bishe跳频通信系统的仿真3587.docx

《bishe跳频通信系统的仿真3587.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《bishe跳频通信系统的仿真3587.docx（43页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、目 录摘要1第1章 绪论11.1 概述11.2 跳频通通信简介21.2.1 跳跳频通信系统统概述21.2.2 跳跳频技术的应应用背景和发发展趋势21.3 MATTLAB简介介31.4 本文研研究内容及章章节安排4第2章 跳频通通信系统的基基本原理52.1 跳频频通信系统的的结构组成52.1.1 跳跳频系统的发发送部分52.1.2 跳跳频系统的接接收部分62.2 跳频通通信系统的性性能指标72.3 跳频通通信系统的调调制方式72.4 频率合合成器82.5 跳频信信号的解跳与与解调92.5.1 跳跳频信号的解解跳92.5.2 跳跳频信号的解解调10第3章 跳频通通信系统仿真真及性能分析析113.1

2、 Simmulinkk 基础知识识和设计开发发原理简介113.1.1 SSimuliink 基础础知识简介113.1.2 Simullink的设设计和开发113.2 跳频通通信系统仿真真模型的建立立123.3 S函函数的仿真流流程133.4 跳频通通信系统的仿仿真框图143.5 仿真模模型中示波器器的仿真结果果显示173.6 基于源源代码的跳频频通信系统仿仿真183.7 误码率率分析21第4章 结论23参考文献233致 谢25Abstracct26II基于MATLAAB的跳频通通信系统的仿仿真研究摘要：跳频通信信系统是一种种典型扩展频频谱通信系统统，它在军事事通信、移动动通信、计算算机无线数据

3、据传输和无线线局域网等领领域有着十分分广泛的应用用，已成为当当前短波保密密通信的一个个重要发展方方向。本文介绍了跳跳频通信系统的基基本工作过程程，从跳频系系统的结构组组成、工作原原理、主要技技术指标、跳跳频通信系统统的解跳和解解调等方面阐阐述了跳频通通信基本原理理,并对跳频通信信系统的抗干扰技术及及其性能进行行了仿真研究究和理论分析析。本文从理理论上分析了了跳频通信系系统的抗干扰扰性能,其组成部分分包括信号生生成部分、发发送部分、接接收部分、判判决部分、跳跳频子系统模模块五个部分分,并以2FFSK系统为为例,给出了了上述通信干干扰样式下的的误码率理论论分析结果，并利用Matlab中的Simul

4、ink仿真系统实现跳频系统的仿真和分析，达到了预期的效果。关键词：跳频系系统; 扩频频通信; MMatlabb; Simmulinkk仿真第1章 绪论1.1 概述扩频通信是现代代通信技术的的热点技术之之一。扩频通通信最初用于于军事抗干扰扰通信，后来来又在移动通通信中得到广广泛的应用。扩扩频通信信息息传输系统，有有利于提高系系统的抗干扰扰性能，改善善性噪比。扩扩频通信方式式主要有：直直接序列扩频频，跳频扩频频，线性调频频。本文主要要研究跳频扩扩频，跳频扩频系系统就是用伪伪随机码序列列构成跳频指指令来控制频频率合成器，在在多个频率中中进行有选择择的频移键控控。MATLAB的的Simuliink动态

5、仿仿真环境很强强大，具有方便、直直观、灵活的的优点8。MATLAAB集数值分分析、矩阵运运算、信号处处理和图形显显示于一体，构构成了一个方方便的、界面面友好的用户户环境。在这个环境境下，对所要要求解的问题题，用户只需需简单地列出出数学表达式式，其结果便便以人们十分分熟悉的数值值或图形方式式显示出来。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。1.2 跳频通通信简介1.2.1 跳跳频通信系统统概述扩频通信，即扩扩展频谱通信信与光纤通信信、卫星通信信，一般被誉誉为进

6、入信息息时代的三大大高技术通信信传输方式，它它是上世纪440年代发展展起来的一种种技术，用来来为战争环境境下的军队提提供可靠安全全的通信11。20世世纪50年代代，美国麻省省理工学院研研究成功NOO MAC系系统，成为了了扩频通信研研究发展的开开端。时至今今日，随着民民用、军用通通信事业的发发展，频带拥拥挤的矛盾日日益突出。而而信号处理技技术、大规模模集成电路和和计算机技术术的发展，推推动了扩频通通信理论、方方法、技术等等方面的研究究发展和应用用普及。扩频通信主要有有以下几种方方式：直接序序列扩频、跳跳频扩频和线线性调频44。跳频就是用伪随随机码序列构构成跳频指令令来控制频率率合成器，可可以看

