基于MATLAB的跳频通信系统仿真研究
跳频通信系统的研究与Matlab仿真
跳频通信系统的研究与Matlab仿真作者：聂伟,郭梅花,张永杰来源：《现代电子技术》2010年第13期摘要:跳频通信技术具有较强的抗干扰能力,因此一直是扩频通信技术研究中的一个重点。
在阐述跳频通信基本原理和实现方法的基础上,利用Matlab提供的可视化工具Simulink建立了跳频通信系统仿真模型,详细讲述了各模块的设计。
在给定仿真条件下,对该跳频通信系统在宽带噪声干扰工作机制下进行了仿真,得到了在宽带噪声干扰下的误码率-信噪比曲线。
结果表明,跳频通信系统的抗干扰能力优于传统的定频通信,在战术通信中有更高的可靠性。
此外还提出了提高跳频通信对抗宽带噪声干扰能力的改进方法,它对研究跳频通信系统抗干扰的性能具有借鉴作用。
关键词:跳频通信; 抗干扰; 误码率; 信噪比中图分类号:TN911 文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)13-0011-03Research on Frequency Hopping Communication System Based on Matlab SimulationNIE Wei, GUO Mei-hua, ZHANG Yong-jie(Computer System and Communication Laboratory, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China)Abstract:Frequency-hopping communication technology is an emphasis in the research of the spread spectrum communication technology, which has good anti-jamming performance. The simulation model of frequency-hopping communication system is built by using SIMULINK provided by Matlab, based on the basic principle and realization methods of frequency-hopping communication. In addition, each module of the simulation model is introduced in detail. In light of full-band noise jamming system, the simulation program is run on the basis of the designed simulation conditions, BER-SNR curve figures are gained. The results show that the frequency-hopping communication system has better ability of anti-jamming than the traditional fixed frequency communication, and isof even higher reliability in tactical communication. An improved method for the enhancement of full-band noise anti-jamming capability of frequency-hopping communication is proposed.Keywords: FH communication; anti-jamming; error rate; signal-to-noise rate0 引言扩频是一种经典的无线通信技术,包括跳频(FH)、直接序列扩频(DS)、跳时(TH)及其混合扩频方式等。
基于MATLAB的扩频和调频通信系统仿真
实验报告课程名称：现代通信原理实验任课教师：李波实验名称：基于MATLAB的扩频和跳频通信系统仿真研究年级：13级专业：控制工程姓名：李义学号：12013002346日期：2013年10月10日云南大学信息学院一、 实验目的根据通信理论知识熟练的运用MATLAB 进行直序列扩频和跳频扩频的仿真研究。
二、 实验内容1.Matlab/simulink 通信系统仿真。
2.用matlab 实现直序列扩频和跳频扩频。
三、 实验平台硬件平台：笔记本电脑软件平台：windows7操作系统、Matlab R2013a四、扩展频谱通信知识1．理论基础通信技术和通信理论的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题开展的。
所以，有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。
有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。
