跳频通信系统仿真.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书资料大小：2.16M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文的研究背景

1.2现代通信系统的抗干扰技术发展

1.3通信系统中跳频技术的应用与发展

1.4本文主要工作和安排

第二章跳频系统的基本原理

2.1扩频通信系统概述

2.1.1扩频通信的基本原理及工作方式

2.1.2跳频系统的组成

2.1.3扩频码

2.2跳频图案的设计

2.2.1跳频图案概述

2.2.2跳频图案的性能参数

2.2.3跳频图案设计的一般要求

2.3跳频系统的同步技术

2.3.1同步的基本方法

2.3.2实际应用的同步方案

第三章跳频通信抗干扰性能分析

3.1对宽带噪声干扰的性能分析

3.2对部分频带噪声干扰的性能分析

第四章跳频系统的性能仿真

4.1仿真概述

4.2 GOLD序列的MATLAB实现

4.2.1 m序列的自相关特性及测试

2.2 Gold序列的实现及测试

4.3跳频通信系统仿真模型

4.4抗干扰性能仿真分析

4.4.1抗宽带阻塞干扰仿真结果分析

4.4.2抗部分频带干扰仿真结果分析

4.5扩频系统中的同步电路设计和仿真

4.5.1扩频码发生器

4.5.2解扩解调电路

4.5.3扩频码跟踪电路

4.5.4扩频码同步的实测效果

第五章结束语

5.1系统未来改进趋势

5.1.1网络化

5.1.2抗干扰技术

5.2总结

参考文献

致谢

山东大学硕士学位论文扩频通信系统中跳频技术的研究姓名：张晓川申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：马丕明;温树盛20080920

山东大学硕士学位论文摘要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于段。本论文对扩频系统中的跳频技术进行了研究，丰要内容包括：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。关键词：扩频；跳频：随机码；误比特率；抗干扰性

山东大学硕士学位论文Ia-,曼墨曼量曼曼置皇墨墨鲁奠置量量—田——■——■■■●—●●——■墨—量置皇寡暑!!曼皇詈詈曼皇墨寡鲁量—_■—■■●—___皇皇鼍詈曼量量詈詈詈詈■——■●—___曹皇皇—皇量_ABSTRACTSpread—spectrumtechniqueisakindoftechnologyofinformationtransmission．Itspreadsthespectrumbyusingthepseudorandomcodeandmakesitsbandwidthmuchwiderthantheminimumbandwidth．Frequency-hopping(FH)techniquehashighabilityofanti—interferenceandanti-fading．Asaresult，ithasbeenwidelyusedtopreventandreduceinterferenceinthefieldoftacticscommunications．ThisthesisstudiedtheFrequency-hoppingtechniqueinspectrumspreadcommunicationsystems，andthemainWOrkincluded：1．Thebasicprinciples，theworkingmodesandtheadvantagesofthespectrumspreadsystemsareintroduced．Undertypicalinterference，bit-error-rate(BER)performanceanalysisofFH／MFSKsystemisalsopresented．2．TheFHpatterndesignandsynchronizationinFHsystemarementioned．Fromtheviewofpractice，theappropriatesynchronizationschemeisgiveninthisthesis．3．Searchingandrealizationofthepseudorandomcodearestudied．Especially，thekeysandthedifficultiesofpseudorandomcodesearchingaresimulatedandanalyzedusingMatlab，whichincludesqueryofexcellencesequence、seekingfortheeigenphasicofm—sequence，andsearchforbalanceGoldcode．4．TheoreticalanalysisandsimulationofFH／2FSKsystemaregiveninthisthesis，includingfull-bandinterferenceandpartial—bandinterference．5．SimulationmodelofFHcommunicationsystemisbuiltbasedontheMatlab／Simulink,andtheresultsareshownusingGUItools．2Keywords：Frequency-hopping：Spectrumspread；Pseudorandomcode；Bit．error-rate；Anti—interference

原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段}．保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：导师签名：二弛期：≯嘶．．f口．砂r

