matlab控制信号发生器,Matlab 跳频信号发生器

摘要：随着扩频通信技术在民用通信中的深入应用，以及在卫星通信、深空通信、武器制导、GPS全球定位系统和跳频通信等民用和国防军事通信的强烈需求下，扩频通信技术已占据着越来越重要的地位。跳频通信正是扩频通信的一种重要实现方式，它具有抗干扰、抗衰落、抗截获能力，兼有能多址组网等诸多优点。在现代军事通信尤其是战术抗干扰电台当中，跳频通信技术获得了广泛的应用。

本课题利用Matlab仿真平台对跳频信号发生器进行设计，主要进行了以下几个方面的研究工作：

1．通过对扩频技术以及跳频通信相关知识的了解，进一步掌握跳频信号发生器设计的关键技术，主要包括：跳频信号的产生、跳频图案的设计和BPSK调制原理。

2．利用Matlab平台进行软件设计，主要包括： BPSK调制信号的产生、跳频载波信号的产生和跳频信号的生成。

3．利用Matlab软件对跳频信号的频谱性能进行分析。

通过上述毕设课题的设计，不仅加强了在跳频理论方面的理解，而且通过软件仿真很好地实现了跳频信号发生器的功能。

目   录

前言

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 扩频通信的基本概念及主要特点

1.3 扩频通信的基本方式

第二章 跳频通信

2.1 跳频系统概述

2.2 跳频信号的发送和接收)

2.3 跳频图案的设计

2.4 BPSK调制原理

第三章 跳频信号发生器的仿真实现

3.1 Matlab语言介绍

3.2 跳频信号发生器设计流程

3.3 跳频信号发生器的程序设计

3.4 跳频信号的特性分析

第四章 结论

参考文献

致谢

附录

前   言

当今信息时代，如何有效地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。跳频(Frequency Hopping，FH)方式是一种常用的扩频方法。所谓跳频方式是使伪随机序列控制信号载波的中心频率以一定的速率和顺序在一组频率中随机地跳动，接收端以相应的速度和顺序接收并解调。由于频率跳变的不确定性，所以能很好地实现保密通信。

在本次设计中，使用了MATLAB来实现跳频信号发生器的仿真。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。在跳频信号发生器的具体设计过程中，利用MATLAB语言编写程序以实现整个跳频信号发生器的功能。

本论文共分四章：第一章是绪论部分，主要介绍扩频通信的发展历程和基本理论。第二章重点介绍跳频通信系统的知识，包括跳频通信的基本原理、模型、主要特点以及跳频图案的设计原理，此外，还简单介绍了BPSK调制原理。第三章着重介绍跳频信号发生器的仿真实现，主要包括在MATLAB环境下跳频信号发生器中各功能模块的仿真实现，并给出了各模块的源程序以及仿真结果。本论文的总结将放在第四章。

第一章 跳频通信

2．1 跳频系统概述

2.1.1 跳频通信的定义及原理框图

跳频通信系统(FH-SS)是用户的载波频率按某种跳频图案(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2.1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。跳变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。跳频序列习惯上被称作跳频指令，跳变频率合成器被称作跳频合成器。

信息信号被载波调制后形成跳频信号，经过信道传输被接收机接收。接收机首先从发送来的跳频信号中提取跳频同步信号，使接收机中被本地伪随机序列控制的频率跳变与接收到的跳频信号的频率跳变同步，产生与发射机频率完全同步一致的本地载波，这个过程称为解跳，再用本地载波与接收信号作解调(载波解调)，可获得携带有信息的信号，从而得到发射机发送来的信息，实现跳频通信。

2.跳频的意义

通常人们所接触到的无线通信系统都是载波频率固定的通信系统，如无线对讲机，汽车移动电话等，都是在指定的频率上进行通信，所以也称作定频通信。这种定频通信系统，一旦受到干扰就将使通信质量下降，严重时甚至使通信中断。例如：电台的广播节目，一般是一个发射频率发送一套节目，不同的节目占用不同的发射频率。有时为了让听众能很好地收听一套节目，电台同时用几个发射频率发送同一套节目。这样，如果在某个频率上受到了严重干扰，听众还可以选择最清晰的频道来收听节目，从而起到抗干扰的效果。但是这样做的代价是需要很多频谱资源才能传送一套节目，如果在不断变换的几个载波频率上传送一套广播节目，而听众的收音机也跟随着不断地在这几个频率上调谐接收，这样，即使某个频率上受到了干扰，也能很好地收听到这套节目，这就变成了一个跳频系统。