这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。
在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。
显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。
在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。
可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。
由于信息在传输过程中受到干扰，收到的与发出的信息并不完全相同。
可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。
因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，决定于通信系统的抗干扰性。
在模拟通信系统中，传输可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。
在数字通信系统中，传输可靠性是用差错率来衡量的。
扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了应用。
近年来，扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速。
扩频通信是扩展频谱通信的简称。
我们知道，频谱是电信号的频域描述。
承载各种信息(如语音、图象、数据等)的信号一般都是以时域来表示的，即表示为一个时间的函数)(t f 。
信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。
基于matlab的跳频通信系统的仿真
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1.2.2 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 (30 — 300MHz ）的低端 30 — 88MHz 、 UHF 波段 (300MHz 以上）以及 HF 波段 (1.5 — 30MHz) 。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 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 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 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 Bragg 光栅替 代， 跳速 达到 10G 数量级。系统在 比特 误码率 为 10 ， 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
基于MATLAB的跳频通信系统仿真
万方数据基于MATLAB的跳频通信系统仿真作者：赵守彬作者单位：莱芜职业技术学院;山东大学刊名：科技信息英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：2010，(24)被引用次数：0次1.曹雪虹;张宗橙信息论与编码 20012.曹雪虹.张宗橙信息论与编码 20013.徐平平;宋铁成数字通信 20084.徐平平.宋铁成数字通信 20081.学位论文张晓川扩频通信系统中跳频技术的研究2008扩频技术是一种信息传送技术，它利用伪随机码对被传输信号进行频谱扩展，使之占有远远超过被传送信息所需的最小带宽。
而跳频技术以其良好的抗干扰性和抗衰落性，成为战术通信领域应用最广的一种抗干扰手段。
本论文对扩频系统中的跳频技术进行了研究，主要内容包括：1.简要介绍了扩频系统的基本理论和扩频系统的工作方式，分析了跳频通信的优点，并以FH/MFSK系统为例，给出了典型干扰下的误码率公式。
2.论述了跳频通信的两个关键技术：跳频图案的设计和跳频系统的同步，并根据工程实际，给出了适当的同步方案。
3.重点研究了跳频系统中伪随机码的搜索和实现。
对伪随机码选择的关键和难点，如m序列优选对的查询、m序列特征相位的求取，以及平衡Gold码的搜索，进行了Matlab仿真和分析。
4.在2FSK调制下，对跳频通信系统的抗干扰性能进行了理论分析和Matlab仿真，包括宽带噪声干扰和部分频带噪声干扰。
5.通过Matlab/Simulink仿真软件搭建跳频通信系统仿真模型，并对跳频系统中的部分电路进行仿真设计。
2.学位论文项加林跳频通信同步技术的研究与实现2008跳频同步是跳频通信的关键技术，只有实现了快速精确的同步，才能正确接收跳频信号。
跳频同步的好坏，直接影响到跳频系统的性能。
同时跳频同步也是跳频通信系统开发的难点，特别是在高跳速工作时需要精心设计方案才能实现同步捕获和跟踪。
本文首先分析了跳频通信对数字传输的要求。
跳频通信系统的matlab仿真
