跳时通信系统仿真完整版

1、*实践教学* 兰州理工大学计算机与通信学院2014年秋季学期 通信系统综合训练 题 目： 跳频通信系统的研究与仿真 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 摘要本次课程设计介绍了跳频通信系统的基本工作过程，从跳频系统的结构组成、工作原理、主要技术指标、跳频通信系统的解跳和解调等方面阐述了跳频通信基本原理。并利用Matlab中的Simulink仿真系统对跳频通信系统进行了仿真研究和理论分析。着重研究了其组成部分包括信号生成部分、发送部分、接收部分、判决部分、跳频子系统模块五个部分的工作方式及仿真设计并达到了预期结果。 关键词：跳频系统; 扩频通信; Matlab; Simulink

2、仿真目 录前言11. 跳 频21.1跳频通信系统简介及发展状况21.2 跳频通信系统的组成31.2.1 跳频发送端31.2.2 跳频接收端41.3 跳频通信系统关键技术52. 跳频通信理论基础62.1跳频信号及频率合成器的设计62.1.1伪随机码-m序列的产生62.1.2频率合成器设计72.2 跳频调制72.3跳频信号的解跳与解调82.3.1 跳频信号的解跳82.3.2 跳频信号的解调93. 跳频通信系统仿真113.1 Simulink 仿真介绍113.2 跳频通信系统仿真设计133.3 仿真流程图设计143.4 跳频系统模块设计仿真153.5 仿真各示波器的仿真结果193.6 系统抗干扰性能

3、分析22总结24参考文献2521前言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。扩频通信是现代通信技术的热点技术之一。扩频通信最初用于军事抗干扰通信，后来又在移动通信中得到广泛的应用。扩频通信信息传输系统，有利于提高系统的抗干扰性能，改善性噪比。扩频通信方式主要有：直接序列扩频，跳频扩频，线性调频。本次课设主要研究跳

4、频扩频，跳频扩频系统就是用伪随机码序列构成跳频指令来控制频率合成器，在多个频率中进行有选择的频移键控。MATLAB的Simulink动态仿真环境很强大，具有方便、直观、灵活的优点。MATLAB集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。在这个环境下，对所要求解的问题，用户只需简单地列出数学表达式，其结果便以人们十分熟悉的数值或图形方式显示出来。本文根据跳频扩频通信的原理，利用MATLAB提供的可视化仿真工具Simulink建立跳频扩频通信系统的仿真模型，研究扩频通信的特性，为研究以扩频通信为基础的现代通信提供理论依据。扩频通信主要有以下几种方式：直接序

5、列扩频、跳频扩频和线性调频。1. 跳 频1.1跳频通信系统简介及发展状况跳频通信是指传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式从实现通信技术来说跳频就是用伪随机码序列进行多频，选码，频移键控的通信方式即用伪随机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频移键，是一种码控载频跳变的通信系统。跳频指令由所传递的信息码与伪随机序列模二相加构成，其发送频率由跳频指令随机选择。调制器将发送端的信息码序列与伪随机序列调制，频率的合成由不同的跳频图案控制。在接收端，接收到的信号与噪声经滤波后送至混频器。接收机本振信号的跳变规律与发送端相同，而且也是一频率跳变信号，接收机的中频为两个

6、合成器产生的对应的频率的频差。要使收发双方的跳频与频率合成器产生的跳变频率同步，需要收发方的伪随机码同步。经混频后，得到一个不变的中频信号，将此中频信号进行解调，就可恢复出发送的信息。跳频通信的发展历程可概括为：40年代末理论先导，60年代研制攻关，70年代末产品问世，80年代逐步推广，90年代广泛应用，21世纪飞速发展。诚然，跳频通信是由电子对抗而首先应用于军事领域的。但是，它在民用通信的应用也越来越受到人们得密切关注。目前，跳频通信的理论和技术已经很成熟。目前，跳频通信在民用通信中的应用，在GSM 数字蜂窝系统中，跳频技术可以提高抗衰落、抗干扰能力。跳频技术对于静态或慢速移动的移动台具有很

