基于MATLAB的跳頻擴頻通信系統(tǒng)的仿真研究

楊傳山

摘 要：隨著我國科技的日新月異，隨之而來就產生了很多新型的通信方式，如擴展頻譜通信就是其中一種，對于跳頻通信，它則是擴展頻譜通信當中的一種，對于跳頻方面的通信、擴展頻譜方面的通信、自適應方面的通信、高速數(shù)字方面的通信數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等，它們是被稱為“九零年代的通信技術” [1]，并且，在當時也是發(fā)展非常火熱的通信技術。由于跳頻通信具有其他通信技術無法比擬的優(yōu)勢，如它的抗干擾能力是非常強的，因此，在軍事上面是在廣泛的應用跳頻通信技術的。

關鍵詞：擴展頻譜通信；跳頻通信；Matlab

中圖分類號：TN914.43 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）11（a）-0000-00

1 對跳頻通信進行數(shù)學模型建立及對系統(tǒng)原理進行描述

對于跳頻擴頻通信，它的基本理論依據(jù)主要是根據(jù)信息論中的Shannon公式來的[4]，下式為它的具體公式描述：

c Blb（1 P / N）

在上式中，對于參數(shù)c、B、P及N，它們所代表的含義分別如下。其中，N，表示為噪聲功率；c，代表系統(tǒng)的信道容量（bits/s）；P，表示為信號的平均功率；對于B，則表示為系統(tǒng)的信道帶寬（Hz）。通過上式可以很明確、很清晰的知道，當滿足一定條件（如在一定的信道容量之條件下），可以采用增加信道帶寬的辦法、或者通過減少發(fā)送信號功率的辦法等，來對信道的帶寬進行減少、或者采取一定的方式來對信道的容量進行提高，這樣就能夠增加發(fā)送信號方面的功率，更進一步，使得信道的容量發(fā)生變化，并且不斷的得到提高 [5]。

對于跳頻系統(tǒng)，由于它的載波頻率是在不斷發(fā)生變化的，如果想要在接收機中對載波相位進行跟蹤，很明顯，要實現(xiàn)該種情況是比較困難的，所以，在一般情況之下，我們是選擇可非相干解調方式作為跳頻擴頻通信系統(tǒng)的調制方式，并且，該種調制方式所具有的優(yōu)勢是其它調制方式不能夠相比的，而頻移鍵控FSK調制則是經(jīng)常采用的方式。對于數(shù)據(jù)載波為a（t），以及數(shù)據(jù)速度Ra，對它們的取值分別為+1和-1，當進行移頻鍵控調制（即頻率偏差為Δf）后，它所輸出的等效低通信號為b（t）[6]，具體的表達式如下式1-1所示：

b（t） exp（ j2πa（t ）f ） （1-1）

在跳頻擴頻通信系統(tǒng)中，我們把偽隨機序列控制下的瞬時頻率定義為f（t）[7]，它會隨著時間的不斷改變，而對應的瞬時頻率f（t）的取值在頻率點fi，i=1，2，3，4…，N上也會發(fā)生改變[8]。那么，對于跳頻載波信號，它的等效低通信號C（t）如下式：

c（t） exp（j2f （t）） （1-2）

對于跳頻擴頻通信系統(tǒng)，它主要是以跳頻載波來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)調制信號的頻率進行搬移的一個過程[9]，通過這樣一個過程，則跳頻擴頻通信系統(tǒng)所輸出的等效低頻信號d（t）如下式1-3所示；

d（t） b（t）c （t）

exp（j2（a（t）f f （t））） （1-3）

在跳頻擴頻系統(tǒng)的接收端，采用同步偽隨機碼控制的頻率、以及偽隨機變化的載波和接收信號作為混頻，在這樣的條件下，所得到的系統(tǒng)輸出信號為bxj，它的表達式如下式1-4所示： bsj （d（t） N（t） I（t））c （t）

exp（2 ja（t）f ） （N （t）

I（t））exp（ j2f （t）） ， （1-4）

對于上式1-4，它的參數(shù)N（t）、I（t）所代表的含義如下：N（t），它表示噪聲；I（t），它則表示干擾信號。通過采用同步跳變的本地恢復載波來實現(xiàn)對接收信號進行混頻后，在這樣的情況下，就能得到解跳后的寬帶干擾信號、窄帶信號b（t）、以及信號噪聲等。

