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1、沈阳理工大学学士学位论文I摘 要跳频通信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、计算机无线数据传输和无线局域网等领域有着十分广泛的应用，已成为当前短波保密通信的一个重要发展方向。本文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,并对跳频通信系统的抗干扰技术及其性能进行了仿真研究。本文从理论上分析了跳频通信系统的抗干扰性能，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，并以BPSK系统为例，利用Matlab仿真系统实现跳频系统的仿真，模拟一个64跳的跳频系统
2、的发送系统，分析仿真结果达到了预期的效果。关键词：跳频通信系统；BPSK；Matlab；仿真沈阳理工大学学士学位论文IIAbstractFrequency hopping communication system is a typical spread spectrum communication system, it is in military communications, mobile communications, computer, wireless data transmission and wireless local area network (LAN), and other
3、 fields has a very wide application, has become the current shortwave communication security is an important development direction. This paper introduces the basic working process of frequency hopping communication system, from the structure of the frequency hopping system composition, working princ
4、iple, main technical index, the solution of the frequency hopping communication system and demodulation etc. This paper expounds the basic principle of frequency hopping communication, and the anti-jamming technology of frequency hopping communication system and its performance has carried on the si
5、mulation research.This paper analyzed theoretically the anti-jamming performance of frequency hopping communication system, its components include signal generating parts, send, receive, a sentence, a frequency hopping subsystem module of five parts, and take the BPSK system as an example, the use o
6、f Matlab simulation system realization of frequency hopping system simulation, simulation of a 64 jump frequency hopping system send system, analysis the simulation results reach the expected effect.Key words: Frequency hopping communication system; BPSK; MATLAB; The simulation沈阳理工大学学士学位论文III目 录1 绪论
7、11.1 概述.11.2.1 跳频通信系统概述11.2.2 跳频技术的应用背景和发展趋势21.3 MATLAB 简介32 跳频系统的基本原理52.1 跳频系统概述.52.1.1 系统结构及信号传输过程52.1.2 跳频系统的概念52.2 跳频信号的发送和接收.62.2.1 跳频信号的发送62.2.2 跳频信号的接收82.3 跳频系统的扩频码序列和跳频图案的设计.112.3.1 伪随机码的特性112.3.2 跳频图案的设计113 跳频系统关键单元工作机理143.1 PN 码的产生.143.2 BPSK 调制机理173.1.1 BPSK 信号产生基本原理.173.1.2 BPSK 信号的功率谱密度
8、.184 跳频信号设计与仿真204.1 跳频信号设计方案.204.1.1 设计方案204.1.2 参数设置204.2 仿真源程序.214.3 仿真结果及分析.26结 论30致 谢31沈阳理工大学学士学位论文IV参考文献32附录 A 英文原文 34附录 B 中文翻译 38沈阳理工大学学士学位论文11 绪论绪论1.1 概述概述跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方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，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，“跳频”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信系统。从
9、时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号；从频域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的。其中：跳频控制器为核心部件，包括跳频图案产生、同步、自适应控制等功能；频合器在跳频控制器的控制下合成所需频率；数据终端包含对数据进行差错控制。 在广阔地域使用短波通信，都希望通信话路畅通和保密。然而他们常遇到窃听、电子对抗、 信道拥塞等问题。 常规短波电台用固定频率发射和接收， 因而无法避开窃听、人为干扰、信道阻塞。这些问题必须利用跳频技术才能彻底克服。本文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
10、基本原理,并对跳频通信系统的抗干扰技术及其性能进行了仿真研究和理论分析。1.2.1 跳频通信系统概述扩频通信，即扩展频谱通信与光纤通信、卫星通信，一般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年代发展起来的一种技术，用来为战争环境下的军队提供可靠安全的通信1。 20世纪50年代， 美国麻省理工学院研究成功NO MAC系统，成为了扩频通信研究发展的开端。时至今日，随着民用、军用通信事业的发展，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的发展，推动了扩频通信理论、方法、技术等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、跳频扩频和线性调
11、频。跳频就是用伪随机码序列构成跳频指令来控制频率合成器，可以看成载波频率不断变化的多频移频键控2。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。接沈阳理工大学学士学位论文2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。1.2.