7、好的抗衰落效果，而对于快速移动的移动台由于同一信道的两个连接的突发脉冲序列其位置差已足以使他们与瑞利变化不相关，因此跳频增益很小，这就是跳频所具有的频率分集。由于跳频是频率在不断的变化，频率的干扰是瞬时的，因此跳频具有干扰分集。蓝牙（Bluetooth）也采用跳频技术来抗工业干扰。GSM系统基地台工作在935MHz-960MHz，移动台工作在890MHz-915MHz，信道分配采用TDMA方式，每载波分为8个时隙，采用跳频技术实现分集接收，跳频速率为271Hops/s。蓝牙工作在ISM频段（工业、科学、医疗频段，在2.4GHz到2.48GHz之间），跳频速率为1600Hops/s，频带宽度为1

8、MHz，使用79个频率或者23个频率。1.2 跳频通信系统的组成 跳频通信系统主要由发送端和接收端两部分组成。在发送端，用信源产生的信息流去调制频率合成器产生的载频，得到射频信号，频率合成器产生的载频受伪随机码的控制，按一定规律跳变。在接收端，接收端接收到的信号经高通滤波后送至混频器，在混频器与本振信号相乘并经中频带通滤波后，得到一个不变的中频信号，经中频放大器放大后，送到信息解调器恢复出原信息信号。1.2.1 跳频发送端发送端包括：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。其原理框图如图1.1所示：图1.1 跳频通信系统发送端原理框图 信源输出的是双极性二进

9、制码，用频率合成器合成载波信号。跳频系统通过伪随机地改变发送载波频率，用跳变的频率来调制基带信号，得到载波频率不断变化的射频信号，然后发送到信道中。在传统的定频通信系统中，载波频率是固定的，因为发射机中的主振荡器的振荡频率是固定设置的。一般要求主振荡器的频率应能遵照控制指令而改变，这样是为了得到载波频率是跳变的跳频信号。这种产生跳频信号的装置叫跳频器。通常，跳频系统的频率合成器输出什么频率的载波信号是受跳频指令控制的，跳频器是由频率合成器和跳频指令发生器构成的。在时钟的作用下，频率合成器不断地改变其输出载波的频率，跳频指令发生器不断地发出控制指令。因此混频器输出的已调波的载波频率，也将随着指令

10、不断地跳变，从而经高通滤波器和天线发送出去，这就是跳频信号。跳频图案，就是跳频器输出的跳变的频率序列。跳频图案的产生取决于跳频指令。通常，跳频指令是利用伪随机发生器来产生的，或者由软件编程来产生此跳频指令。所以，跳频器是跳频系统的关键部件，更具体地说，是能产生伪随机性好的跳频指令发生器和频谱纯度好的快速切换的频率合成器。由跳频信号产生的过程可以看出，在原理上，不论是模拟的或数字的定频发送系统，只要加装上一个跳频器，就可变成一个跳频的发送系统。但是，信道机的通带宽度在实际系统中尚需考虑。1.2.2 跳频接收端 接收端部分包括：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

11、器、信宿以及接收端天线等。其原理框图如图1.2所示： 图1.2 跳频系统接收端原理框图定频信号的接收设备中，接收方法一般都采用超外差式，即接收机本地振荡器的频率与所接收的外来信号的载波频率产生频差，即相差一个中频。经过混频后，混频产生组合波频率成分和一个固定的中频信号。中频带通滤波器的滤波作用，将滤除组合波频率成分，而使带通中频信号进入解调器。所要传送给收端的信息即为解调器的输出。跳频信号的接收过程与定频相似。要求频率合成器的输出频率要比外来信号高出一个中频，是为了保证混频后获得带通中频信号。要求本地频率合成器输出的频率也随着外来信号的跳变规律而跳变，是因为外来的信号载波频率是跳变的，这样才能

12、通过混频获得一个固定的带通中颇信号。跳频器产生的跳频图案应当与所要求的高出一个中频，并且收、发跳频要求完全同步。所以，为了确定其跳频的起、止时刻，接收机中的跳频器还需受同步指令的控制。 可以看出，跳频系统的关键部件是跳频器，同时跳频系统的该心技术是跳频同步。相关器中进入的接收信号，与本地信号相乘，再经过滤波器，得到的信号送入同步系统进行判决。同步系统将调整本地伪码系统，直到滤波器输出接收信号为止。如果系统未同步，则滤波器输出的是噪声信号。1.3 跳频通信系统关键技术跳频系统的关键技术主要包括：频率合成器设计，跳频图案的设计，跳频同步的实现。1、频率合成器跳频频率合成技术是跳频通信的核心技术之一

