年代乂有了新的开展，目前正向自适应、高速、变 速率和宽带的方向开展。 1.1.1高速短波跳频

6、电台 现在美国Sanders公司的CHESS!速短波跳频电台已经实现了 5000跳/秒 的跳频速率，最高数据数率可到达19200bps。此外，CHESSft频电台与一般的跳 频电台还有所不同，它以 DSP为根底，采用了差动跳频DFH歧术。通过现代 数字处理技术，CHESSB频电台较好解决了短波系统带宽有限导致数据速率低 的原因、信号问相互十扰、存在多径衰落等的问题。同时，它的瞬时信号带宽 很窄，对其它信号的影响很小。可以看到，实现更高跳速、更高数据速率的跳频 电台正是跳频通信系统的未来开展方向， 软件无线电的概念也已逐渐应用到新型 的跳频电台中。 1.1.2基于组网中的跳频技术 加拿大Lava

7、l大学提出了在光纤网络中应用快跳频技术。该系统利用Bragg 光栅替代传统跳频系统中的频率合成器，跳速到达 10G数量级。系统在30个用 户，比特误码率为10-9的条件下，数据速率为500Mb/s。与采用非相十DS/CDMA 技术的光纤网络相比，同时有相同数量的用户使用时， FFH/CDMA8统的比特误 码率明显优于DS/CDMAR统。 1.1.3 TRC-1600 背负电台 南非Grinel通信公司生产的TRC-160C#负电台是一种多速率慢、中、快 多波形抗十扰电台，该公司推出的另一种 TRC-160彭模式背负电台具有可变跳 频带宽5MHz 175MHz卿可变跳速4-33Hz SSB ,

8、70Hz FM/AM 功能，同时 还有智能AFC俏动频率控制、AGC自动增益控制等功能。 1.1.4 CHAMELEON频 VH叮持电台 瑞典Shadow术公司推出的SFH-4仰CHAMELEON VH厅持电台有3个跳 频速率分别为12.5. 20. 50 跳/秒,且跳速在任何频率上的驻留时间都很短。 现有扫描器还很难锁定这样的信号，因此其防窃听、抗十扰能力更强。 1.2本课题国内研究进展 国内对跳频通信的研究起步较晚，早期的跳频技术还是运用国外的先进技 术，但是，研究人员还北京科技大学天津学院本科生毕业设计选题报告 -3 - 是提出了一些对跳频信号检测的方法， 主要有自适应多信 道检测技术、

9、压缩接收机检测技术、数字信道化技术、压缩信道化检侧技术、最 大相关处理法和复杂电磁环境下的检测技术等。 对跳频信号的侦察国内已有了一 定的研究根底。 1.2.1跳频通信侦察技术的研究 针对跳频信号的检测，我国利用侦察截获信号的时频变换得到的瀑布图对跳 频信号进行检测，收集跳频信号在不同频点上跳频信号段的频率、 出现时刻、结 束时刻、幅度等信息。在跳频网台信号的盲分选中，我国提出采用聚类循环分选 的方法在复杂的噪声环境下对多个跳频网台的混合信号进行分选， 但这种方法在 构造聚类的凝聚点比拟困难，并且误差较大，分选网台的数目受到限制，对大于 3个的跳频网台的混合信号进行分选时不能够正确分选。 而后

10、乂有引入测向与聚 类相结合的跳频网台的分选方法，较单纯依靠聚类的分选方法的分选结果有了比 较好的分选结果。 1.2.2 TCR-153型短波自适应跳频电台 我国研制的TCR-153短波自适应跳频电台，已到达了国际先进水平。该电 台为我国目前最先进的短波自适应跳频电台， 用于停车军总军、师之间固定台站 进行通信指挥或半固定台站进行通信指挥， 也可用于交通、石油等民用电台的通 信联络、数据交换。北京科技大学天津学院本科生毕业设计选题报告 -4 - 2课题背景及开展研究的意义 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

11、焦点， 抗十扰、抗 截获、抗衰落等性能的提高也成为跳频研究的开展方向。 同时，随着个人通信业 务和蜂窝移动通信的开展，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那么不受影响，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开展。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，可以使得链路间的十扰完全消除或根本消除， 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

12、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。北京科技大学天津学院本科生毕业设计选题报告 -5 - 3研究方法、内容及预期目的 3.1研究方法 本课题选用MATLA啾件作为跳频技术的仿真平台，利用其丰富的通信模块 库对跳频通信系统的信源、调制、信道、解调等根本局部进行建模。同时通过改 变模块的一些参数和设计方法，运用二进制相移键控方式进行调制和解调， 从而 获得直观的仿真波形，重点分析仿真结果中抗干扰、抗截获、抗衰落等跳频性能 指标，找出能提高性能的一些方法。 3.1.1 跳频通信系统FH communication system 跳频就是用伪随机码序列构成跳频指令来