山东大学硕士学位论文第一章绪论在复杂电磁环境下的战场保障通信系统中，为增加通信的抗干扰能力和保密性，一般采取跳频(Frequencyhopping，FH)或直接序列(DirectSequence，DS)扩频技术。直接序列扩频／跳频混合式通信系统，是将直接序列扩频技术与跳频技术相结合，是国内外公认的、在密集电磁频谱对抗环境下的现代战争中，最富有牛命力的抗干扰通信系统。自50年代中期，国外便开始对跳频通信进行研究，广泛应用于军事通信、电予对抗、导航、空间探测等各个领域，直到80年代初才被应用于民用通信领域。国内正式把扩频技术作为国家主要项目进行研究是在70年代初，到目前为止，在扩频序列、跳频图案、自适应跳频技术等方面都有了较深入的理论研究【I】。1．1论文的研究背景现代战争首先是电予战。战争中，哪一方掌握了电了战的丰动权，在电子战中取得了优势，就加大了在战争中取得胜利的筹码，而失去电子战优势的一方，将导致通信中断、指挥失灵、所属部队失控甚至泄密等事件的发生，要取得战争的胜利是很闲难的。因此电予战越来越受到世界各军事大国的重视，不惜投入大量的人力物力，对电予对抗技术进行研究，以便在电子战中占据主动，取得优势，进而夺取战争的胜利。随着日益增长的电了战威胁，军事通信的风险、易受到截获及干扰的程度也随之增加，抗干扰通信技术显得越来越重要。目前，扩频通信是抗干扰通信技术领域中的一个重要的发展方向。扩频通信具有一系列独特的优点，如抗干扰能力强、截获率低、信号隐蔽、保密等。正是由于扩频系统的这些特性，我军目前正下大力研发一批扩频设备来装备部队，目前已经有一批设备已经配发列装，如扩频无线双工电台车、战场视频侦查系统、战场快速应急通信系统等等，保密原因此处就不再详细列出。本课题作为国家“十五”武器装备科研项目的一部分，目的是进一步深化在低信噪比、高动态环境下混合扩频通信技术方面的研究，实现“动中通”功能，对跳频通信系统对抗典型干扰，包括宽带阻塞干扰、部分频带干扰、多频干扰以及跟踪干扰，从理论上分析抗干扰性能，并通过计算机仿真对理论分析的结果进

山东大学硕士学位论文行了验证，对于评估和提高军用跳频系统在复杂电磁干扰环境下的抗干扰性能具有十分重要的实际意义。1．2现代通信系统的抗干扰技术发展通信对抗是电子对抗的重要组成部分，其实质是敌对双方在通信领域内为争夺无线电频谱控制权而展开的电波斗争。通信对抗丰要包括侦察、干扰和电了防御。电了对抗技术的发展，促进了干扰和抗干扰技术的进步【21。通信中的干扰可分成两类：人为干扰和非人为干扰。人为干扰是一种故意干扰，是为了达到破坏对方通信的目的而实施的干扰。非人为干扰，大多来自自然界的干扰，如天气干扰、噪声等，这些干扰是客观存在的，我们对其只能是削弱，但不能消除掉。对于人为的干扰，我们不但可以削弱它，还可以消除它，在通信对抗中，就是要对人为干扰进行对抗。当前采用的抗干扰技术主要有：1．扩展频谱技术扩展频谱技术具有很强的抗干扰能力，可以抗击多种人为干扰，是发展十分迅速的一种抗干扰技术。2．加密技术采用加密技术，防止传送的信息被敌方截获、窃听，是保密通信中的一个重要技术下段。3．猝发式通信技术猝发通信在通信时间上有很大的随机性，在非常短的时间内，要将发送的信号发送出去，其它的时间则保持静默，使干扰机很难捕捉到信号，具有很强的抗干扰能力。4．零位天线技术零位天线技术是将天线方向图的零点对准干扰机，将丰瓣对准发信机，这样，对接收机而言，既能接收到有用信号，又可以将干扰信号大大地衰减，从而达到抗干扰的目的。5．分集技术分集技术包括空问分集、频率分集、角度分集、极化分集等，采用分集技术，可改善系统性能，提高系统抗干扰的能力。在众多的通信抗干扰技术中，扩频通信技术具有很强的抗干扰性能，其多址4