7、成载波波频率不断变变化的多频移移频键控22。跳频指令由由所传递的信信息码与伪随随机序列模二二相加构成，其其发送频率由跳跳频指令随机机选择。调制器将发送送端的信息码码序列与伪随随机序列调制制，频率的合成成由不同的跳跳频图案控制制。在接收端端，接收到的的信号与噪声声经滤波后送送至混频器。接接收机本振信信号的跳变规规律与发送端端相同，而且也也是一频率跳跳变信号，接接收机的中频频为两个合成成器产生的对对应的频率的的频差。要使收发双方方的跳频与频频率合成器产产生的跳变频频率同步，需需要收发方的的伪随机码同同步。经混频频后，得到一一个不变的中中频信号，将将此中频信号进行行解调，就可可恢复出发送送的信息。1

8、.2.2 跳跳频技术的应应用背景和发发展趋势跳频通信主要用用于战术无线线电通信和民民用移动通信信，其工作方方式一般以语语音为主，也也可传输数据据。跳频通信信具有良好的的组网能力、低低截获概率及及抗干扰性,跳跳频技术提高高了军事装备备的抗截获和和抗干扰能力力, 在军事领域域得到了极大大的发展,向向通信对抗提提出了严峻的的挑战。开展展跳频通信抗抗干扰技术的研研究,寻求干干扰跳频通信信的方法,己己成了当前通通信对抗领域域十分紧迫而而困难的任务务之一5。随着跳频技术的的不断发展，其其应用也越来来越广泛。在在战术中，电台采用跳频频技术可以提高通信信抗干扰能力力。早在700 年代，跳跳频系统的研研究就开始

9、了了，现已开发的跳频的波段应应用为：在VVHF 波段段(303300MHzz）的低端33088MMHz、UHHF波段(3300MHzz 以上）以以及HF波段(11.5300MHz)。跳频速率和和数据数率，随着研究的的不断深入，也越来越高高，现在美国国Sandeers 公司司的CHESSS 高速短短波跳频电台台已经实现了了5000跳跳/秒的跳频频速率，最高高数据数率可可达到192200bpss。此外，CCHESS跳跳频电台以DDSP 为基基础，采用了了差动跳频（DDFH)技术术，与一般的跳跳频电台有所所不同。CHESSS跳频电台，通过现代数数字处理技术术，较好地解决了多径衰衰落、短波系统带带宽有

10、限、信信号间相互干干扰等问题。同同时，它的瞬瞬时信号对其其信号的影响响很小，因为为其带宽很窄窄。跳频电台台可以实现更高高跳速、更高高数据速率，正是跳频通通信系统的未未来发展方向向，新型的跳跳频电台也已已逐渐应用软软件无线电这这个概念。当前的的军事通信中中，短波自适应应跳频电台已已经占有了很很重要的一部部分。短波信信道有许多固固有特点，与与VHF/UUHF频段不不同，例如，受受天气变化、多径时延、幅幅度衰落等因因素的影响，信信道条件变化化不可捉摸。但但是短波通信信的可靠性，随着各种新新技术的出现现，得到了技技术上的保证证，这些新技技术中包括自适应跳跳频技术。它它通过自动搜搜索无干扰或或未被占用的

11、的跳频信道进进行跳频，分分析波段上的的频率占用率率，不仅降低低了短波频谱谱大量占用的的影响，也避免了自自然干扰。它它会根据需要要有效的适应应恶劣环境，自动地改变变跳频序列。它它在海湾战争争中体现出了了优越性，因此此引起了各国国的高度重视视。远近效应，在现现有的DS/CDMA 系统中是一个个很大的问题题。由于远近近效应只发生生在大功率信信号的某个频率上上，当载波频频率跳变到另另一个频率时时则不受影响响，因此远近效应应在跳频系统中并并不明显，这使得得移动通信中中易于应用和和发展远近效效应。在数字字蜂窝移动通通信系统中，如如果链路间采采用低互相关关的跳频图案案异步跳频，或者采用相互互正交的跳频频图案