13、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。发送端的信息码序列与 伪随机序歹0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 变规律与发送端的相同，两个合成器产生的频率相对应，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。 3.1.2跳频通信系统组

14、成 跳频通信系统主要由发送端和接收端两局部组成。 发送端局部包括：信源、数据调制器，频率合成器、跳频序列发生器、高通 滤波器以及发送端天线等。其原理框图如下： 图1跳频通信系统发送端原理框图北京科技大学天津学院本科生毕业设计选题报告 -6 - 接收端局部包括：高通滤波器、频率合成器、跳频序列发生器、带通滤波器、 同步电路、数据解调器、信宿以及接收端天线等。其原理框图如下： 图2跳频系统接收端原理框图 3.1.3跳频通信系统的性能指标 考察一个系统的跳频技术性能，应注意下歹0各项指标： 1、 跳频带宽； 2、 跳频频率的数目； 3、 跳频的速率； 4、 跳频码的长度周期; 5、 跳频系统的同步时

15、间。 一般说来，希望跳频带宽要宽，跳频的频率数目要多，跳频的速率要快，跳 频码的周期要长，跳频系统的同步时间要短。 跳频带宽的大小，与抗局部频带的干扰能力有关。跳频带宽越宽，系统抗宽 带干扰能力越强。 跳频频率的数目，与抗单频干扰及多频干扰的能力有关。跳变的频率数目越 多，抗单频、多频以及梳状干扰的能力越强。 跳频的速率，是指每秒钟频率跳变的次数，它与抗跟踪式干扰的能力有关。 跳速越快，抗跟踪式干扰的能力越强。 跳频码的长度，决定跳频图案延续时间的长度，这个指标与抗截获破译 的能力有关。跳频图案延续时间越长，敌方破译越困难，抗截获能力越强，跳频 码的周期可长达10年甚至更长。 跳箕中划发牛器4

16、 - *沮血法芯腭 卅诲波波器 的据神M器 北京科技大学天津学院本科生毕业设计选题报告 -7 - 跳频系统的同步时间，是指系统使收发双方的跳频图案完全同步并建立通信 所需要的时间。同步建立时间越短越好、越隐蔽越好。 3.2研究内容 (1) 充分理解跳频通信系统功能及原理，重点分析跳频通信系统的性能指 标，通过比拟及思考，到达提高跳频通信过程中抗十扰、抗截获等能力。 (2) 掌握并运用MATLAB通信系统的建模方法，并设计跳频通信系统仿真 模型进行仿真，通过对仿真结果及跳频图像的分析，得出相应的结论。 (3) 通过对跳频通信系统仿真模型的建立，改变一些模块及参数，得出不 同的仿真结果，分析比拟其

17、中的差异和优劣。 3.3预期目的 在熟练掌握跳频技术原理的根底上，设计跳频通信系统各局部模块，运用 MATLAEM所设计的系统进行数学模型的建立，在实际理论的根底上对仿真结果 进行认真的分析和研究，并不断改良缺乏或设计不合理的地方， 得到性能最优化 跳频通信系统，从而得出相应的结论。北京科技大学天津学院本科生毕业设计选题报告 -8 - 4进度安排 大四学年第1学期 第15-18周：查阅文献资料，并做一定量的外文资料翻译工 作，以了解扩频通信系统特别是跳频通信系统的开展、 运用及原理，以及其相关 的性能指标，准备选题报告。 大四学年第2学期 第1-2周：学习MATLAffi信系统建模的方法，掌握

18、扩频通信 系统的根本建模及相关模块的功能原理。针对跳频通信系统中所要运用的二进制 相移键控方式以及通信过程中的编码序列进行研究，选择适宜的编码序列。 大四学年第2学期第3-6周：通过分析跳频通信系统发送端和接收端模块的作 用和工作原理，设计出根本的系统框架结构，并设计出同步电路计数器局部。 大四学年第2学期第7-11周：在MATLAB境下对建立的跳频通信系统仿真模 型进行测试仿真，查找问题，并进行相关的修改和完善，提高系统的可行性。 大四学年第2学期 第12-13周：改变各种跳频性能参数设置，进行仿真比照和 系统性能的提升，得出最正确匹配参数及仿真方案，记录相关的仿真结果。 大四学年第2学期 第14-16周：进一步完善系统设计方案，掌握跳频通信系统 收发过程，并对跳频图案进行分析，着重研究其抗十扰性能和抗截获性能。 大四学年第2学期 第17周：完善论文，查漏补缺，做到科学严谨的遣词造句， 并对仿真结果进行针对性和可行性分析，得出最后的结论。 大四学年第2学期 第18周：准备论文辩论。北京科技大学天津学院本科生毕业设计(选题报告) -9 - 参考文献