【MATLAB源码-第264期】基于matlab的跳频通信系统仿真，采用MSK调制方式，差分解调；输出误码率曲线和各节点波形图。

news2024/9/27 1:10:17

操作环境：

MATLAB 2022a

1、算法描述

跳频通信系统是一种能够提高通信抗干扰能力的技术，它通过在传输过程中不断地改变载波频率来避开干扰或者窃听。在这套跳频通信系统中，我们采用了最小频移键控（MSK）作为调制方式，同时使用差分解调技术来恢复原始信号。整个系统包括调制、跳频、信道传输、解跳、解调以及误码分析等多个环节。本文将详细描述该系统的原理和工作流程，并解释每个步骤在整个通信链路中的作用。

首先，系统的核心思想是通过对待发送信息进行调制，然后利用跳频技术使得信号在不同的频点上进行传输。在解调阶段，接收端需要执行相应的解跳操作以恢复出基带信号，最终通过差分解调还原出原始的二进制信息。

系统的初始化设置

在该系统中，初始化步骤非常重要。我们首先确定了系统的基本参数，包括信息的传输速率、跳频速率、采样率以及跳频带宽。这些参数直接决定了系统的性能和跳频信号的特性。传输速率决定了每秒钟可以传输多少个比特，而跳频速率则确定了频率切换的频率。系统在跳频时，必须确保每跳发送的比特数目是整数，这样可以避免频率切换过程中出现数据丢失或混乱的情况。此外，采样率和带宽决定了信号的解析度和频谱范围，从而影响跳频信号的调制和解调效果。

调制

调制是信号处理的核心步骤之一。在本系统中，我们采用了MSK调制技术。MSK是一种特殊形式的频移键控（FSK），它通过使两个连续的比特之间的相位变化最小化，来实现高效的频率调制。与其他调制方式相比，MSK具有更好的频谱效率和较强的抗干扰能力，适合在跳频通信系统中使用。在调制过程中，系统会将输入的二进制比特流转换为一个复基带信号，这个信号是调制后的载波信号，准备通过跳频技术在不同频点上传输。

跳频

跳频是该系统中实现抗干扰能力的关键技术。在跳频过程中，系统会根据预设的跳频序列，将调制后的信号映射到不同的频率上进行传输。跳频序列是随机生成的，目的是使得每个比特的频谱分布在不同的频率上，这样可以有效避免固定频段上的干扰或窃听。通过频率不断变化，外部干扰或信号截获者很难准确地跟踪信号，从而增强了系统的安全性和鲁棒性。跳频技术不仅能对抗恶意干扰，还能减少多径效应对信号传输的影响，使得信号在复杂的无线信道中仍然具有较好的传输性能。

信道传输

在实际的通信系统中，信号传输不可避免地会受到噪声的干扰。为了模拟这一过程，我们在跳频信号传输的过程中加入了高斯白噪声。通过引入噪声，可以更真实地模拟实际通信环境中的信号衰减和干扰情况。信号经过信道传输后会被噪声污染，接收端需要对信号进行处理，以便从噪声中提取出有效的传输信息。

信道传输是整个通信系统的核心环节之一。在信道中，信号可能会受到多种干扰因素的影响，包括热噪声、电磁干扰以及其他信号源的干扰等。因此，接收端需要具备较强的抗干扰能力和信号恢复能力。

解跳

解跳是跳频通信系统的一个重要步骤。在信号经过信道传输之后，接收端首先要进行解跳操作，以便恢复出基带信号。由于跳频序列在发送和接收时是一致的，因此接收端只需要按照相同的跳频序列，将不同频点上的信号重新组合到一起，就可以恢复出原来的调制信号。解跳的准确性直接关系到解调的效果，若解跳出现偏差，会导致信号失真，影响后续的解调过程。

通过解跳，接收端可以将散布在不同频率上的信号重新组合，得到一个连续的复基带信号。这个信号包含了所有的传输信息，但仍然是经过噪声污染的。因此，解跳后的信号需要进一步处理，以便从中提取出原始的二进制信息。

差分解调

差分解调是该系统中用于还原原始比特流的关键步骤。由于系统采用了MSK调制，因此在解调时可以使用差分解调技术。差分解调是一种基于相位差的解调方式，它通过比较相邻信号的相位变化来判断每个比特的值。这种解调方式的优点在于，能够有效地抵抗相位偏移对解调结果的影响，使得系统在噪声较大的环境中依然能够正确解调出信号。

在差分解调的过程中，接收端会对解跳后的复基带信号进行处理，提取出每个比特对应的相位信息，并根据相位的变化判断出比特的值。通过这种方式，系统能够从噪声中分离出有效信息，还原出原始的二进制比特流。

误码分析

误码分析是评价通信系统性能的重要指标。在通信过程中，受到噪声和其他干扰的影响，接收端恢复出的比特流可能与发送端的比特流不完全一致。通过对比原始发送的比特流和接收端恢复出的比特流，系统可以统计出误码的个数，从而计算出误码率。

在该系统中，误码分析步骤主要是通过对比解调后的比特流和发送端的比特流，计算出两者之间的差异。误码率越低，说明系统的抗干扰能力越强，通信质量越好。系统中的误码分析不仅可以用于评价通信性能，还可以为后续的系统优化提供参考依据。

频谱分析

频谱分析是信号处理中的重要工具，通过频谱分析可以直观地展示信号在频域中的分布情况。在该系统中，我们对基带信号、跳频信号以及通过信道后的信号进行了频谱分析。基带信号是调制前的信号，频谱较为集中；跳频信号在频域上具有较大的带宽分布，因为信号在多个频点上传输；经过信道后的信号频谱则受到噪声的影响，显示出一定的失真。通过对比不同阶段的频谱分布，可以帮助我们更好地理解跳频通信系统中的信号变化。

在系统设计中，频谱分析有助于确定调制和解调的正确性，以及验证跳频技术的有效性。通过频谱分析，可以观察到信号在不同频率上的变化情况，判断信号是否被正确地映射到跳频频点上，进而评估系统的整体性能。