2 跳頻的主要技術指標及關鍵技術

對于一個跳頻擴頻通信系統(tǒng)而言，它所包括的技術指標主要有：①跳頻頻率的數(shù)目；②跳頻的帶寬；③跳頻碼的周期；④跳頻的速率；⑤跳頻系統(tǒng)的同步時間。對于這些技術指標，它們所代表的含義分別如下：①跳頻頻率的數(shù)目。在一般情況下，通過對跳頻信號的處理增益 ，這樣就能夠得到相等的跳頻點數(shù)。②跳頻的帶寬。在通常情況之下，跳頻的帶寬是與抗部分頻帶的干擾能力存在一定關系的。③跳頻碼的周期。倘若跳頻圖案的延續(xù)時間越長，那么，這樣就會使敵方破譯變得更加的困難，因此，其抗截獲 的能力就越強。④跳頻的速率。顧名思義，就是指每秒鐘頻率跳變的次數(shù)，決定跳頻圖案延續(xù)時間的長度。⑤跳頻系統(tǒng)的同步時間。針對該同步時間的相關定義是非常多的，但這里主要是指對于跳頻圖案，要使其系統(tǒng)收發(fā)雙方的時間達到一致，即完全同步，并且，對于通信所需要的相關時間也要進行建立。

3 對系統(tǒng)進行仿真模型的建立

3.1 對Simulink仿真工具進行概述

在本論文的研究過程中，采用的仿真工具是基于MATLAB提供的仿真平臺Simulink。另外，采用Simulink仿真平臺來建模是很方便的，它所帶有的軟件包是能夠對相關的數(shù)據(jù)進行仿真、進行分析的，是一個動態(tài)系統(tǒng)。它能夠支持的系統(tǒng)也是非常多的，如連續(xù)系統(tǒng)、線性系統(tǒng)等。

3.2 模型建立

在基于Simulink仿真軟件的基礎上面建立起來的跳頻擴頻通信系統(tǒng)仿真模型，通常情況之下，它能夠對跳頻擴頻通信系統(tǒng)的整個工作過程進行實時監(jiān)控及反映相關的問題，對于系統(tǒng)擴頻前后的頻譜，通過該仿真軟件能夠實時的觀測。

4 對仿真結果進行分析

為了更加準確、更加合理的得到本論文研究的跳頻擴頻通信系統(tǒng)的仿真精確結果，所設定的相關仿真條件如下：對于所采用的跳頻載頻，它是采用偽隨機整數(shù)方面的信號控制系統(tǒng)來進行實現(xiàn)的；對跳頻點數(shù)設定為64個；對于跳頻的頻率間隔，是把它設定為50跳/秒；數(shù)據(jù)調制采用FSK，并且頻率的間隔為200HZ；對于每個符號，它的采樣點數(shù)為120。我們把本次系統(tǒng)仿真實驗的時間設定為1000s。

5 結束語

本論文首先對跳頻擴頻通信系統(tǒng)的數(shù)學建模進行了簡單介紹，然后對跳頻通信的系統(tǒng)工作原理進行了概述，對跳頻的主要技術指標及關鍵技術進行了介紹，接著，對Simulink仿真工具進行概述及對其進行相關模型的建立，最后，就是采用Simulink仿真軟件對跳頻擴頻通信系統(tǒng)進行模型的建立，并進行了仿真研究。在進行仿真實驗前，設定了相關的仿真條件，如跳頻點數(shù)、采樣點數(shù)、跳頻頻率間隔等相關條件，這樣設定的目的是為了保證仿真的實驗結果更加準確。

參考文獻

[1] 陳高平等.擴頻通信技術在CDMA中的應用[J].通信技術，2012，（07）：54-59.

[2] 劉素心.基于MATLAB的通信系統(tǒng)的實驗仿真設計[J].實驗室科學，2014，（06）：100-107.

[3] 曾興雯等.擴展頻譜通信及其多址技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004：62-67.