12、同步跳跳频，可以完完全消除或基基本消除链路路间的干扰，对对提高系统的的容量具有重重要意义。此此外，跳频的的频率分配具具有很大的灵灵活性，是瞬瞬时窄带系统统，在现有频频率资源比较较缺乏的条件件下，这一特特性具有重要要意义。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Bragg 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

13、术的光纤网络相比。此外，跳频技术术在GSM、室室内无线通信信、无线局域域网、水下通通信、卫星通通信、微波、雷达等多个领领域也得到了了十分广泛的应应用3。跳频系统本身也也存在着一些些局限和缺点，如跟踪式干干扰能力有限限，信号隐蔽性性差，以及抗多频干干扰性能不够够等，而另一一种扩频方式直接接序列扩频却却有较好的抗抗多频干扰的的能力和隐蔽性。这两两种扩频技术术结合起来，就就构成了直接接序列/跳频频扩展频谱技技术。这种技技术在直接序序列扩展频谱谱系统的基础础上，又具有有载波频率跳跳变的功能。直扩系统所所用的伪随机机序列和跳频频系统，在时间上是是相互关联的的，使用同一个个时钟进行时时序控制，因因为它们用

14、的的伪随机跳频频图案由同一一个伪随机码码发生器生成成。意大利TTeletttra 公司司的Hydrra V 电电台是采用了了直接序列/跳频混合扩扩频技术的第第一代战术电电台，采用了直接接序列扩频DDBPSK 调制方式，提高了电台的抗干扰性能，比单独采用跳频技术多获得9dB 的处理增益。此外，跳频是瞬瞬时窄带系统统，其频率分分配具有很大大的灵活性，在在现有频率资资源十分拥挤挤的条件下，研研究跳频通信信技术具有重重要意义。1.3 MATTLAB简介介MATLAB诞诞生于20世世纪70年代代，具有其他他仿真软件所所无可比拟的的矩阵运算能能力和系统仿仿真能力。MMATLABB可以实现算算法、绘制函函数

15、和数据、创创建用户界面面、进行矩阵运算、连接其其他编程语言言的程序等，主主要应用于控控制设计、工工程计算、图图像处理、信号处理与与通讯、金融融建模设计与与分析、信号检测等领领域9。MAATLAB的的基本数据单单位是矩阵，它它的指令表达达式与数学、工工程中常用的的形式十分相相似，故用MMATLABB来解算问题题要比用C，FFORTRAAN等语言完完成相同的事事情简捷得多多，并且MAATLAB也也吸收了像MMaple等等软件的优点点,使MATTLAB成为为一个强大的的数学软件。MATLAB是是英文MATTrixLAABorattory (矩阵实验室室) 的缩写.它是美国的的MathWWorks公司

16、推推出的用于数数值计算和图图形处理的数数学计算环境境10。该该软件包括: 矩阵计算算、数值分析析、建模和系系统控制、数数字信号处理理等应用程序序。 MATLAAB语言简洁洁、紧凑、使使用方便, 有丰富的运运算符号和库库函数,还具有结构构化的控制语语句和面向对对象编程的特特点。MATLAB的的基本数据单单位是矩阵，它它的指令表达达式与数学、工工程中常用的的形式十分相相似，故用MMATLABB来解算问题题要比用C，FORTRRAN等语言言完成相同的的事情简捷得得多，并且MMathWorks也吸收了像像Maplee等软件的优优点,使MAATLAB成成为一个强大大的数学软件件。 随着着其版本的不不断提

17、高, 各种工具箱箱的扩充和完完善, MATLLAB的功能能越来越强, 从而被广广泛应用于仿仿真技术、自自动控制和数数字信号处理理等领域。1.4 本文研研究内容及章章节安排 本文基基于MATLLAB中的SSimuliink建模和和源程序，对对跳频通信系系统进行了仿仿真和分析。本文从跳频系统的组成、主要技术指标、跳频通信的主要特点、数学模型等方面阐述了跳频通信基本原理,着重对跳频通信系统的性能及其干扰技术进行了理论分析和仿真研究。文章从理论上分析了典型通信干扰对跳频通信系统的影响,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2FSK系统为例,给出了上述通信干扰样式下

