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基于Simulink的高速跳频通信系统抗干扰性能分析

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0 引言

跳频通信以其强抗干扰能力和高安全性在军事通信领域得到了越来越广泛的应用。随着C4ISR系统要求的不断提高，跳频通信系统正向着跳速不断提高，跳频带宽越来越大，跳频图案越来越复杂的方向发展。目前每秒钟万跳以上的高速跳频已成为跳频技术的发展方向。以美军的JTIDS为例，其跳速能够达到76 923跳／s，跳频带宽也达到了153 MHz。

本文将利用Matlab仿真软件中的Simulink对采用MSK调制的高速跳频通信系统进行仿真，并针对各种干扰样式对其进行分析，并得出结论。

1 跳频通信原理

跳频就是用伪码序列构成跳频指令来控制频率合成器，并在多个频率中进行选择的移频键控。所传递的信息码与伪随机序列模二相加(或波形相乘)构成跳频指令(即跳频图案)，并由它随机选择发送频率。跳频通信系统的简化框图如图1所示。

发送端的信息码序列与伪随机序列经过调制后，按不同的跳频图案控制频率的合成。在接收端，接收到的信号与干扰经高放滤波后送至混频器。接收机的本振信号也是一频率跳变信号，跳变规律是相同的，两个合成器产生的频率相对应，但对应的频率有一频差，正好为接收机的中频。只要收发方的伪随机码同步，就可使收发双方的跳频源一频率合成器产生的跳变频率同步，经混频后，就可得到一个不变的中频信号，然后对此信号进行解调，就可恢复出发送的信息。而对干扰信号而言，由于不知道跳频频率的变化规律，与本地的频率合成器产生的频率不相关，因此，不能进入混频器后面的中频通道，不能对跳频系统形成干扰，这样就达到了抗干扰的目的。在本文的实际仿真过程中，不考虑跳频时钟的不能同步的情况，即认为发送端和接收端的跳频时钟是完全同步的。

调制中采用的是MSK(最小频移键控)，就是h=0．5的CPFSK，由于具有连续的相位从而能够获得良好的频谱特性，是扩频技术中经常运用的调制技术。其表达式为：

式中：ωc为载波角频率；Ts为码元宽度；αk为第k个码元中的信息，取值为1或-1；ψk为第k个码元的相位常数，在时间(k-1)Ts≤t≤kTs内保持不变。

2 高速跳频通信系统仿真模型

利用Matlab中的Simulink对跳频系统进行仿真，建立仿真模块如图2所示。

系统的主要性能参数有：系统的跳频点64个，频率间隔3 MHz，跳速为40 000跳／s，信道为高斯白噪声信道(AWGN)。Bernoulli Binary Generator是信号源，用来产生一个10 Mb／s的二进制信号。该信号经过调制以后与由伪随机序列产生的跳频载波相乘完成跳频。跳频扩频后的信号在经过AWGN信道之后，受到来自Subsystem noise模块产生的人为干扰。在解调模块里，包含人为干扰分量的信号与来自跳频信号发生器产生的跳频信号的共轭(由Math Funetion完成)相乘，完成解跳，然后经过解调，恢复原信号。

Subsystem PN Sequence是为随机序列产生子模块，其结构如图3所示。伪随机码采用m序列，每6 b产生一个0～63的十进制整数，用来随机控制跳频输出频率。这个模块输出的序列经过2FSK调制后成为跳频载波。