利用MATLAB实现跳频通信系统.docx

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利用MATLAB实现跳频通信系统

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

RealizeFrequencyHoppingCommunicationSystemBasedonMATLAB

Abstract：

Withtherapiddevelopmentofthewirelesscommunications,peoplepaymoreandmoreattentiontofrequencyhoppingmodulationtechniques.Frequencyhoppingcommunicationisastronganti-interferencecommunicationsystem.Theworkingprincipleisacommunicationmodewhichreferstothecarrierfrequencythatsendsandreceivesthesignalaccordingtoruletododispersantchange,thatisapplyingthecarrierfrequencyusedincommunicationbypseudo-randomcodecontrolandrandomchangeshopping.Frequencyhoppingtechnologyisaspreadspectrumwithhighanti-interferenceandresistanceability.Frequencyhoppingtechnologynotonlybeingwidelyusedinmilitarycommunicationareas,butalsoincivilianareasduetoitstechniqueadvantages.

ThispaperistomakeupcomposedmodulesfortheBluetoothfrequencyhoppingcommunicationsystem,whichincludingsignaltransmission,signalreception,spectralanalysisanderroranalysis,aswellastoknowandhaveadeepunderstandingofthecharacteristicsofthissystem,andalsoincludinganalyzingtheperformanceanditsperformance.ThemainresearchmethodisusingmatlabtomakethesimulationoftheBluetoothfrequencyhoppingcommunicationsystems,runandanalysisresultsbythesimulationofeachofthemodulesconnectionandencapsulation.

Keywords:

Bluetooth,frequencyhopping,MATLAB,wirelesscommunication

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27

参考文献28

第一章绪论

1.1跳频通信形成背景

人们在进行无线通信时总是希望通信能够畅通和保密。

然而在通信的过程中经常会碰到一些信道拥塞、窃听、电子干扰等问题。

普通的电台无法避开窃听、信道拥塞的问题，因为它使用的是定频的发射和接收。

要想解决这些问题，只有运用跳频通信技术。

西方军事强国在20世纪中叶就开始相关抗干扰技术的研究，因此跳频通信最先在军事领域得到了发展。

20世纪80年代后，跳频通信开始在民生通信领域得到巨大的发展。

例如欧洲的GSM系统和法国的SFH900系统就是这方面的杰出代表。

1.2跳频通信的发展

跳频技术的不断向前发展，使其应用也越来越广泛。

战术电台中采用跳频技术的主要目的是提高通信的抗干扰能力。

随着科学技术的不断向前的发展，跳频技术也不断地成熟，现在跳频速率和数据速率越来越高。

未来跳频通信的发展方向是实现更高跳速和更高数据速率的跳频电台。

短波信道有很多自己的特点，它通过分析波段上的频率占有率的方式来避免自然的干扰和短波频谱被大量占用的不利影响。

它会自动地改变跳频序列来适应恶劣的环境在90年代，出现基于模糊规则的跳频图案产生器。

在这种系统中，由模糊规则以及采样模式来决定系统的输出序列。

它可以很大程度上提高系统的抗窃听能力和抗干扰能力，因为当窃听者不知道初始条件、模糊规则、采样模式三者中的任一个时，就不能预测出系统的输出频率，并且与传统的跳频码序列相比较其跳频序列更加均匀。

无论是在军事通信领域还是在民用通信领域，跳频通信都有着广泛的发展前景，各国都非常重视这方面的研究。

从宏观上看，跳频通信的发展趋势有一下几个方面：

跳频通信系统的“死敌”是跳速很高的跟踪式干扰。

为了使敌方没有可乘之机，各国竞相发展高速电台，通过加快跳速来提高系统抗跟踪式干扰的能力。

（1）优化跳频序列

跳频序列的性能对整体的系统性能至关重要。

在跳频通信组网时，其影响着跳频的同步性能和电台自身干扰的大小。

（2）全数字化实现

现代化战争对通信电台的要求日益增高，科学技术的发展相当的迅速，出现了功能强大的数字信号处理芯片为全数字化实现提供了坚实的基础。

.