13、。比如在跳频通信中，抗干扰能力与其跳频速率有着密切的关系，跳频速率越高，起抗干扰能力就越强，具有捷变宽带性能的频率合成器是决定跳速的关键部件之一。频率合成是指由一个基准频率源经过变换，处理后产生一系列离散频率技术。频率合成器能输出许多与基准频率源同样高稳定度和准确度的输出信号，且能短时间内从某一频率跳变到另一频率。目前频率合成主要有三种方法：即直接模拟合成法（DAS），锁相环合成法（PLL）和直接数字合成法（DDS）。本系统采用的是直接数字合成法（DDS），直接数字合成是最近几年迅速发展起来的一种新的频率合成方法，与其他频率合成方法相比，它的优点是：简单可靠、控制方便、相位连续、频率分辨率高、

14、频率转换速度快。2、跳频图案跳频图案用于控制载波频率随时间的变化规律，其性能对跳频系统的性能有重大影响。3、跳频同步在前面的跳频系统数学模型中，是假设接收端与发送端是同步的，在实际通信中要实现正确的信息传递他们必须相互同步，必须在相同的时刻使用相同的频率，要实现这一点必须通过同步系统，这是跳频系统的关键之一。同步性能的好坏对于整个通信系统性能有极大的影响，因此，要求同步系统具有较强的隐蔽性和可靠性，具有较高的同步概率较短的同步时间以及不存在明显的射频特征等特点。2. 跳频通信理论基础2.1跳频信号及频率合成器的设计2.1.1伪随机码-m序列的产生伪随机序列也称作伪码。它是具有近似伪随机序列（噪

15、声）的性质，而又能按一定规律（周期）产生和复制的序列。因为伪随机序列是只能产生而不能复制的，所以称其是“伪”的随机序列。常用的伪随机序列有m 序列、M 序列和R-S 序列。m 序列又叫做最大长度线性反馈移位寄存器序列，m 序列产生器的一般结构如图2-5 所示，其中1,2,3，n 是移位寄存器的编号，ak-i（i=1,2,3,n）是各移位寄存器的状态，ci 对应各移位寄存器的反馈系数，ci=1 表示该级移位寄存器参加反馈，ci=0 表示该级移位寄存器不参加反馈。图中c0 和cn 不能等于0，因为c0=1 意味着移位寄存器无反馈，而cn=0 意味着反馈移位寄存器要蜕化为n-1 或更少级的反馈移位寄

16、存器。图2.1反馈移位寄存器结构由图可见，第一级移位寄存器在下一时刻的状态是由相关移位寄存器在当前时刻的状态经反馈后共同决定的，即反馈系数为： (2.1) 这是一个线性递归函数。只有当输出序列的长度等于K=2n-1 才属于m 序列反馈移位寄存器。下面介绍m 序列的一些特点。任一m 序列的循环移位仍是一m 序列，m 序列与其本身循环移位而得到的序列模二相加仍是一m 序列。m 序列的优点是周期偶函数，周期为KTp，其中Tp 为m 序列的每位（比特）宽度，K 为m 序列的长度。自相关函数的主峰远大于其他部分，当K 很大和TP 很小的时候，自相关函数趋向于冲击函数，即近似于白噪声的自相关特性。m 序列

17、的有点是产生容易和自相关性特性优良，不足之处是当移位寄存器级数n 一定时，改变反馈连接方式能得到的不同m 序列数目N 比较少。N 可用以下公式计算： （2.2）这里(*)为欧拉函数。如果反馈逻辑中的运算含有乘法运算或其他逻辑运算，则称作非线性反馈逻辑。由非线性反馈逻辑和移位寄存器构成的序列发生器所能产生最大长度序列，就叫做最大长度非线性移位寄存器序列，或叫做M 序列，M 序列的最大长度是2n。图1.5 给出一个七级的M序列发生器的框图。可以看出，与线性反馈逻辑不同之处在于增加了“与门”运算，与门具有乘法性质。2.1.2频率合成器设计在跳频系统中，其核心部分是跳频控制器，简称跳频器，它的主要作用

18、是产生受伪码控制的随机跳变的载波频率。对跳频控制器的主要要求有：（1） 要求输出信号的频谱要纯，输出频率有很好的稳定度和准确度；（2） 跳频图案要多，频率跳变的随机性要强；（3） 要求频率转换速度要快，输出频率数要多。跳频控制器主要由频率合成器和伪码产生器组成。因此跳频器的关键是频率合成器。所谓频率合成器是以一个或少量的标准频率，导出多个或大量的输出频率。频率合成器通常可分为直接式频率合成器、间接式频率合成器及直接数字式频率合成器三类。2.2 跳频调制 根据数字调制信号中，在二进制时有振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）三种基本信号形式。其中FSK 是信息传输中使用得较早