18、的误码率理论分析结果。本文的主要内容容有： （11）跳频通信信的结构组成成及工作原理理； （22）跳频通信信系统的主要要性能指标； （33）跳频通信信系统的调制制方式； （44）频率合成成器； （55）跳频信号号的解跳与解解调； （66）跳频系统统的仿真与性性能分析。 全全文分为4个个章节，第11章主要对跳跳频通信和MMATLABB进行了简介介，并总括全全文；第2章章叙述了跳频频通信的结构构和原理，主主要性能指标标，调制方式式，频率合成成器以及跳频频信号的解跳跳与解调，使使读者对跳频频通信有大致致较详细的了了解；第3章章运用MATTLAB软件件对跳频通信信系统进行了了仿真，通过过仿真结果分分析

19、系统的性性能，检验此此系统的优势势；第4章总总结此次毕业业设计，指出出设计成果并并发现不足, 总结经验验。第2章 跳频通通信系统的基基本原理2.1 跳频频通信系统的的结构组成跳频通信系统主主要由发送端端和接收端两两部分组成6。在发送端，用信信源产生的信信息流去调制制频率合成器器产生的载频频，得到射频频信号，频率率合成器产生生的载频受伪伪随机码的控控制，按一定定规律跳变。在接收端，接收收端接收到的的信号经高通通滤波后送至至混频器，在在混频器与本本振信号相乘乘并经中频带带通滤波后，得得到一个不变变的中频信号号，经中频放放大器放大后后，送到信息息解调器恢复复出原信息信信号。2.1.1 跳跳频系统的发

20、发送部分发送端包括：信信源、数据调调制器、频率率合成器、跳跳频序列发生生器、高通滤滤波器、以及及发送端天线线等。其原理理框图如图22.1所示：图2.1 跳跳频通信系统统发送端原理理框图 信源源输出的是双双极性二进制制码，用频率率合成器合成成载波信号。跳跳频系统通过过伪随机地改改变发送载波波频率，用跳跳变的频率来来调制基带信信号，得到载载波频率不断断变化的射频频信号，然后后发送到信道道中。在传统的定频通通信系统中，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

21、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

22、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。2.1.2 跳跳频系统的接接收部分 接收端部分包包括：高通滤滤波器、频率率合成器、跳跳频序列发生生器、带通滤滤波器、同步步电路、数据据解调器、信信宿以及接收收端天线等。其其原理框图如如图2.2所示：图2.2 跳频频系统接收端端原理框图定频信号的接收收设备中，接接收方法一般般都采用超外外差式，即接接收机本地振振荡器的频率率与所接收的的外来信号的的载波频率产产生频差，即即相差一个中中频。经过混混频后，混频频产生组合波波频率成分和和一个固定的的中频信号。中频带通滤滤波

23、器的滤波波作用，将滤除组合波波频率成分，而而使带通中频信号号进入解调器器。所要传送送给收端的信信息即为解调调器的输出。跳频信号的接收收过程与定频频相似。要求频频率合成器的的输出频率要要比外来信号号高出一个中中频，是为了了保证混频后后获得带通中中频信号。要求本地频频率合成器输输出的频率也也随着外来信信号的跳变规规律而跳变，是是因为外来的的信号载波频频率是跳变的的，这样才能能通过混频获获得一个固定定的带通中颇信号号。跳频器产产生的跳频图图案应当与所所要求的高出出一个中频，并并且收、发跳跳频要求完全全同步。所以以，为了确定定其跳频的起起、止时刻，接接收机中的跳跳频器还需受受同步指令的的控制。 可以看

24、出，跳跳频系统的关关键部件是跳跳频器，同时时跳频系统的的该心技术是是跳频同步。相关器中进入的的接收信号，与与本地信号相相乘，再经过过滤波器，得得到的信号送送入同步系统统进行判决。同同步系统将调调整本地伪码码系统，直到到滤波器输出出接收信号为为止。如果系系统未同步，则则滤波器输出出的是噪声信信号。2.2 跳频通通信系统的性性能指标 对于跳频通信信系统的技术术性能，应注注意下列各项项指标：（1）跳频带宽宽 跳跳频带宽，即即为跳频系统统工作时的最最高频率与最最低频率之间间所占的频率率宽度6。跳频带宽宽越宽，跳频的频频率数目越多多，跳频的速速率越快，跳跳频码的周期期越长，跳频频系统的同步步时间越短，跳