12、2 跳频技术的应用背景和发展趋势跳频通信主要用于战术无线电通信和民用移动通信，其工作方式一般以语音为主，也可传输数据。 跳频通信具有良好的组网能力、 低截获概率及抗干扰性,跳频技术提高了军事装备的抗截获和抗干扰能力, 在军事领域得到了极大的发展,向通信对抗提出了严峻的挑战。开展跳频通信抗干扰技术的研究,寻求干扰跳频通信的方法,己成了当前通信对抗领域十分紧迫而困难的任务之一。随着跳频技术的不断发展，其应用也越来越广泛。在战术中，电台采用跳频技术可以提高通信抗干扰能力。早在70 年代，跳频系统的研究就开始了，现已开发的跳频的波段应用为：在VHF 波段(30300MHz）的低端3088MHz、UHF
13、波段(300MHz 以上）以及HF波段(1.530MHz)。跳频速率和数据数率，随着研究的不断深入，也越来越高，现在美国Sanders 公司的CHESS 高速短波跳频电台已经实现了5000跳/秒的跳频速率，最高数据数率可达到19200bps。此外，CHESS跳频电台以DSP 为基础，采用了差动跳频（DFH)技术，与一般的跳频电台有所不同。CHESS跳频电台，通过现代数字处理技术，较好地解决了多径衰落、短波系统带宽有限、信号间相互干扰等问题。同时，它的瞬时信号对其信号的影响很小，因为其带宽很窄。跳频电台可以实现更高跳速、更高数据速率，正是跳频通信系统的未来发展方向，新型的跳频电台也已逐渐应用软件
14、无线电这个概念。当前的军事通信中，短波自适应跳频电台已经占有了很重要的一部分。短波信道有许多固有特点，与VHF/UHF频段不同，例如，受天气变化、多径时延、幅度衰落等因素的影响，信道条件变化不可捉摸。但是短波通信的可靠性，随着各种新技术的出现，得到了技术上的保证，这些新技术中包括自适应跳频技术。它通过自动搜索无干扰或未被占用的跳频信道进行跳频，分析波段上的频率占用率，不仅降低了短波频谱大量占用的影响，也避免了自然干扰。它会根据需要有效的适应恶劣环境，自动地改变跳频序列。它在海湾战争中体现出了优越性，因此引起了各国的高度重视。远近效应，在现有的DS/CDMA 系统中是一个很大的问题。由于远近效应
15、只发生在大功率信号的某个频率上，当载波频率跳变到另一个频率时则不受影响，因此远近效应沈阳理工大学学士学位论文3在跳频系统中并不明显，这使得移动通信中易于应用和发展远近效应。在数字蜂窝移动通信系统中，如果链路间采用低互相关的跳频图案异步跳频，或者采用相互正交的跳频图案同步跳频，可以完全消除或基本消除链路间的干扰，对提高系统的容量具有重要意义。此外，跳频的频率分配具有很大的灵活性，是瞬时窄带系统，在现有频率资源比较缺乏的条件下，这一特性具有重要意义。在组网技术中，跳频的多址性能具有很重要的意义。加拿大Laval 大学，提出了将快跳频技术应用到光纤网络中。该系统将传统跳频系统中的频率合成器用Brag
16、g 光栅替代，跳速达到10G数量级。系统在比特误码率为10-9，30个用户的条件下，数据速率为500Mb/s。在具有相同数量的用户使用时，FFH/CDMA系统的比特误码率明显优于DS/CDMA 系统，与采用非相干DS/CDMA 技术的光纤网络相比。此外，跳频技术在GSM、室内无线通信、无线局域网、水下通信、卫星通信、微波、雷达等多个领域也得到了十分广泛的应用。跳频系统本身也存在着一些局限和缺点，如跟踪式干扰能力有限，信号隐蔽性差，以及抗多频干扰性能不够等，而另一种扩频方式直接序列扩频却有较好的抗多频干扰的能力和隐蔽性。这两种扩频技术结合起来，就构成了直接序列/跳频扩展频谱技术。这种技术在直接序列扩展频谱系统的基础上，又具有载波频率跳变的功能。直扩系统所用的伪随机序列和跳频系统，在时间上是相互关联的，使用同一个时钟进行时序控制，因为它们用的伪随机跳频图案由同一个伪随机码发生器生成。 意大利Telettra 公司的Hydra V 电台是采用了直接序列/跳频混合扩频技术的第一代战术电台，采用了直接序列扩频DBPSK 调