在敌我双方的通信对抗中，敌方企图发现我方的通信频率，以便于截获所传送的信息内容，或者发现我方通信机所在的方位，以便于引导炮火摧毁。定频通信系统容易暴露目标且易于被截获，这时，采用跳频通信就比较隐蔽也难以被截获。因为跳频通信是“打一枪换一个地方”的游击通信策略，使敌方不易发现通信使用的频率，一旦被敌方发现，通信的频率也已经“转移”到另外一个频率上了。当敌方摸不清“转移规律”时，就很难截获我方的通信内容。因此，跳频得到了广泛的研究和应用。

3.跳频信号的特点

(1).抗干扰能力强；

(2).具有选址能力，可实现码分多址通信；

(3).在多径和衰落信道中传输性能好；

(4).易于和其他调制类型的扩展频谱系统结合；

(5).易于与现有的常规通信体制兼容。

2.2 跳频信号的发送和接收

2.2.1 跳频信号的发送

在传统的定频通信系统中，发射机中的主振荡器的振荡频率是固定设置的，因而它的载波频率是固定的。为了得到载波频率是跳变的跳频信号，要求主振荡器的频率应能遵照控制指令而改变。这种产生跳频信号的装置叫跳频器。

通常，跳频器是由频率合成器和跳频指令发生器构成的，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。在时钟的作用下，跳频指令发生器不断地发出控制指令，频率合成器不断地改变其输出载波的频率。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的就是跳频信号。

跳频器输出的跳变的频率序列，就是跳频图案。因此，有什么样的跳频指令就会产生什么样的跳频图案。通常，是利用伪随机发生器来产生跳频指令的，或者由软件编程来产生跳频指令。所以，跳频系统的关键部件是跳频器。更具体地，是能产生频谱纯度好的快速切换的频率合成器和伪随机性好的跳频指令发生器。

由跳频信号产生的过程可以看出，不论是数字的或模拟的定频发送系统，在原理上，只要加装上一个跳频器就可变成一个跳频的发送系统。但是在实际系统中尚需考虑信道机的通带宽度。

2.2.2 跳频信号的接收

定频信号的接收设备中，一般都采用超外差式的接收方法，即接收机本地振荡器的频率比所接收的外来信号的载波频率相差一个中频，经过混频后产生一个固定的中频信号和混频产生的组合波频率成分。经过中频带通滤波器的滤波作用，滤除组合波频率成分，而使中频信号进入解调器。解调器的输出就是所要传送给收端的信息。

跳频信号的接收，其过程与定频的相似。为了保证混频后获得中频信号，要求频率合成器的输出频率要比外来信号高出一个中频。因为外来的信号载波频率是跳变的，则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，这样才能通过混频获得一个固定的中颇信号。本地跳频器产生的跳频图案应当比接收信号的跳变载波高出一个中频，并且要求收、发跳频完全同步。所以，接收机中的跳频器还需受同步指令的控制，以确定其跳频的起、止时刻。

2.2.3 正确接收跳频信号的条件

跳频系统要实现跳频通信，正确接收跳频信号的条件是跳频系统的同步。 跳频系统的同步是关系到跳频通信能否建立的关键。

同步的含义是：跳频图案相同, 跳变的频率序列(也称频率表)相同，跳变的起止时刻(也称相位)相同。因此，为了实现收、发双方的跳频同步，收端首先必须获得有关发端的跳频同步的信息，包括采用什么样的跳频图案，使用何种频率序列，在什么时刻从那一个频率上开始起跳，并且还需要不断地校正收端本地时钟，使其与发端时钟一致。

系统的同步包括以下几项内容：

1.收端和发端产生的跳频图案相同，即有相同的跳频规律。

2.收、发端的跳变频率应保证在接收端产生固定的中频信号，即跳变的载波频率与收端产生的本地跳变频率相差一个中频。

3.频率跳变的起止时刻在时间上同步，即同步跳变，或相位一致。

4.在传送数字信息时，还应做到帧同步和位同步。

参考文献

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