跳频通信系统仿真课程设计报告指导老师王秀红班级1002403学号100240330姓名张敏目录摘要 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。
关键词：......................................................................................................... 错误！未定义书签。
跳频扩频原理 (3)跳频扩频仿真系统框图 (3)仿真要求 (4)理想信道系统各处波形 (4)高斯白噪声下的系统的信噪比-误码率性能 (8)多径+高斯白噪声下的系统的信噪比-误码率性能 (9)多径+高斯白噪声+单频干扰系统信噪比-误码率性能 (8)结论 (9)部分程序 (9)跳频扩频原理跳频（FH-Frequency Hopping），是用一定码序列进行选择的多频率频移键控。
也就是说，用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，所以称为跳频。
从时域上来看，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不等间隔随机跳变的。
信息数据通过波形变换（信息调制）后，进入载波调制。
载波由伪随机序列（跳频序列）控制可变频率合成器产生，频率则随着跳频序列的序列值改变而改变。
跳频信号经射频滤波器发射后，被接收机接收。
接收机首先从发送来的跳频信号中提取跳频同步信号，使本机伪随机序列控制的频率跳变与接收到的跳频信号同步，输出同步的本地载波，使载波解调即扩频解调获得携带有信息的中频信号，从而得到发射机送来的信息。
与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也比较难以被截获。
只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获我方的通信内容。
基于MATLAB仿真的自适应跳频通信技术
基于MATLAB仿真的自适应跳频通信技术
跳频通信是二十世纪60年代发展起来的扩频抗干扰通信技术，因其较强的抗干扰能力，良好的多址组网能力而得到广泛应用。
但是，随着现代信号处理技术的快速发展，干扰机可以在较短的时间内确定跳频系统的跳频频率集，并针对性的施加干扰，使得常规的跳频系统已经无法保障通信的正常进行。
自适应跳频通信技术是在常规跳频技术的基础上，引入了以实时信道质量评估技术为核心的自适应控制技术。
它通过对跳频频率集中各个信道通信质量的实时评估，一方面自适应的进行信道调整，剔除被干扰的信道，大幅度的提高了系统抗阻塞式干扰的能力；另一方面自适应的调整信号发射功率，在不影响正常通信的前提下，尽可能的降低信号发射功率，提高了系统的抗截获能力。
本文主要做了以下工作：（1）针对常规跳频通信的缺点，在介绍跳频通信原理的基础上，构建了以实时信道质量评估技术为核心的自适应跳频通信系统模型，并对其数学原理以及通信过程做了研究。
（2）利用MATLAB软件构建了自适应跳频通信的仿真模型，并对自适应跳频通信的性能进行了仿真分析。
结果证明，自适应跳频通信比常规跳频通信具有更好的抗干扰性能。
（3）结合自适应跳频通信技术逐渐向着快速跳频发展的趋势，提出了以信噪比为依据的实时信道质量评估技术，并在此基础上对频率自适应控制和功率自适应控制方法进行了研究，较好的提高了系统的抗干扰能力和抗截获能力。
跳频通信系统技术研究及MATLAB仿真
262017年6月下 第12期 总第264期跳频通信技术(Frequency Hopping,FH)是扩频通信技术的一种重要方式,除此之外扩频通信还包括直接序列扩频(Direct Sequence,DS)、跳时(Time Hopping,TH)、线性调频和混合扩频[1]。
2016年6月16日蓝牙技术联盟发布了蓝牙5.0的蓝牙标准,它采用分散式网络结构,支持点对点及点对多点通信,能够连接多台设备,基于跳频和短包技术,使其拥有强抗干扰能力。
在战术通信中,跳频技术因其良好的抗干扰性能一直作为重要的通信技术被应用于军事装备上[2]。
因此,跳频通信技术的研究对于无线传输领域和军事通信方面都有着不可或缺的价值。
1 跳频系统工作原理跳频扩频系统将传输带宽分为很多互不重叠的频率点,按照信号时间间隔在一个或多个频率点上发送信号,传输信号根据伪随机发生器的输出来选择相应的频率点。
在发送端,信源产生的信息流与频率合成器产生的载波进行调制后,得到射频信号。
频率合成器产生的载波频率受P N 码产生器产生的伪随机码控制,伪随机码序列改变一次,载波频率随之改变一次。
伪随机码的码元宽度为c T ,则每隔时间c T ,载波频率跳变一次。
跳频系统的解调多采用非相干或者差分解调,因此调制方式多采用FM 和MFSK等可进行非相干解调的调制方式[3],本文仿真采用的是MFSK 调制方式,其原理框图如图1所示。
在接收端,接收到的信号与干扰信号经高放滤波后送至混频器。
接收机的本振信号也是一种频率跳变信号,跳变的规律由接收端的伪随机码控制,该伪随机码序列与发送端的伪随机码相同。
两个频率合成器产生的频率相对应且有一个频差1f ,1f 为接收机的中频[4]。