19、的一种调制方式，它的优点是实现起来比较容易，抗噪声与抗衰减的性能比较好。在低速数据传输中得到广泛的应用，同时在跳频通信系统中也比较的实用。本次课设跳频通信系统采用2FSK调制方式。调制方式：M 进制的MFSK 调制一般的BFSK 信号具有如下形式（2 进制FSK）调制：m(t)=sin(w+dnrw)t) nTbt(n+1)Tb (2.3)其中 n 为整数， Tb 为数据持续时间，dn为独立的数据序列，分别以1/2 的概率取1和0，wrw 对应dn取1 和0 的频率。在二进制频移键控调制方式中，二进制数字信号“1”对应于载波频率f1 ,而“0”对应于载波频率f2 。信息码元的宽度记为Td ,则

20、2FSK调制信号的表达式如式(2.2)所示： (2.4) 其产生原理图如图1.3所示： 图2.2 2FSK产生框图时域波形如图1.4所示： S(t)t图2.3 2FSK信号波形 2.3跳频信号的解跳与解调 跳频信号的解跳与解调包括两个方面：首先是跳频信号的解跳（解扩），解跳后信号频率集中在窄带滤波器通带之内。接着是对解跳后的信号进行解调，得到发送的信息。在跳频系统中一般不采用相干解调器，因为在频率合成器中难以保证各个频率跳变信 号之间的相干性。所以跳频系统中的解调器不用锁相环路，而采用包络检波器。2.3.1 跳频信号的解跳跳频系统的接收机，应对发射信号进行相应的反变换。首先，为了完成解跳功能，

21、将每个接收到的跳频信号切普（Chip）变换到窄带滤波器的通带内。为了恢复发射端的原始信息流，需要再将已解跳的信号送到基带解调器。双通道“传号-空号”跳频接收机的原理框图如图2.4所示： 图2.4双通道传号/空号跳频接收机原理框图在二进制的FH发射机里，数据的传输采用2FSK时，是用发射某个频率(切普)表示“传号”，而发射另一个频率表示“空号”来实现的。对于每一个信息比特，无论只发一个切普，还是发多个切普(每个切普都一定是两个频率中的一个)，接收机应能判断两个频率中哪一个是有用信号。因此，接收机必须能够同时观测两个交替信道，或者先对一个取样，然后紧接着对另一个取样。2.3.2 跳频信号的解调在跳

22、频系统中，多采用非相干的包络检测器。典型的非相干跳频解调器如图2.5所示：图2.5非相干跳频解调器这个解调器适用于每比特信息多个频率切普的接收机，其中切普判决是根据顺序而来的每一对切普进行的。这个解调器设计成适合于“1”和“0”频道的顺序取样。也就是说，本地频率合成器把发射“1”所对应的频率插到接收机的积分清洗电路判决器中，而后紧跟着是一个与发射“0”对应的频率。每次交替都占用半个切普周期取样。3. 跳频通信系统仿真3.1 Simulink 仿真介绍 Simulink 是MATLAB软件的应用，是一个对动态系统进行建模、仿真和对仿真结果进行分析的一个软件包，是在MATLAB中建立系统方框图和基

23、于方框图的系统仿真环境。 本文中跳频通信系统的仿真工具选择MATLAB 提供的仿真平台Simulink。Simulink 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样速率的多速率系统。用Simulink 模块框图进行仿真和用Matlab 函数进行仿真有比较大的区别。在Aimulink 仿真中，框图中的每一个模块在每个时间步长上执行一次，也就是说，所有的模块在每一个时间步长上同时执行，这种仿真被称为时间流仿真；而在Matlab 仿真中，函数按照数据流的顺序依次执行，这就意味着处理的数据首先要经过一个运算阶，然后再激活下一个运算

24、阶，这种仿真被称为数据流仿真。Simulink 仿真软件主要有以下5 个特点：1、具有仿真与连接功能可以利用鼠标器在模型窗口上画出所需的控制系统模型，然后利用该软件提供的功能来对系统直接进行仿真，使得一个很复杂系统的输入变得相当容易。2、用方框图进行建模采用此结构画模型就像用笔和纸来画一样容易，其与普通的利用微分方程或是差分方程建模比具有直观、方便、活等优点。3、建模具有递阶结构用户在建模时可以从上到下或从下到上的结果建立模型，建完后可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看下一级的内容，从而，用户可以了解整个模型的细节。4、仿真方便用两种仿真方式，第一种是通过Simul

