1、 2012 届毕业设计开题报告 题 目 基于 MATLAB 的快跳频通信系统仿真 专 业 电子信息工程 姓 名 班 级 指导教师 起止日期 2012 年 2 月 2012 年 6 月 2012 年 03 月 01 日 KC017-2 毕业设计开题报告 一、课题的来源与现状 当今信息时代，如何有效的利用宝贵的频带资源，如何进行准确可靠的信息通信是通信领域中至关重要的问题。扩频通信正是在这种背景下迅速发展起来的。快跳频通信是扩频通信的一种实现方式，在抗干扰和保密性方面，它是扩频通信中很好的通信方式。在具体的实现上，跳频通信是一个用户的载波按某种跳频图案（伪随机 跳频序列）在很宽的频带范围内随机的跳
2、变。由于频率跳变的不确定性，所以很好的实现了保密通信。 MATLAB 是一种功能强大的 软件，在统计、信号处理、人工智能以及通信领域得到了广泛的应用。本课题是用 MATLAB 实现快跳频通信系统的仿真。在统计、信号处理、人工智能以及通信领域得到了广泛的应用。在快跳频系统的设计中，主要用到 SIMULINK 和 COMMUNICATION BLOCKS两个工具箱。在具体实现过程中，还要结合用 MATLAB语言编写的程序实现整个过程的设计。 二、 设计要求 1掌握 MATLAB 语言 2掌握 快跳频通信 原理 3 完成对 快跳频通信系统的仿真 三、工作内容 本设计是基于 MATLAB的快跳频通信系
3、统仿真， 快跳频 通信系统通常是指跳频速率大于信息传输速率的跳频通信系统。作为扩频通信体制中的一种重要类型，快速跳频系统因其出色的抗干扰、抗截获和抗人为阻塞能力，在当前军事通信和民用通信研究领域引起了广泛的关注。本文采用 m序列作为伪随机序列，并用它来控制频率合成器产生跳频频率。此基础上，完成了一个完整的快跳频通信系统的设计方案，并采用MATLAB中的 Simulink软件对这个快跳频通信系统进行了仿真和分析。 在 Simulink 中，包含有七个模块库，分别为信源库（ Sources Library）、信宿库（ Sink Library）离散库（ Discrete Library）、线性库（
4、 Linear Library ）非线性库 (Nonlinear Library) 、连接库（ Continuous ）、 数 学 库 （ Math Library ）、 信 号 与 系 统 库（ Signals&Systems Library ）、 专 用 模 块 和 工 具 箱 集 合（ Blocksets&Toolboxes）共 10 个模块库。另外，在 SIMULINK 工作窗口的右下还有一个 Demos 图标，它提供仿真的各种例子。双击某个库的图标，可以进入下一级的窗口，窗口中排列这该模块库包含的图标以及名称。 四、设计方案 快跳频通信系统（ FFH）是一个用户的载波频率按某种跳频图
5、案（伪随机调频序列）在很宽的频带范围内跳变的通信系统，如图 1 所示。信息信号经过波形调制（信息调制）后，送入载波调制。载波由跳变序列（伪随机序列）控制跳变频率合成器来产生，其频率随跳频序列的值的改变而改变，因此，载波首先被跳变序列调制，称作跳频调制。频率合成器受跳频序列控制，当跳频序列值改变一次时，则载波频率跳变一次。信号经过载波调制后形成跳频信号。 在发送端，跳频调制采用伪随机码序列和多进制频移键控相结合的方式，即在发端采用一个伪 随机发生器产生一个伪随机序列，用它去控制频率合成器的输出频率，使之按伪随机方式从 2n-1个频率的集合中选取发送频率，这样得到的信号就是跳频信号。 在接收端，为
6、了解调出跳频信号，需要一组与发送端相同的本地伪随机序列发生器，去控制本地频率合成器，产生一列与发射信号差一个中频频率的跳频信号，其速率相同、起止一致。这样，跳频信号在混频器中与接收信号差频出一个不跳变的中频解跳信号，在经中频窄带滤波器后，把不需要的干扰抑制掉，再由信息解调器恢复出有用的原始数据，从而实现了快跳频通信。 图 1 快 跳频通信系统工作原理图 五、技术路线 Simulink 是 MATLAB 中的一个建立系统方框图和基于方框图级的系统仿真环境，使用 Simulink 可以更加方便地对系统进行可视化建模，并进行基于时间流的系统级仿真，并且仿真结果可以近乎“实时”地通过可视化模块，如示波
7、器模块等显示出来，使得系统仿真工作大为方便。信 源 信息调制 跳频调制 PN码发生器 跳变频率合成器 信 道 解 跳 信息解调 跳变频率合成器 PN 码 发生器 同 步 Simulink 使得用户可以用鼠标操作将一系列可视化模块连接起来，避免了编写 MATLAB 仿真程序，简化了仿真建模过程。 在这次设计中，我是在首先设计好的 2FSK 的调制与解调基础上，再把设计的快跳频子系统模块添加 上去，经过进一步的调试，最终确定。快跳频通信系统的仿真结构框图如图 2 所示。 图 2 快跳频通信系统的仿真结构框图 图 3 2FSK 调制模块的仿真框图 在图 2 中可以看到，图 3、 4、 5 是其子系统