只要收发双方的伪随机码同步,就可以使收发双方的频率合成器产生的跳变频率同步,经过混频器后,就可以得到一个不变的中频信号,对此中频信号进行解调,就可以恢复出发送的信息。
此时混频器担当解跳器的角色,只要收发双方同步,就可将频率跳变信号转换为频率为1f 的中频信号[5]。
利用MATLAB实现跳频通信系统综述
利用MATLAB实现跳频通信系统摘要：随着无线通信不断快速的发展，跳频调制技术越来越受到人们的重视。
跳频通信是一种具有较强抗干扰能力的通信体制。
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，即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。
跳频技术是一种具有高抗干扰性、高抗截获得能力的扩频技术。
由于它的技术优势，跳频技术不仅在军事通信领域得到广泛的运用，在民用领域也有很好的表现。
本课题要求构建蓝牙跳频通信系统的各组成模块，包括信号传输，信号接收，谱分析和误码分析部分，了解和熟悉蓝牙跳频系统的特点，分析系统的运行及性能。
主要研究方法是MATLAB软件进行蓝牙跳频通信系统的仿真，通过各组成模块的连接与封装，运行并分析结果。
关键词：蓝牙，跳频，MATLAB，无线通信Realize Frequency Hopping Communication System Based onMATLABAbstract：With the rapid development of the wireless communications, people pay more and more attention to frequency hopping modulation techniques. Frequency hopping communication is a strong anti-interference communication system. The working principle is a communication mode which refers to the carrier frequency that sends and receives the signal according to rule to do dispersant change, that is applying the carrier frequency used in communication by pseudo-random code control and random changes hopping. Frequency hopping technology is a spread spectrum with high anti-interference and resistance ability. Frequency hopping technology not only being widely used in military communication areas, but also in civilian areas due to its technique advantages.This paper is to make up composed modules for the Bluetooth frequency hopping communication system, which including signal transmission, signal reception, spectral analysis and error analysis, as well as to know and have a deep understanding of the characteristics of this system, and also including analyzing the performance and its performance. The main research method is using matlab to make the simulation of the Bluetooth frequency hopping communication systems, run and analysis results by the simulation of each of the modules connection and encapsulation.Keywords: Bluetooth, frequency hopping, MATLAB, wireless communication目录第一章绪论 (1)1.1跳频通信形成背景 (1)1.2跳频通信的发展 (1)1.3论文组织结构安排 (2)第二章跳频通信系统 (3)2.1跳频技术概述 (3)2.2跳频的基本概念 (3)2.3产生跳频信号 (3)2.4跳频信号的发送与接收 (4)2.4.1 跳频信号的发送 (4)2.4.2跳频信号的接收 (4)2.4.3 正确接收跳频信号的条件 (5)2.4.4 跳频信号的波形 (6)2.5跳频通信的优势 (6)第三章蓝牙技术 (8)3.1蓝牙技术概述 (8)3.2形成背景 (8)3.3蓝牙技术特点 (9)3.4、蓝牙技术的运用及其前景 (10)第四章蓝牙跳频通信系统仿真设计 (12)4.1蓝牙跳频系统各部分介绍 (12)4.1.1 信号传输部分 (12)4.1.2信号接收部分 (15)4.1.3 频谱分析 (19)4.1.4误码分析部分 (20)4.2蓝牙通信系统仿真模型 (21)4.3系统运行分析 (21)第五章结论 (26)致谢...................................................... 错误！未定义书签。
