基于Simulink的高速跳頻通信系統(tǒng)抗干擾性能分析
0 引 言
跳頻通信以其強抗干擾能力和高安全性在軍事通信領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著C4ISR系統(tǒng)要求的不斷提高,跳頻通信系統(tǒng)正向著跳速不斷提高,跳頻帶寬越來越大,跳頻圖案越來越復(fù)雜的方向發(fā)展。目前每秒鐘萬跳以上的高速跳頻已成為跳頻技術(shù)的發(fā)展方向。以美軍的JTIDS為例,其跳速能夠達到76 923跳/s,跳頻帶寬也達到了153 MHz。
本文將利用Matlab仿真軟件中的Simulink對采用MSK調(diào)制的高速跳頻通信系統(tǒng)進行仿真,并針對各種干擾樣式對其進行分析,并得出結(jié)論。
1 跳頻通信原理
跳頻就是用偽碼序列構(gòu)成跳頻指令來控制頻率合成器,并在多個頻率中進行選擇的移頻鍵控。所傳遞的信息碼與偽隨機序列模二相加(或波形相乘)構(gòu)成跳頻指令(即跳頻圖案),并由它隨機選擇發(fā)送頻率。跳頻通信系統(tǒng)的簡化框圖如圖1所示。
發(fā)送端的信息碼序列與偽隨機序列經(jīng)過調(diào)制后,按不同的跳頻圖案控制頻率的合成。在接收端,接收到的信號與干擾經(jīng)高放濾波后送至混頻器。接收機的本振信號也是一頻率跳變信號,跳變規(guī)律是相同的,兩個合成器產(chǎn)生的頻率相對應(yīng),但對應(yīng)的頻率有一頻差,正好為接收機的中頻。只要收發(fā)方的偽隨機碼同步,就可使收發(fā)雙方的跳頻源一頻率合成器產(chǎn)生的跳變頻率同步,經(jīng)混頻后,就可得到一個不變的中頻信號,然后對此信號進行解調(diào),就可恢復(fù)出發(fā)送的信息。而對干擾信號而言,由于不知道跳頻頻率的變化規(guī)律,與本地的頻率合成器產(chǎn)生的頻率不相關(guān),因此,不能進入混頻器后面的中頻通道,不能對跳頻系統(tǒng)形成干擾,這樣就達到了抗干擾的目的。在本文的實際仿真過程中,不考慮跳頻時鐘的不能同步的情況,即認為發(fā)送端和接收端的跳頻時鐘是完全同步的。
調(diào)制中采用的是MSK(最小頻移鍵控),就是h=0.5的CPFSK,由于具有連續(xù)的相位從而能夠獲得良好的頻譜特性,是擴頻技術(shù)中經(jīng)常運用的調(diào)制技術(shù)。其表達式為:
式中:ωc為載波角頻率;Ts為碼元寬度;αk為第k個碼元中的信息,取值為1或-1;ψk為第k個碼元的相位常數(shù),在時間(k-1)Ts≤t≤kTs內(nèi)保持不變。
2 高速跳頻通信系統(tǒng)仿真模型
利用Matlab中的Simulink對跳頻系統(tǒng)進行仿真,建立仿真模塊如圖2所示。
系統(tǒng)的主要性能參數(shù)有:系統(tǒng)的跳頻點64個,頻率間隔3 MHz,跳速為40 000跳/s,信道為高斯白噪聲信道(AWGN)。Bernoulli Binary Generator是信號源,用來產(chǎn)生一個10 Mb/s的二進制信號。該信號經(jīng)過調(diào)制以后與由偽隨機序列產(chǎn)生的跳頻載波相乘完成跳頻。跳頻擴頻后的信號在經(jīng)過AWGN信道之后,受到來自Subsystem noise模塊產(chǎn)生的人為干擾。在解調(diào)模塊里,包含人為干擾分量的信號與來自跳頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的跳頻信號的共軛(由Math Funetion完成)相乘,完成解跳,然后經(jīng)過解調(diào),恢復(fù)原信號。
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