跳时通信系统仿真完整版
跳频通信系统的研究与仿真
*******************实践教学*******************兰州理工大学计算机与通信学院2014年秋季学期通信综合训练课程设计题目：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和理论分析。
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2FSK系统为例,给出了上述通信干扰样式下的误码率理论分析结果，并利用Matlab中的Simulink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：扩频通信、跳频通信、MATLAB Simulink仿真一、Simulink简介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于方框图的系统仿真环境。
Simulink将工程中通用的方框图设计方法与仿真系统建模统一起来，其采用的是基于时间流的链路级仿真方法。
这种系统中，仿真结果可以实时的通过可视化模块，将输入输出数据显示出来，可以更加方便地对系统进行可视化建模，使系统设计、模型检验和仿真调试工作更为方便。
经过多年的应用，Mathwork 公司开发出了很多工具箱，其中包括Simulink通信系统。
此系统目前已成为科学研究和工程应用的软件工具包。
Simulink能够完成大部分系统的动态仿真，提供了大量的内置模块，用户只需要知道模块的参数配置、输入输出等少数外部接口即可，而不必去关心其内部实现方式。
跳频通信系统仿真
课程设计（II）通信系统仿真题目跳频通信系统仿真专业学号姓名日期通信系统仿真课程设计任务书1、课程设计目的通过对跳频系统的设计，深入了解跳频系统的工作原理，通信系统各部分的原理与关联，掌握利用Matlab/Simulink软件进行完整通信系统的建模和分析。
2、课程设计内容●主要课程设计内容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。
此次跳频通信仿真系统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详细了解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和理论分析。
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2FSK系统为例,给出了上述通信干扰样式下的误码率理论分析结果，并利用Matlab仿真系统实现跳频系统的仿真和分析，达到了预期的效果。
调频系统原理示意图如图所示。
个人任务分工如下图所示：●原理（跳频扩频调制和解跳）1 跳频扩频调制跳频扩频调制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。
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，也将随着指令不断地跳变。
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。
2解跳首先，为了完成解跳功能，用同相干解调类似的方法将发送信号已知的伪随机的载波与接收信号进行混频，再经过低通滤波器进行滤波，即可得到到解跳后的信号，以便以后基带调制的进行。
3加性高斯白噪声信道发送信号在信道中传输会受到加性高斯白噪声的影响。
《跳频通信系统》课件
跳频通信系统的频率合成技术
高精度频率合成
为了实现高速跳变和减少邻道干扰，需要高精度的频率合成器来产生跳频信号。
低相位噪声频率合成
在跳频通信中，相位噪声对通信性能的影响较大，因此需要采用低相位噪声的频 率合成技术。
跳频通信系统通过在传输信息时 不断改变载波频率，以避开干扰 信号和保护通信内容不被窃听。
跳频通信系统具有抗干扰能力强 、保密性好、抗多径干扰等优点 ，广泛应用于军事、民用等领域
。
跳频通信系统的调制方式
调相（PM）调制
01
通过改变载波相位来传递信息，具有较好的抗干扰性能和较高
的频谱利用率。
调频（FM）调制
传输速率
跳频通信系统通过快速跳变频Hale Waihona Puke 来实现高速数据传输。跳频点数
增加跳频点数可以增加通信系统的传输速率，但同时也会增加系统 的复杂性。
调制解调方式
采用高效的调制解调方式可以提高跳频通信系统的传输速率。
跳频通信系统的功耗优化
功耗
跳频通信系统的功耗是评价其性能的重要指标之一。
低功耗设计
采用低功耗的硬件和软件设计可以降低跳频通信系统 的功耗。
未来趋势
随着物联网、智能家居等技术的普及，跳频通信系统将有更广阔 的应用前景。
跳频通信系统的应用场景
军事通信
用于军事隐蔽通信和无线电指挥。
民用通信
用于无线局域网、无线数传、卫星通信等领域。
物联网
用于智能家居、智能交通、智能农业等物联网应 用场景。
02
跳频通信系统的原理
跳频通信系统的基本原理
跳频通信是一种利用载波频率在 一定频带内快速跳变以实现抗干 扰和保密通信的无线通信技术。
GMSK跳频通信系统设计与仿真
Ｓ ｉ ｅｉｇ Ｍ Ｋ） 一 种 连 续 相 位 调 制 方 式 。 ｈｆ Ｋ ｙ ，Ｇ Ｓ 是 ｔ ｎ 具 有包 络恒 定 的特 点 ， 元 交 替 时 载波 相 位 不 会 码 产 生很 大 突 变 ， 码 特性 好 ， Ｇ Ｋ 中 ， 调 制 误 在 ＭＳ 将
跳频 是最 常 用 的 扩 频 方式 之 一 ， 收 发 双 方 是 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 。 ２ １ 跳频 通信 优 点 ．