山东大学硕士学位论文能力、保密、抗多径等能力也倍受人们的关注，被广泛地应用于军事通信和民用通信中，是一种应用很成功而且效果较好的技术。1．3通信系统中跳频技术的应用与发展跳频通信是扩频通信的一个分支，它的突出优点是抗干扰性强，适合应用于军事领域。70年代末，第一部跳频电台问世以后，就预示着其发展势头锐不可挡。到了80年代，世界各国军队普遍装备跳频电台。这十年是跳频电台发展速度最快的十年。广泛使用跳频电台曾被称为80年代VHF频段无线电通信发展的丰要特征。90年代，跳频通信如虎添翼，在军用跳频通信领域已相当成熟的同时，跳频通信的应用又拓宽到民用领域。业内人士指出，跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段，称其为无线电通信的“杀于锏”。跳频通信是如此的神奇，因此自其问世至今，倍受世界各国特别是几大军事强国的青睐。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来越受到人们的密切关注。目前，跳频通信的理论和技术已很成熟[11。世界上第一个实用的跳频通信系统是Sylvania的BLADES系统，全称为BaffaloLaboratoriesApplicationofDigitallyExactSpectra，1955年开始研制，1963年安装在美国海军Mt．McKinley指挥舰上进行试验，采用跳频技术对抗敌方干扰。1982年，英国在马尔维纳斯群岛(福克兰群岛)战争中使用了跳频电台。1989年，美军入侵巴拿马，装备了200多部SINCGARS电台。1991年海湾战争中，美国海军陆战队紧急装备了2700部、陆军装备了2179部SINCGARS超短波跳频电台。海湾战争中，法军装备的是TRC一950超短波跳频电台，英军装备的是Jaguar-V超短波跳频电台，有效的抗干扰措施保障了己方的正常通信。美中不足的是，不同国家研制的跳频电台不完全兼容，在联合行动中，为了实现参战部队之间的通信联络，只能向低水平电台看齐，甚至不得不使用常规通信方式实现瓦通。之后，美国和北约加强了跳频电台的瓦联瓦通工作。1999年的科索沃战争和2003年的伊拉克战争中，多国部队的通信装备普遍采用了跳频技术。1995年2月美国Signal杂志报道了LockheedSanders公司用3年时间独立研制和开发的相关跳频增强型扩频(CHESS)通信系统。CHESS系统是以先进的数字信号处理技术及高速DSP芯片为基础设计的，它代表了新一代短波扩频技术。它用于增强频谱共享，同时

山东大学硕士学位论文提供一个可靠的高数据率(4800—19200b／s)的短波数据通信。其跳频带宽为2．56MHz，跳速高达5000Hops／s。信道探测用200跳，其余4800跳用于数据传输。若每个频率(跳)发送4比特数据。则可传输19．2kb／s数据；再采用编码效率为l／2的纠错码，则可实际传输9．6kb／s信息数据。若每个频率(跳)发送2比特数据，则纠错编码后可实际传输4．8kb／s信息数据，此种条件下误码率很低。美国国防信息系统局(DISA)鉴定，通过利用相关快速跳频技术，CHESS获得了理想的性能，具有无干扰扩频、频谱复用、减少多径衰落影响以及降低干扰等特性，是目前最先进的宽带快速跳频通信系统【2】【3】。1．4本文主要工作和安排论文共分五章，全文安排如下：第一章绪论，主要介绍了课题来源，研究背景及意义，并简要介绍当前通信抗干扰技术的发展。第二章跳频通信系统的基本原理，介绍了概念、数学模型、主要技术指标、关键技术等。第三章在第二章跳频基本原理的基础上，对跳频系统在宽带阻塞干扰、部分频带干扰的情况下的抗干扰性能进行了深入的理论分析。第四章对跳频通信系统的基本性能进行仿真分析，给出跳频通信系统仿真模型及跳频随机码的相关性测试，介绍并给出仿真结果并与理论分析的结果进行比较分析，得出结论，最后分析了跳频系统的未来改进方向。第五章对全文进行总结，并对后续研究工作提出建议。6

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