25、频系统统性能越好。跳跳频部分频带带的抗干扰能能力，受跳频频带宽大小的影响。跳频频带宽越宽，跳频系统抗宽带干扰能力越强。 (2)跳频频频率数 跳跳频电台工作作时跳变的载载波频率点的的数目，称为为跳频频率数数目。跳频的频率数数目，取决于于抗单频干扰扰及多频干扰扰的能力。跳跳变频率数目目越多，抗疏疏状干扰、单单频以及多频频干扰的能力力越强。 (3)跳频速速率 跳跳频速率，是是指跳频电台台载波跳变的的速率，通常常用每秒钟频频率跳变的次次数来表示。抗跟跟踪式干扰的的能力与它有有关。跳频速速率越高，抗抗跟踪式干扰扰的能力越强强。 (4)跳频周周期 跳频周期是是指每一跳占占据的时间。它它等于跳频驻驻留时间和

26、信信道切换时间间之和，与跳跳频速率成倒倒数关系。其其周期长度决决定跳频图案案延续时间的的长度，这个个指标与抗截截获的能力有有关。 (5)跳频系系统的同步时时间跳频系统的同步步时间，是指指系统使收发发双方的跳频频图案完全同同步，并建立通信信所需要的时时间。同步建建立时间越短短越好、越隐隐蔽越好。2.3 跳频通通信系统的调调制方式跳频通信系统一一般采用FSSK、ASKK等非相干解解调的调制方方式，尤其以以2FSK方方式最为常用用，本文跳频频通信系统采采用2FSKK调制方式。在二进制频移键键控调制方式式中，二进制制数字信号“1”对应于载波波频率f1 ,而“0”对应于载波波频率f2 。信息码元元的宽度

27、记为为Td ,则2FFSK调制信信号的表达式式如式(2-1)所示： （2-1）其产生原理图如如图2.3所示： 图2.3 2FFSK产生框框图时域波形如图22.4所示： S(t)t图2.4 2FFSK信号波波形2.4 频率合合成器在跳频系统中，其其核心部分是是跳频控制器器，简称跳频频器，它的主主要作用是产产生受伪码控控制的随机跳跳变的载波频频率。对跳频频控制器的主主要要求有：（1） 要求输出信号的的频谱要纯，输输出频率有很很好的稳定度度和准确度；（2） 跳频图案要多，频频率跳变的随随机性要强；（3） 要求频率转换速速度要快，输输出频率数要要多。 跳频控制器主主要由频率合合成器和伪码码产生器组成成

28、。因此跳频频器的关键是是频率合成器器。所谓频率率合成器是以以一个或少量量的标准频率率，导出多个个或大量的输输出频率。频频率合成器通通常可分为直直接式频率合合成器、间接接式频率合成成器及直接数数字式频率合合成器三类。2.5 跳频信信号的解跳与与解调 跳频频信号的解跳跳与解调包括括两个方面：首先是跳频频信号的解跳跳（解扩），解解跳后信号频频率集中在窄窄带滤波器通通带之内。接接着是对解跳跳后的信号进进行解调，得得到发送的信信息。在跳频频系统中一般般不采用相干干解调器，因因为在频率合合成器中难以以保证各个频频率跳变信 号之间的相相干性。所以以跳频系统中中的解调器不不用锁相环路路，而采用包包络检波器。2

29、.5.1 跳跳频信号的解解跳跳频系统的接收收机，应对发射信信号进行相应应的反变换。首首先，为了完完成解跳功能能，将每个接接收到的跳频频信号切普（CChip）变变换到窄带滤滤波器的通带带内。为了恢复发发射端的原始始信息流，需需要再将已解解跳的信号送送到基带解调调器。解跳乘乘法器及其后后的带通滤波波器，能否从从接收信号中中提取有用信信号的能力，将将影响跳频接接收机的性能能。双通道“传号-空号号”跳频接收机机的原理框图图如图2.5所示： 图2.5 双通道传号号/空号跳频频接收机原理理框图在二进制的FHH发射机里，数数据的传输采采用2FSKK时，是用发发射某个频率率(切普)表表示“传号”，而发射另另一

