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

Realize Frequency Hopping Communication System Based on

MATLAB

Abstract：With the rapid development of the wireless communications, people pay more and more attention to frequency hopping modulation techniques. Frequency hopping communication is a strong anti-interference communication system. The working principle is a communication mode which refers to the carrier frequency that sends and receives the signal according to rule to do dispersant change, that is applying the carrier frequency used in communication by pseudo-random code control and random changes hopping. Frequency hopping technology is a spread spectrum with high anti-interference and resistance ability. Frequency hopping technology not only being widely used in military communication areas, but also in civilian areas due to its technique advantages.

This paper is to make up composed modules for the Bluetooth frequency hopping communication system, which including signal transmission, signal reception, spectral analysis and error analysis, as well as to know and have a deep understanding of the characteristics of this system, and also including analyzing the performance and its performance. The main research method is using matlab to make the simulation of the Bluetooth frequency hopping communication systems, run and analysis results by the simulation of each of the modules connection and encapsulation.

Keywords: Bluetooth, frequency hopping, MATLAB, wireless communication

目录

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 ...................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ................................................................. 27

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

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图 4—11 Math Function

79-MSK参数设置：蓝牙采用79-MSK调制方式，产生79个不同的载波频率，每个符号采样62500个。

图4—12 79-MFK模块设置窗口

对Product 模块进行参数设置，将输入的端口数设为2，采样时间设为默认值。

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图4—13 Product模块参数设置窗口

对2-FSK进行参数设置，将每符号采样数设为100个，频率间隔设为10Hz。

图4—14 2-FSK模块参数设置窗口

（2）Dis-assemble Packet 子系统

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Dis-assemble Packet 子系统内部结构如图11所示，由于经信道传输产生延迟，因此在Dis-assemble Packet中增加延迟Integer Delay, 采样延迟设置为10。子系统各模块设置如下：

图4—15 Dis-assemble Packet子系统

4.1.3 频谱分析

谱分析结构图及参数设置如下:

图4-16 频谱分析模块

对Frequency hopping code 模块进行参数设置：跳频码用随机整数发生器生成79个随机整数，采样时间设置为1/1600s

图4—17 Frequency hopping code 模块参数设置窗口

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图4-18 Hop Frequency 模块参数设置窗口

4.1.4误码分析部分

误码分析部分框图及参数设置如下:

图4-19 误码分析模块

图4-20 Error Rate Calculation模块参数设置窗口

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对Display进行参数设置，将其显示格式为短整型。

图4-21 Display参数设置窗口

4.2 蓝牙通信系统仿真模型

图4-22 整个系统的仿真框图

4.3 系统运行分析

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在上面给出的仿真条件下，观察仿真运行情况。系统仿真结果频谱如下图所示，在频率范围-39MHz—39MHz内，产生20个分贝的随机跳频脉冲。其中所得到的输入波形、输出波形、经过信号和不经过心道的波形如下所示：

图4-23 信号源生成的随机信号

图4-24 接收端接收到的信号

此时的误码率为0.4968

图4-25 信号源生成的随机信号

图4-26 接收端接收到的信号

此时误码率为0.4951

图4-27 不经过信道已调信号的波形

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图4-28 经过信道已调信号的波形

图4-29 不经过信道已调信号的波形

图4-30 经过信道已调信号的波形

图4-31 不经过信道已调信号的波形

图4-32 经过信道已调信号的波形

图4-33 不经过信道已调信号的波形

图4-34 经过信道已调信号的波形

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图4-35 不经过信道已调信号的波形

图4-36 经过信道已调信号的波形

图4-37不经过信道已调信号的波形

图4-38 经过信道已调信号的波形

图4-39 不经过信道已调信号的波形

图4-40 经过信道已调信号的波形

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图4-41 不经过信道已调信号的波形

图4-42 经过信道已调信号的波形

从上面的波形比较，可以看出经过蓝牙跳频通信系统扩频之后所得到的跳频信号频率在-39MHz~39MHz之间随机的跳动，蓝牙通信系统的工作原理得到了验证，设计的要求得到了实现。

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第五章 结论

随着通信技术的广泛应用，无线传输频道越来越拥挤，频道资源也越来越紧张，干扰多且非常严重，而扩展频谱通信可以很好地解决这些问题，并提高更高的保密性能，因此扩频通信技术得到了快速的发展和广泛的应用。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。它不仅在军事应用的领域中得到广泛的应用，在民用领域也有着无穷的发展潜力。

本文就是针对跳频通信系统，重点介绍了跳频通信的技术原理的基础上，借助MATLAB进行蓝牙跳频通信系统的建模仿真。

首先，本文第1、2章介绍了跳频技术的一些基本得概念，相关的系统参数，跳频通信系统的相关实现原理，其中重点介绍了通信系统发生与接收部分，以及与定频通信相比跳频通信的优势等并给出了跳频通信系统的组成框图。

其次，在第3章中对蓝牙技术进行了比较详细的介绍，文中介绍了蓝牙技术的概况，形成背景，蓝牙技术特点，以及其运用和发展前景。

在经过前三章的理论分析和准备以后，在第四章中对蓝牙跳频通信系统在MATLAB中的仿真设计进行介绍。详细的介绍了蓝牙跳频通信系统的各个模块，包括信号传输模块，信号接收模块，频谱分析模块，误码分析模块等，不仅介绍了相关原理而且给出了相关的原理框图和各模块的参数设置。

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参考文献

[1]袁东东．混沌保密通信技术在军事通信上的应用[D]．天津：南开大学硕士学位论文，2005． [2]马玉松．差分跳频通信中跳频图案的研究[D]．天津大学，2002．

[3]陈太坤．蓝牙无线个人域网的设计及其TCP性能研究[D]．华中科技大学，2003． [4]郭锋．蓝牙数据传输性能增强技术研究[D]．西安电子科技大学，2007． [5] 秦宏武．个智能家居无线网络系统的研究与实现[D]．哈尔滨工业大学，2005． [6] 黄鑫．蓝牙跳频算法研究及基带跳频的VLSI实现[D]．西安电子科技大学，2007． [7] 崔承毅．蓝牙基带IP核研究与设计[D]．大连理工大学,2004．

[8] 邵佳．MATLAB/SIMULINK通信系统建模仿真与实例讲解[M]． 北京：电子工业出版社,2005． [9] 梅文华．跳频通信．北京：国防工业出版社，2005，1-20． [10] 朱近康．CDMA通信技术[M]．北京：人民邮电出版社.2001，9． [11] 樊昌幸．通信原理．北京．国防工业出版社，200l，45-46． [12] 王秉多．扩频通信[M]．天津大学出版，1993，8．

[13] 阎戴敏．跳频通信技术及其应用与发展[J]．2000，3，（64）：40-43． [14] 吴荣光．外国军用移动通信系统的技术特点[J]．2000，7，32-34． [15] 梅文华．跳频通信[M]．国防工业大学出版社，2005，4． [16] 王立宁．MATLAB于通信仿真[M]．人民邮电出版社，2005．

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参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ssrg.html