Simulink仿真系列-- 扩频通信-跳频扩频通信系统的原理和Simulink仿真

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1.数字调制简介：

      带通传输系统根据载波的不同参量可以分为：振幅键控（Amplitude Shift Keying,ASK）、频移键控（Frequency Shift Keying,FSK）和相移键控（Phase Shift Keying,ASK）。

    数字调制按照方法可以分为：

(1)多进制幅度键控（M-ASK）

(2)正交幅度键控（QASK）

(3)多进制频率键控（M-FSK）

(4)多进制相位键控（M_PSK）

   数字调制包括数模转换和模拟调制两部分：

                                      数字调制过程

2.扩频通信系统：

        数字扩频通信技术具有抗干扰能力强，信号发送功率低，以及多个用户可在同一信道内传输的优点。

    下图为数字扩频通信系统的框图。

                                            数字扩频通信系统基本框图

      为了正确地进行信号的扩频解扩处理，必须使接收机的本地PN序列与接收机信号中所包含的PN序列建立时间同步。（至于怎么同步，以后讲）

扩频通信系统按照工作方式分为以下几种：

1. 直接序列扩频系统
2. 跳频扩频系统
3. 跳时扩频系统
4. 混合式扩频系统

      扩频系统中，信号频谱的扩展是通过扩频码（伪随机码/PN码）实现的。扩频码中使用最广泛的是 m序列（最大长度序列），还有Gold序列、L序列和霍尔序列。（这些序列的原理有些复杂，暂时不讲。）

2.1直接序列扩频：

    公式太多，我就直接找资料截图了。

 

2.2跳频扩频系统：

      跳频扩频系统将传输带宽W 分为很多互不重叠的频率点，按照信号的时间间隔在一个或多个频率点上发送信号，根据伪随机发生器的输出，传输的信号选择相应的频率点，即载波的频率在" 跳变" ， " 跳变" 的规则由伪随机序列决定。跳频系统发射和接收部分框图如下图所示。跳频系统的数字调制方式可选择BFS K 或MFSK 。

    关于BFSK(2FSK)调制解调原理和Simulink仿真在之前文章已有介绍。以下做简要说明。

     如果采用BFSK（2FSK）调制方式，调制器在某一时刻选择f0和f1， 这对频率中的一个表示0 和1 进行传输， 合成州的BFSK(2FSK)信号发生器输出的载波频率为fc， 然后将这个频率变化的载波调制信号再送入信道。从P N 序列发生器中得到附个比特就可以通过频率合成器产生2^m-1 个不同频率的载波。

 

                                               调频系统发射和接收部分框图

           在接收机有一个与发射部分相同的P N 序列发生器， 用于控制频率合成器输出的跳变载波与接收信号的载波同步。在混频器中将信号进行下变频完成跳频的解跳处理。中频信号通过FSK解调器解调输出信息序列。

       在无线信道情况下，要保持跳频频率合成器的频率同步和信道中产生的信号在跳变时的线性相位是很困难的。因此，跳频系统中通常选用非相干解调的FS K 调制。

      对于跳频通信系统的有效干扰之一则是部分边带干扰， 设干扰占据信道带宽的比值为α ， 干扰机制可以选取一个α 值以实现最佳干扰，即误码率最大化。对于BFSK/FH 通信系统，最佳的干扰方案为:

 

至于BFSK(2FSK)的跳频扩频系统的Simulink仿真框图如下

                                        BFSK/FH系统性能仿真框图

 

3.总结：

   通过BFSK(2FSK)的跳频扩频系统框图，我们知道二进制的数字信号经过2FSK调制后，还需要再进行一次混频，而这次混频的载波是通过PN序列发生器而合成的频率。混频之后，理论上还有滤波，再经过功率放大器（PA）,之后的高频信号才会通过天线辐射出去。

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