被截 获 。只要 对 方 不 清 楚 载频 跳 变 的规 律 ， 很 就
起来 的充分 利用 有 限频 谱 资 源 ， 高 无 线 信 息 传 提
输效 率 的一 种新 技术 。扩 频通 信 因其具 有频 带 利 用率 高 、 干扰 能力强 、 率分 配和 组 网灵活 方 便 抗 频 等特 点 ， 被确 认 为 第 三代 移 动 通 信 系统 首 选 的多
＝
（ Ｑ ［
Ｉ ｉ ｅｄ为 ７表 一２ ） 表 示产生 的二７；制序ｐｅ；ｎｔａ １ｅ ３ 样 示 随 Ｑｗｔ （ 机 数 种子 为 ３进 Ｓ ｍ 列 ｉ ｉ ｌｓ０表示 抽 时 间 ［ｂ ４ ＋ ） Ｂ ａ ｌｔ ｍｅ为 即每个 符号 的持续 时 间为 １ ｓ ０。 ４ ２ Ｇ Ｋ调 制模块 ． ＭＳ Ｇ Ｋ Ｍｏｕａ ｒＢ ｓｂｎ ＭＳ ｄ ｌｔ ａｅ ａ ｄ为 Ｇ Ｋ 基 带 调 ｏ ＭＳ
址方 式 。
１ 扩 频 通 信
难截 获通 信 内容 ， 即使 有部 分频 点被 干 扰 ， 能 在 仍
其它 未被 干扰 的频 点上 进行 正 常 的通 信 。
２ ２ 跳频 通信 系统 ．
跳 频通 信 中载 波频率 变 化 的规律 称 为跳 频 图
通信系统学习-跳时系统
第4章 跳频通信系统 只要收发两端在时间上严格同步进行， 就能正确地恢 复原始数据。 跳时也可以看成是一种时分系统；不同之处在于它不是 在一帧中固定分配一定位置的时片， 而是由扩频码序列控 制的按一定规律跳变位置的时片。 由于简单的跳时抗干扰性不强， 因而很少单独使用。 跳时通常都与其他方式结合使用， 组成各种混合方式。
第4章 跳频通信系统
4.8 跳时系统
使发射信号在时间轴上跳变。用码序列进行选择的多 时片的时移键控。
图1-5 跳时系统
第4章 跳频通信系统 在发端， 输入的数据先存储起来， 由扩频码发生器产 生的扩频码序列控制通—断开关， 经二相或四相调制后再 经射频调制后发射。 在收端， 由射频接收机输出的中频信号经本地产生的 与发端相同的扩频码序列控制通—断开关， 再经二相或四 相解调器， 送到数据存储器并再定时后输出数据。
《跳频通信系统》课件
跳频通信系统可 以适应各种复杂 的战场环境，提 高军事通信的灵 活性和适应性
无线电广播
广播电台：通过跳频通信系统 传输音频信号
广播接收器：接收跳频通信系 统传输的音频信号
广播频率：跳频通信系统可以 快速切换频率，避免干扰
广播覆盖范围：跳频通信系统 可以提高广播覆盖范围，扩大 听众数量
移动通信
跳频通信系统在移动通信中的 应用
跳频通信系统的组成
跳频器
功能：实现跳频 通信的核心部件
工作原理：通过 改变载波频率实 现信号传输
组成：包括频率 合成器、频率选 择电路、控制电 路等
应用：广泛应用 于军事、航天、 通信等领域
频率合成器
组成：振荡器、滤波器、放 大器等
功能：产生跳频信号
工作原理：通过控制振荡器 的频率，产生不同频率的信
信道容量：信道能够传输的最大信息量
信道噪声：信道中存在的干扰信号，影响信号传输质量
04
跳频通信系统的应用
军事通信
跳频通信系统在 军事通信中的应 用广泛，可以提 高通信的安全性 和可靠性
跳频通信系统可 以抵抗敌方的干 扰和窃听，保护 军事信息的安全
跳频通信系统可 以提供高速、大 容量的通信能力， 满足军事通信的 需求
号
应用：广泛应用于跳频通信 系统中，如无线通信、卫星
通信等
调制解调器
功能：将数字信号转换为模拟信号，或将模拟信号转换为数字信号 工作原理：通过改变载波频率来传输信息 特点：抗干扰能力强，传输速率高 应用：广泛应用于无线通信、卫星通信等领域
信道
信道类型：宽带信道、窄带信道、超宽带信道等
信道带宽：信道能够传输信号的频率范围
跳频通信系统的优势
抗干扰能力强：跳频通信系统能够快速改变频率，有效避免干扰 保密性好：跳频通信系统采用加密技术，提高了通信的安全性 传输速率高：跳频通信系统能够实现高速数据传输 适应性强：跳频通信系统能够适应各种复杂的通信环境
跳频通信系统课件
目录
• 跳频通信系统概述 • 跳频通信系统的关键技术 • 跳频通信系统的性能分析 • 跳频通信系统的实现与仿真 • 跳频通信系统的应用与发展
01
跳频通信系统概述
跳频通信系统的定义
定义
跳频通信系统是一种通过快速改变无线电发射频率来传输信息的通信系统。
解释
在跳频通信系统中，发射机和接收机在预设的多个频率间快速切换，每个频率 上停留的时间较短，以实现信息的传输。这种方式提高了通信的抗干扰性和保 密性。
干扰类型
跳频通信系统能够较好地抵抗窄 带干扰、部分带宽干扰、多径干 扰等。
抗干扰措施
采用快速跳频、自适应跳频、频 率分集等技术，可进一步提高跳 频通信系统的抗干扰性能。
01
抗干扰原理
跳频通信系统通过快速跳变载频 频率，使得干扰信号难以跟踪和 定位，从而提高了系统的抗干扰 能力。
02
03
干扰参数
系统的抗干扰性能与跳频速率、 跳频带宽、干扰功率密度等参数 有关码产生原因
跳频通信系统的误码可能由噪声、多径效应、 同频干扰等因素引起。
误码性能指标
通过分析信号噪声比（SNR）、误码率与信 噪比关系等，可以评估跳频通信系统的误码
性能。
误码性能分析
常用的误码性能指标有误码率（BER）、帧 误码率（FER）等。
误码性能改进
采用前向纠错（FEC）、自动重传请求（ ARQ）等技术，可降低跳频通信系统的误码 率。
2
智能化跳频
智能化跳频是指根据通信环境的变化自 适应地调整跳频策略，以提高跳频通信 系统的性能。通过引入人工智能、机器 学习等技术，未来跳频通信系统能够实 现智能化跳频，自适应地应对各种复杂 通信环境。
基于跳时超宽带通信系统的容量仿真