25、ation的菜单方式，直接点Simulation，然后在点Start 即可，非常方便、快捷。第二种是在MATLAB 命令窗口键入命令进行仿真也很简单，同时用户可以通过屏幕观察仿真结果。另外，若在仿真系统中采用一些画图模块如Scope 模块、GraphScope 模块等，那么直接点击模块就可观看仿真结果了。5、具有丰富的子模型库Simulink 包含sinks （ 输出方式）、source( 输入源) 、linear( 线性环节) 、connections(连接与接口)、extra（其他环节）等子模型库。而每个子模型库又包含许多功能块，同时用户也可以定制或创建所需模块。用户建模时可根据自己所需模

26、块从相应库中找的找到。3.2 跳频通信系统仿真设计根据前面对跳频通信基本原理的介绍，得到如图2-1 所示的跳频系统仿真原理框图，由于本文主要讨论的是跳频通信最为一种通信体制，因此在利用Simulink仿真工具搭建跳频通信系统仿真模型时假设收发双方的跳频码序列已经同步，亦即收发双方的跳频频率已经取得了同步图3.1所示：图3.1 系统仿真模型 在跳频通信系统仿真模型中,信号的处理过程为：（1） 由信源端生成准备传送的有用信号。（2） 由伪随机码序列控制2FSK部分，然后与有用信号进行相乘运算。伪随机码元控制2FSK部分 的载波的频率，在设计中使得载波的相位为零，进而可以实现信号的跳频通信。（3）

27、将经过跳频调制的信号，经过信道传输，叠加上信道噪声，加性高斯噪声为其信道噪声。（4） 接收信号，在接收端的相关器中进行相关处理，相关处理时要求发送端的随机码字与采用的伪随机码保持严格的同步，其中伪随机生成模块产生相应的伪随机码。（5） 相关器的输出结果利用计数器进行统计，然后完成比较，判决过程，恢复出原始信号。（6） 将恢复出的有用信号与其发送端的原始信号同时送入误码仪进行比较，计算出误码率。3.3 仿真流程图设计 Simulink在仿真的特定阶段，控制模块完成特定的功能，同时反复调用模型文件中的每个模块，如更新离散状态值、计算状态导数和计算输出等，为了中止仿真任务或者执行初始化，仿真的开始部

28、分以及结束部分还需要调用一些附加过程。Simulink进行一次仿真的完整流程图，如图3.2所示：图3.2仿真的工作流程图对于此仿真流程，先将模块初始化，再进入仿真环。在仿真环中，先计算出下次抽样时间用于可变模块的抽样时间，然后再计算最大步长输出、最大步长离散状态、导数及输出计算，在仿真环的最后进行零交点定位。其中，积分最小步长时间为导数、输出、再到导数的时间。最后，结束程序，完成所执行的任务。3.4 跳频系统模块设计仿真 利用Matlab 中的Simulink 对跳频通信系统进行模型建立，跳频扩展频谱通信系统的仿真框图如图3.3所示：图3.3跳频通信系统的仿真结构框图跳频通信系统，将其中的2F

29、SK调制部分，2FSK解调部分，跳频子系统分别进行封装，封装之后的跳频通信系统的仿真结构框图如图3.4所示：图3.4含有封装子系统的跳频通信系统的仿真结构框图各部分的详细结构和设计介绍如下： （1）信源模块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。在发射端，将信息数据经通常的信息调制后变为带宽Bm的调制信号，受伪随机码控制的可变频率合成器与本振合成发射载波频率，是发射机在带宽Bc内，不同的时间间隔T 0输出按伪随机码规律跳变

30、的不同载频的载波信号，形成跳频信号。信源仿真参数如图2.5 图3.5信源参数设置图（2）2FSK调制仿真模块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=6HZ；发送“0”所用的载波频率为f2=4HZ）。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），产生的信号即为跳频调制信号，然后把跳频调制信号经过信道发送过去。在本文中采用的是二进制频移键控（2FSK），2FSK 信号是由频率分别为f1 和f2 的两个载波对信号源进行频率上的控制而成的2FSK 信号产生的simulink 仿真模型如图3.6所示：图