8、模块。该快跳频通信系统按功能可以划分为五个部分：信号生成部分、发送部分、跳频调制部分、接收部分和判决部分。 图 4 跳频子系统的仿真框图 图 5 2FSK解调模块的仿真框图 （一）信号生成部分 信号生成部分是利用随机整数信号发生器（ Random-integer Generator）来产生，该模块的参数设置是产生二进制随机序列信号，采样时间设为 1，即 1 秒产生一个码元。它产生的是频率为 1HZ 的二进制随机信号，如图 6 中发送信号部分所示。 （二）发送部分 由信源产生的二进制随机信号先通过频率键控来产生一个 2FSK信号（发送“ 1” 所用的载波频率为 f1=1HZ；发送“ 0”所用的载
9、波频率为f2=3HZ），如图 6 中 2FSK 已调信号部分所示。 在进行跳频调制时，把跳频子系统模块产生的信号与产生的 2FSK 信号进行相乘 （即跳频调制），产生的信号如图 6 中跳频调制信号部分所示，然后把跳频调制信号经过信道发送过去。信道是叠加有 加性高斯白噪声的信道。 （三）接收部分 在接收端首先进行解跳，即用跳频子系统模块产生的跳频信号与经过信道后接收的跳频调制信号进行乘法运算，得到的是跳频解调信号，如图 6 中 跳频解调信号所示。接着进行 2FSK 的相干解调，仿真结构框图如图 5所示。图中的两个带通滤波器分别滤出频率为 f1及 f2 的信号，它们的输出分别与相应的相干载波相乘，
10、再分别经过低通滤波器提取出含有基带数字信息的低频信号。 图 6 示波器显示的部 分波形 图 7 示波器显示的部分波形 图 8 示波器显示的部分波形 （四）判决部分 对解调信号的判决，是通过对上下两支路的低频信号进行比较来作出判决的。该判决部分由常数发生器、一个比较器以及误码率计算部分构成。比较器将码元的相关峰值与门限值比较，若相关峰大于门限则该码元判为“ 1”，其余的均判为“ 0”。设上支路信号为 X1（ t），下支路信号为 X2（ t）。当 X1（ t）大于 X2（ t）时，判为“ 1”；当 X1（ t）小于 X2（ t）时，则判为“ 0”。最后恢复的信号如图 8 所示。 误码率的计算过程是
11、 由一个误码仪来实现的。它将发送端的信息码元经过一定延迟后与接收端恢复出的码元进行比较，若两者不同则认为码元传输错误，最后将误码个数除以总的传输码元个数，即得到误码率。在图 2 中的误码率计算部分，上面的输入信号是发送端的原始信息，下面的输入信号是接收端恢复出的信号，送入误码仪以后完成比较、统计和图形用户界面的生成功能。从误码率计算的显示模块可以看到该快跳频通信系统的误码率为 0.05。 （五） 跳频子系统模块 跳频子系统的设计是这次毕业设计的关键。快跳频通信是指频率的跳变速度大于信息传输速率的通信系统。在本次设计中 ，为了便于观察各点信号，特设信息的传输速率 1bit/s，频率的跳变速度为
12、2h/s，如图6 和 7 所示。在跳频子系统中， 跳频信号的产生过程： PN Sepuence Generator 产生采样周期为 0.5，周期为 15 个码元的 m序列。通过 Buffer将单列的二进制序列编排为 2 列二进制数，通过 Bit to Integer Converter 后变为整数。通过初值设为 2的 Unbuffer及 Zero-Order Hold（采样时间设为 0.1）后，伪随机序列发生器产生的二进制序列变成了与之相应的整数，馈送到 VCO 的控制输入端 。 六、 预期目标 1、在老师的指导下，设计 基于 MATLAB 的快跳频通信系统 的设计 。 2、完成系统的调试与仿
13、真。 七、 时间安排 第 1、 2、 3 周，查找资料，掌握 MATLAB 语言。 第 4、 5、 6 周，熟悉 快跳频通信原理 。 第 7、 8、 9 周，系统设计。 第 10、 11、 12 周，编程、调试和系统仿真。 第 13、 14、 15周写论文报告，完成设计 八、参考文献 1 查光明 ,熊贤祚 . 扩频通信 M , 西安 : 西安电子科技大学出版社 , 1997 2 聂伟 , 郭梅花 , 张永杰 . 跳频通信系统的研 究与 Matlab 仿真 J, 现代电子技术 , 2010 年第 13 期 3 赵守彬 . 基于 MATLAB 的跳频通信系统仿真 J, 科技信息 , 2010 年第
14、 24 期 4 叶金来、黄洁、江桦。中频信号正交解调原理与实现，福建工程学院学报； 2004 年 6 月 5 薛巍、向敬成、黄怀信。基于门限估计的直扩通信系统窄带干扰变换域抑制方法，电子与信息学报； 2003 年 7 月 v01 25 No 7 pp990 994 6 王钢、刘毅鹏。载波同步技术的研究，通信技术： 2003年第 l 期，总第 133期 7张大亮、黎勇。 扩频通信系统及 Matlab 仿真，自然科学报： 2008 3 8顾雪琳、李或、纪成军、梁鹏。 3G 标准与演进策略，通信世界； 2004年 6 月 9 夏海敏。丰富的 CDMA 扩频通信经验 通往 3G 的捷径信息技术与标准化； 2004(4) 10 姚富强，刘忠英短波高速跳频 CHESS 电台 G 函数算法研究 J电子学报， 2001， 29(5)： 664-667 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见和对毕业设计结果的预测）： 指导教师： 年 月 日 系部意见： 系主任： 年 月 日 注：开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师的指导下，由学生填写，经导师签署意见及系部审核后生效。