30、个频率表表示“空号”来实现的。对对于每一个信信息比特，无无论只发一个个切普，还是是发多个切普普(每个切普普都一定是两两个频率中的的一个)，接接收机应能判判断两个频率率中哪一个是是有用信号。因因此，接收机机必须能够同同时观测两个个交替信道，或或者先对一个个取样，然后后紧接着对另另一个取样。2.5.2 跳跳频信号的解解调在跳频系统中，多多采用非相干干的包络检测测器。典型的的非相干跳频频解调器如图图2.6所示：图2.6 非相相干跳频解调调器这个解调器适用用于每比特信信息多个频率率切普的接收收机，其中切切普判决是根根据顺序而来来的每一对切切普进行的。这这个解调器设设计成适合于于“1”和“0”频道的顺序

31、序取样。也就就是说，本地地频率合成器器把发射“1”所对应的频频率插到接收收机的积分清清洗电路判决决器中，而后后紧跟着是一一个与发射“0”对应的频率率。每次交替替都占用半个个切普周期取取样。第3章 跳频通通信系统仿真真及性能分析析3.1 Simmulinkk 基础知识识和设计开发发原理简介3.1.1 SSimuliink 基础础知识简介 Siimulinnk 是MAATLAB软软件的应用，是一个对动动态系统进行行建模、仿真真和对仿真结结果进行分析析的一个软件件包，是在MATLAAB中建立系系统方框图和和基于方框图图的系统仿真真环境122。Simulinnk将工程中通用用的方框图设设计方法与仿仿真

32、系统建模模统一起来，其其采用的是基基于时间流的的链路级仿真真方法。这种种系统中，仿仿真结果可以以实时的通过过可视化模块块，将输入输输出数据显示示出来，可以以更加方便地地对系统进行行可视化建模模，使系统设设计、模型检检验和仿真调调试工作更为为方便。经过过多年的应用用，MATHWWORK 公公司开发出了了很多工具箱箱，其中包括括Simullink通信信系统。此系系统目前已成为科学研研究和工程应应用的软件工工具包111。Simulinnk能够完成成大部分系统统的动态仿真真，提供了大大量的内置模模块，用户只只需要知道模模块的参数配配置、输入输输出等少数外外部接口即可可，而不必去关心其内部实现方方式13

33、。这些模块块都是图形化化的。整个SSimuliink的建模模过程都是在在图形用户界界面上完成的的，这样可以以使得用户把把更多的精力力投入到系统统模型的构建建，而非语言言的编程上。Simulink本身可以实现微分方程和差分方程的求解等复杂的数值计算问题，用户只需要根据问题类型及精度要求对求解器类型进行配置即可。通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来，就可以构成所需要的系统模型，从而进行系统仿真与分析。3.1.2 Simullink的设设计和开发Simulinnk非常有利利于建造和管管理一个大型型系统，其模模型具有层级级结构。Simullink模块块库中的非线线性字库中含含有一种专用用的模块子

34、系系统模块，这这样是为了便便于实现分层层设计，同时时Simullink还为为子系统模块块提供了封装装（MASKK）功能88。1) 子系统模模块动态模型包含许许多环节时，可可以把此系统按功能能分块，其中中每一块都可以以建立一个子子系统。在设设计中使用子子系统，可以以减少窗口中中的模块数，降低模型的复杂度，并易于对模型进行修改和扩充。具体地说，可以采用“自顶向下”的设计方式，也可以采用“自底向上”底设计方式。详细的设计步骤将在快跳频系统设计中介绍。2） 封装功能能Simulinnk通过封装装可以为子系系统建立用户户自定义的图图标和对话框框，具有封装功功能是Simmulinkk模块一个十十分实用的特

35、特点，可以用简单的的图标来代替替子系统，从从而在当前窗窗口中隐藏子子系统的设计计内容。此外外，子系统中中的每个模块块都有一个对对话框，因此此仿真的时候候，需要分别定定义参数，这这相对来说，比比较麻烦。而而封装功能，可以使仿真真模型有一个个更友好的界界面，可以简简化用户定义义仿真参数的的过程。3）用户自定义义模块的设计计用户自定义Siimulinnk模块的设计步骤为：（1）根据公式式和算法编写写核心部分的的S-函数。（2）通用S函数模块处处理S函数数后，可以转化为用用户自创建的的模块。（3）根据要求求的功能，可可以构造用户户子系统，其其中包括S函数数模块、输入入端口、输出出端口和一些些其它的附加