31、3.6 2FSK调制子系统仿真结构框图（3）2FSK解调仿真模块由于本文跳频系统的仿真中没有考虑同步电路，因此接收端的本地跳频序列控制频率合成器产生跳变的频率直接由发射端连接过来参与解跳，与接收信号相乘后通过一个低通滤波器即完成了解跳。由于跳频频率不断跳变，发送与接收之间要保持相位相干是很困难的，因此采用2FSK 非相干解调在接收端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，也就是对其进行解跳，将得到跳频解调信号，如仿真结构框图中的跳频解调信号所示。接着，对其进行2FSK相干解调，两个带通滤波器将分别滤出频率为f1及f2 的信号，输出信号分别与相应的相干载波相乘，

32、然后提取出含有基带数字信息的低频信号，这一过程分别需要将其相应信号通过低通滤波器。仿真图如图3.7所示： 图3.7 2FSK解调子系统仿真结构框图（4）误码率统计模块通过对上下两支路的低频信号进行比较作出判决，从而完成解调信号的判决。该判决部分由比较器、常数发生器以及误码率计算部分组成。比较器将门限值与码元的相关峰值进行比较，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”。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

33、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跳频通信系统的误码率为0.14。（4） 跳频调制仿真模块此部分的作用是产生频率跟随伪随机码变化的载波，在本文仿真系统中，才用间接频率合成的方法来构造频率合成器，仿真中采用4 阶的m 序列作为跳频码，即跳频点数为15。m 序列生成器的各寄存器与对应的权值做加权求和，由该和值控制VCO 来产生跳频频率。在本次设计中，为

34、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。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。仿真如图3.8所示：图3.8跳频子系统仿真结构框图其中PN Sepuence Generator参数设置如

35、图3.9所示：图3.9PN Sepuence Generator参数设置图3.5 仿真各示波器的仿真结果 跳频通信系统仿真模型，进行Simulink模型仿真后，各示波器的结果显示分别如图3.10所示：图3.10示波器 scope仿真结果图 从示波器scope仿真结果图可以看出，第一个信号表示信源发送信号双极性二进制码，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，载波频率在伪码控制下不断随机跳变，产生跳频调制信号，发送信号经过调制后2FSK调制信号如图所示，相应的跳频解调信号也如示波器Scope所示，从图中还可知跳频调制信号和解调信号基本相似，存在一定的误码率。图3.11示

36、波器Scope1 仿真结果图 图3.11中，将发送信号和接收信号的示波器显示进行了对比，可以看出，发送信号和接收信号的波形相同，恢复的信号基本正确，误码率为0.14。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。 图3.12 scope3仿真结果图 图3.12中，示波器显示了m序列信号波形，即Simulink仿真模型中产生的跳频序列；同时显示了VCO的输入电压值和输出频率，简明易懂。由上图可知，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

37、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，就实现了简单的跳频通信。跳频通信系统仿真结果显示流程如图3.13所示：图3.13跳频通信系统源程序仿真波形的显示流程图 信源生成的信息序列，经2FSK调制，并受伪随机码控制，按一定规律跳变。接收端接收到的信号经高通滤波后送至混频器，在混频器与本振信号相乘并经中频带通滤波后，得到一个不变的中频信号，经中频放大器放大后，送到信息解调器恢复出原信息信号。其一系列仿真波形如上图3.11所示，图3.13给出其流程图。信息序列经过跳频传输，解跳判决

38、后恢复的信号，和原信息序列基本相同，但存在一定的误码，系统精确性有待改善。恢复的信息与原信息序列存在一定的误码，原因有三点：一是系统中叠加有噪声，二是各种滤波器的设计存在一定的缺陷使得滤波特性不理想，三是仿真图中有些部件的参数设置存在误差，所以在最终的判决恢复时，使得恢复序列存在一些误码。 3.6 系统抗干扰性能分析 跳频系统的抗干扰性原理，在接收端，通过由收端和发端频率合成器产生的频率同步的跳变频率对接受信号进行相关处理，将其恢复为一个中频信号，把干扰排斥在中频通带之外，从而实现对抗干扰。跳频系统是通过载频跳变来抗干扰的，对于分布于整个跳频带宽内的干扰，跳频通信无论跳到哪里，干扰都存在的，所以跳频系统无法抗拒干扰。在实际通信中，宽带噪声干扰既有客观的电磁环境造成，也有人为有意产生的，在跳频通信系