（3）自适应跳频

随着通信技术发展，自适应跳频技术广泛的被运用于跳频通信，提高了通信的质量。

自适应跳频的指导思想是把干扰和频点相联系，只要系统能够自动改变跳频序列，自动跳到无干扰的频段上，自动识别干扰，那么系统就能够解决频段干扰带来的问题。

自适应跳频技术是自适应技术和跳技术相结合的产物，它在改善信噪比和误码率等方面也这无穷的发展潜力。

其取代普通的跳频通信电台已经成为一种必然的趋势。

1.3论文组织结构安排

这篇论文共分五章。

第一章：

绪论部分，主要介绍了调频通信系统的形成背景和发展情况。

第二章：

跳频通信系统。

重点介绍跳频通信技术的相关原理，技术特点等。

第三章：

蓝牙技术。

介绍了蓝牙技术的相关原理，其技术特点及运用前景等。

第四章：

蓝牙跳频通信系统仿真设计。

着重介绍蓝牙跳频通信系统的仿真实现，主要包括在MATLAB环境下仿真框图的实现以及功能。

蓝牙跳频系统仿真模型各个部分的设计原理和设计思路。

第五章：

结论部分。

对本次设计进行总结。

第二章跳频通信系统

2.1跳频技术概述

跳频是常用的扩频.方式之一，其工作原理是跳频通信系统的收发信号的载波频率受到伪随机变化码得控制而产生随机的变化。

从频域的角度上看，跳频信号的频谱在很宽的频带上进行不等间隔的随机跳变。

从时域的角度上进行分析，跳频信号是个多频率的频移键控信号。

核心部件是跳频控制器。

它包括的功能有：

跳频图案的的产生，同步和自适应控制等功能。

在跳频控制器的作用下频合器合成所需的频率。

跳频通信凭借其独特的技术优势在问世后的短短数十年间，倍受世.界各国，特别是军事强国的青睐。

2.2跳频的基本概念

跳频定义：

在无线传输中，射频频率按照某种特定算法发生的重复变化。

这种变化通常借助于扩频代码序列发生器。

跳频频技术，是指用伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱的一种方法。

通常我们在日常生活中接触到的都是定频通信，即在指定的频率上进行通信。

这种通信系统的抗干扰能力比较弱，在干扰严重的情况下会导致通信质量的大幅下降甚至通信中断。

跳频技术就可以很好地解决这个问题，实现系统的性能稳定。

此外，其隐蔽性强，不易被截获。

例如：

在现代战争中，在战争双方的通信对抗条件下，采用跳变通信就不容易暴露目标，信息不容易被截获，提高了战场生存那能力。

因此，跳频通信不管在军事领域还是民用领域都得到了广泛的运用。

跳频图案指的是跳频通信系统中载波频率变化的规律。

为了增强通信的安全性，经常采用伪随机改变的跳频图案。

对于通信的双方只有使用相同的跳频图案才能建立通信联系。

所谓“伪随机”，就是“假”的随机，实际上是有规律性可循的，在外人不知道跳频图案的情况下，是很难猜出其跳频的规律来。

2.3产生跳频信号

在定频通信系统中，载波频率和发射机主振荡器的振荡频率都是固定不变的。

主振荡器的频率必须根据控制指令而改变，只有这样才能得到跳频信号。

跳频器是产生跳频信号的装置。

它由跳频指令发生器和频率合成器组成。

信息在跳频通信系统可以以模拟或数字的方式传输，通过调制器的调制可获得副载波恒定的已调波。

已调波信号再和主载波频率信号进行混频，即可获得满足要求的载波频率，经过高通滤波器从天线发送。

2.4跳频信号的发送与接收

2.4.1跳频信号的发送

在时钟的作用下，跳频指令发生器不断地发出指令，频率合成器不停地改变其输出载波的频率。

从跳频信号产生过程可得出结论，不管是模拟或数字定频发送系统，装上一个跳频器即可成为一个跳频的发送系统。

图2-1发送部分

2.4.2跳频信号的接收

定频信号采用超外差式的方式进行接收，接收到的信号与本地振荡的频率相差一个中频，在进行混频以后产生了相应的组合波频率和频率恒定的中频信号。

在进入解调器之前，要先经过中频滤波器消除组合波频率。

解调器输出的就是要给接收端的信息。

接收机中的跳频器要受到同步指令的控制。

跳频器是跳频通信系统的关键部件，跳频同步则是跳频系统的该心技术。

图2-2接收部分

接收机本振信号的跳变规律和发送端的是相同的，其相应的的频率频差刚好是接收机中频。

当收发双方的伪随机码同步时，可使频率合成器产生的跳变频率同步，然后再通过混频器，可以得到中频信号，得到的中频信号再经解调恢复出发送的原始信号。

对于干扰信号