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基于MATLAB的跳频通信系统仿真研究
1.1 研究背景与意义
随着军事的现代化进程的加快，未来战争将是以电子战、信息战的对抗为主，运用于军事设备中的跳频技术的性能研究也成为了各国关注的焦点，抗干扰、抗截获、抗衰落等性能的提高也成为跳频研究的发展方向。
同时，随着个人通信业务和蜂窝移动通信的发展，跳频技术在民用领域的运用也日趋成熟，在现有的DS/CDMA 系统中，远近效应是一个很大的问题。
由于大功率信号只在某个频率上产生远近效应，当载波频率跳变到另一个频率时则不受影响，因此跳频系统没有明显的远近效应，这使得它在移动通信中易于得到应用和发展。
在数字蜂窝移动通信系统中，如果链路间采用相互正交的跳频图案同步跳频，或者采用低互相关的跳频图案异步跳频，可以使得链路间的干扰完全消除或基本消除，对提高系统的容量具有重要意义。
此外，跳频是瞬时窄带系统，其频率分配具有很大的灵活性，在现有频率资源十分拥挤的条件下，研究跳频通信技术具有重要意义。
1.2 跳频通信技术的发展及研究现状
从 20 世纪 50 年代开始，西方国家就已经展开了对跳频技术的理论研究。
美国的Laboratories of Sylvania 率先研制出了世界上第一个实用的跳频通信系统Baffalo Laboratories Application of Digitally Exact Spectra，简称BLADES 系统，并在海军的 Mt. Mc Kinley 指挥舰上试验成功。
到了 70 年代，跳频通信技术快速发展，美、英、法等国的超短波跳频电台相继研制成功且应用于军事当中，其中以美国的INCGARS-V 和英国的 Jaguar 为典型代表。
到了80年代，跳频技术应用于实战当中，在英国的马尔维纳斯岛(福克兰群岛)战争与美国入侵巴拿马的战争中，参战部队都装备了跳频电台用于相互联络，取得良好效果。
到了1991年的海湾战争时，美、英、法等国部队大量装备了跳频电台用于军事指挥，如美国的SINCGARS、法国TRC-950、英国的Jaguar-V，成效斐然。
但是，由于不同参战国研制的跳频电台，标准各不相同，因此无法用于不同国家参战部队之间的相互联络。
到90年代末的科索沃战争时，北约各国参战部队普遍采用跳频技术用于通信，且实现各国通信互联。
自20世纪80年代开始，跳频技术开始应用于民用通信领域。
GSM系统率先采用跳频
技术，利用其具有的频率分集特点，以抵抗无线通信中的多径干扰。
家庭射频(Home RF)和蓝牙(Bluetooth)技术工作在充满各种干扰的ISM (Industry,Science and MedicaD频段上，同样采用了跳频技术以保证通信的正常进行。
随着调制技术、编码技术、微电子技术、特别是DSP技术和计算机网络技术的迅速发展，跳频技术在90年代又有了新的发展，目前跳频技术主要朝着以下几方面发展：
（1）跳频速率高速化
跳频速率是跳频系统载波频率跳变的速率，显而易见，载波跳变的速率越高，系统的抗跟踪式干扰能力越强。
跟踪式干扰是一类对跳频通信系统威肋、较大的干扰，它通过高速信号处理装置对监测到的跳频信号进行处理，迅速发现当前跳频信号的频率并将干扰信号调整到这一频率上。
跟踪式干扰机从检测信号、处理信号到最终将干扰信号调整到信号频率上需要一定的时间，这个时间必须小于跳频周期才能对跳频系统形成有效干扰。
跳频速率的提高意味着跳频周期的缩短，跟踪式干扰机必须有更加高效的信号检测与处理技术，这是现阶段很难达到的。
现在己经出现了较高跳速的跳频系统，如美国的CHES S系统，跳频速率可达到5000跳/s。
（2）频率范围不断扩展
跳频系统工作的频率范围越大，则系统可选择的信道越多，信道之间的间隔越大，抗阻塞式干扰的能力越强。
因此扩展跳频电台的频率范围，是提高跳频系统抗干扰能力的有效方式之一，目前国外己出现可工作在 1.6}SOMHz范围上的短波跳频电台，如美国的M508, RF-500, AN/PRC~132短波电台。
（3）数据传输速率得到了提高
为保证传递信息的可靠，短波通信的数据传输速率一直被限制在 2.4Kb/s左右，但近年来己取得了突破。
如美国Sanders公司的CHESS系统，采用差分跳频体制，其数据传输速率可以达到19.2kb/s。
（4）与其它抗干扰技术的综合应用
通信中常用的抗干扰技术除了跳频技术外，还有直接序列扩频技术、跳时技术、自适应天线技术、碎发通信技术、纠错编码和交织编码技术、分集技术等。
这些抗干扰技术各有其优势，如直接序列扩频技术信号隐蔽性好，跳时技术抗跟踪式干扰性能较强。