36、功功能模块。 （44）利用Siimulinnk中的封装装功能，将子系统封封装起来，其其生成用户自自定义的图标标和封装对话话框，将为整个子子系统进行统统一的设置。这样，就完成了了用户自定义义的Simuulink模模块，其中包含的子子系统能完成成所要求的功功能。3.2 跳频通通信系统仿真真模型的建立立 基于Simuulink 建立的跳频频通信系统的仿真模型，可可以实时地观观测到系统跳跳频前后信号号的频谱变化化，并且能够反反映跳频通信信系统的动态态工作过程，还可以根据需要设计和研究相应的跳频仿真模型，实现现代通信的模拟仿真，为系统的设计和研究提供了强有力的研究平台，此系统以跳频通信为基础，仿真模型如

37、图3.1所示：图3.1 系统统仿真模型 在跳频通信系系统仿真模型型中,信号的的处理过程为为：（1） 由信源源端生成准备备传送的有用用信号。（2） 由伪随随机码序列控控制2FSKK部分，然后后与有用信号号进行相乘运运算。伪随机机码元控制22SFK部分分 的的载波的频率率，在设计中中使得载波的的相位为零，进进而可以实现信号号的跳频通信信。（3） 将经过过跳频调制的的信号，经过信道传传输，叠加上信道道噪声，加性性高斯噪声为为其信道噪声声。（4） 接收信信号，在接收收端的相关器器中进行相关关处理，相关关处理时要求求发送端的随随机码字与采采用的伪随机机码保持严格格的同步，其其中伪随机生生成模块产生生相应

38、的伪随随机码。（5） 相关器器的输出结果果利用计数器器进行统计，然然后完成比较较，判决过程程，恢复出原原始信号。（6） 将恢复复出的有用信信号与其发送端的原原始信号同时时送入误码仪仪进行比较，计计算出误码率率。3.3 S函函数的仿真流流程 Siimulinnk在仿真的的特定阶段，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，仿真的开始部分以及结束部分还需要调用一些附加过程。Simulinnk进行一次次仿真的完整整流程图，如如图3.2所示：图3.2 仿真真的工作流程程图对于此仿真流程程，先将模块块初始化，再再

39、进入仿真环环。在仿真环环中，先计算算出下次抽样样时间用于可可变模块的抽抽样时间，然然后再计算最最大步长输出出、最大步长长离散状态、导导数及输出计计算，在仿真真环的最后进进行零交点定定位。其中，积积分最小步长长时间为导数数、输出、再再到导数的时时间。最后，结结束程序，完完成所执行的的任务。3.4 跳频通通信系统的仿仿真框图 利用MMatlabb 中的Siimulinnk 对跳频频通信系统进进行模型建立立，跳频扩展展频谱通信系系统的仿真框框图如图3.3所示：图3.3 跳频频通信系统的的仿真结构框框图跳频通信系统，将将其中的2FFSK调制部部分，2FSSK解调部分分，跳频子系系统分别进行行封装，封装

40、装之后的跳频频通信系统的的仿真结构框框图如图3.4所示：图3.4 含有有封装子系统统的跳频通信信系统的仿真真结构框图 (a) 2FFSK调制子子系统 仿真结构构框图 (b) 2FFSK解调子子系统仿真结结构框图 (c) 跳跳频子系统仿仿真结构框图图图3.5 跳频频通信系统的的子系统仿真真结构框图其中，2FSKK调制子系统统，2FSKK解调子系统统，跳频子系系统结构框图图分别如图33.5中的图图（a）、图图（b）、图图（c）所示示。该跳频通信系统统按功能可以以划分为五个个部分：信号号生成部分、发发送部分、跳跳频调制部分分、接收部分分和判决部分分，各部分的的详细结构和和设计介绍如如下： （1）信信

41、号生成部分分信号生成部分是是利用随机整整数信号发生生器（Ranndom-iintegeer Genneratoor）来产生生，该模块的的参数设置是是产生二进制制随机序列信信号，采样时时间设为1，即即1秒产生一一个码元。它它产生的是频频率为1HZZ的二进制随随机信号。 （2）发发送部分由信源产生的二二进制随机信信号，先通过频率率键控来产生生一个2FSSK信号（发发送“1” 所用的载载波频率为ff1=1HZ；发送“0”所用的载波波频率为f22=3HZ）。在在进行跳频调调制时，把跳跳频子系统模模块产生的信信号与产生的的2FSK信信号进行相乘乘（即跳频调调制），产生生的信号即为为跳频调制信信号，然后把