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******水***********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匸作过程，从跳频系统的结构组成、匸作原理、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Simuliiik 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｛a； Matlab; Simuliiik仿真前言 (1)1.跳频 (2)1.1跳频通信系统简介及发展状况 (2)1.2跳频通信系统的组成 (3)1.2. 1跳频发送端 (3)1.2. 2跳频接收端 (4)13跳频通信系统关键技术 (5)2.跳频通信理论基础 (6)2.1跳频信号及频率合成器的设计 (6)2.1.1伪随机码-m序列的产生 (6)2.1.2频率合成器设计 (7)2.2桃频调制 (7)2.3跳频信号的解跳与解调 (8)2.3.1跳频信号的解跳 (8)2.3. 2跳频信号的解调 (9)3.跳频通信系统仿真 (11)3.1 Simuliiik 仿真介绍 (11)3.2跳频通信系统仿真设计 (13)3.3仿真流程图设计 (14)3.4跳频系统模块设计仿真 (15)3.5仿真各示波器的仿真结果 (19)3.6系统抗干扰性能分析 (22)总结 (23)参考文献 (24)前言在科技的口益发展中，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，跳频通信和白适应通信、扩展频谱通信以及高速数字数据通信系统被称为啰0 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，后来乂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來。
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儿种方式：直接序列扩频、桃频扩频和线性调频。
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來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來控制频率合成器，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斥列调制，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，而且也是一频率桃变信号，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。
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來越受到人们得密切关注。
目前，跳频通信的理论和技术己经很成熟。
冃前，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己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，频率的干扰是瞬吋的，因此跳频具有干扰分集。
蓝牙(Bluetooth)也采用跳频技术來抗匸业干扰。
GSM系统基地台工作在935MHZ-960MH乙移动台【: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1MH乙使用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。
12.1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，用跳变的频率來调制基带信号，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抬令。
因此混频器输出的己调波的载波频率，也将随若抬令不断地跳变，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斥列。
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來产生的，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來信号高出一个中频，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，是因为外來的信号载波频率是跳变的，这样才能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离出一个中频，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，同时桃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。
如果系统耒同步, 则滤波器输出的是噪声信号。
13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。
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） o本系统采用的是直接数字合成法（DDS）,直接数字合成是最近儿年迅速发展起來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、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丄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（噪声）的性质，而乂能按一定规律 （周期）产生和复制的序列。