42、把跳频调制信信号经过信道道发送过去。信信道是叠加有有加性高斯白白噪声的信道道。 （3）接接收部分在接收端，用跳跳频子系统模模块产生的跳跳频信号与经经过信道后接接收的跳频调调制信号进行行乘法运算，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，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。 （4）判判决部分通过对上下两支支路的低频信信号进行比较较作出判决，从从而完成解调调信号的判决决。该判决部部分由比较器器、常数发生生

43、器以及误码码率计算部分分组成。比较较器将门限值值与码元的相相关峰值进行行比较，若相相关峰大于门门限则该码元元判为“1”，其余的均均判为“0”。设上支路路信号为X11（t），下下支路信号为为X2（t）。当当X1（t）大于于X2（t）时，判判为“1”；当X1（t）小于于X2（t）时，则则判为“0”。误码率的计算过过程是由一个个误码仪来实实现的。它将将发送端的信信息码元经过过一定延迟后后与接收端恢恢复出的码元元进行比较，若若两者不同则则认为码元传传输错误，最最后将误码个个数除以总的的传输码元个个数，即得到到误码率。在在图中的误码码率计算部分分，上面的输输入信号是发发送端的原始始信息，下面面的输入信号

44、号是接收端恢恢复出的信号号，送入误码码仪以后完成成比较、统计计和图形用户户界面的生成成功能。从误误码率计算的的显示模块可可以看到该快快跳频通信系系统的误码率率为0.055。在统计系统的误误码率时，门门限值的设定定很重要，设设定不同的门门限值，会得得到不同的误误码率144。对于不同的的系统，门限限值的设定是是不同的，在在本设计中，门门限值的取值值为2。（5）跳频子系系统模块跳频子系统的设设计是这次毕毕业设计的关关键。快跳频频通信是指频频率的跳变速速度大于信息息传输速率的的通信系统。在在本次设计中中，为了便于于观察各点信信号，特设信信息的传输速速率1bitt/s，频率率的跳变速度度为2h/ss。在

45、跳频子子系统中， 跳频信号的的产生过程：PN Seepuencce Genneratoor产生采样样周期为0.5，周期为为15个码元元的m序列。通通过Bufffer将单列列的二进制序序列编排为22列二进制数数，通过Biit to Integger Coonvertter后变为为整数。通过过初值设为22的Unbuuffer及及Zero-Orderr Holdd（采样时间间设为0.11）后，伪随随机序列发生生器产生的二二进制序列变变成了与之相相应的整数，馈馈送到VCOO的控制输入入端。3.5 仿真模模型中示波器器的仿真结果果显示 跳频频通信系统仿仿真模型，进进行Simuulink模模型仿真后，各各

46、示波器的结结果显示分别别如图3.66、图3.7所示： 图3.6 示示波器Scoope的仿真真结果由图3.6可知知，信源发送送信号为双极极性二进制码码，发送端的的随机信号发发生器所产生生的二进制信信号的信息速速率为1biit/s，载载波频率在伪伪码控制下不不断随机跳变变，产生跳频频调制信号，发发送信号经过过调制后2FFSK调制信信号如图所示示，相应的跳跳频解调信号号也如示波器器Scopee所示，从图图中还可知跳跳频调制信号号和解调信号号基本相似，存存在一定的误误码率。(a) 示波波器Scoppe1的仿真真结果 (b) 示示波器Scoope2的仿仿真结果图3.7 示波波器Scoppe1和Sccope2的的仿真结果 图3.7中(a)图，将将发送信号和和接收信号的的示波器显示示进行了对比比，可以看出出，发送信号号和接收信号号的波形相同同，恢复的信信号基本正确确，误码率为为0.05。当当然，由于系系统中叠加有有噪声，各种种滤波器的设设计存在一定定的缺陷使得得滤波特性不不理想，以及及仿真图中有有些部件的参参数设置存在在误差等原因因，在最终的的判决恢复时时，使得恢复复序列存在一一些误码。这这也是这次快快跳频通信系系统仿真设计计中需要进一一步完善的地地方。 图图3.7中(b)图图，示波器显显示了m序列列信号波形，即即Simullink仿真真模型中产生生的跳频序列列；同时显示示了VCO的的输