差分跳频通信系统机理与仿真(11)

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应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。 （7）应用软件开发（包括用户界面）

在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。

4.1.3 MATLAB常用工具箱

MATLAB包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包。工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包。功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算，可视化建模仿真，文字处理及实时控制等功能。学科工具包是专业性比较强的工具包，控制工具包，信号处理工具包，通信工具包等都属于此类。

开放性使MATLAB广受用户欢迎。除内部函数外，所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件，用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包。

Matlab Main Toolbox——matlab主工具箱 Control System Toolbox——控制系统工具箱 Financial Toolbox——财政金融工具箱

System Identification Toolbox——系统辨识工具箱

Higher-Order Spectral Analysis Toolbox——高阶谱分析工具箱 Image Processing Toolbox——图象处理工具箱 LMI Control Toolbox——线性矩阵不等式工具箱

Model predictive Control Toolbox——模型预测控制工具箱 U-Analysis and Synthesis Toolbox——μ分析工具箱 Neural Network Toolbox——神经网络工具箱 Optimization Toolbox——优化工具箱

Partial Differential Toolbox——偏微分方程工具箱 Robust Control Toolbox——鲁棒控制工具箱 Signal Processing Toolbox——信号处理工具箱

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Spline Toolbox——样条工具箱 Statistics Toolbox——统计工具箱

Symbolic Math Toolbox——符号数学工具箱 Simulink Toolbox——动态仿真工具箱 Wavele Toolbox——小波工具箱

4.2仿真系统组成及主要参数

差分跳频仿真系统总框图如图4.2所示：

差分跳频信号产生天线差分跳频信号接收 G函数DDSFFT?1 函数G

图4.2 差分跳频仿真系统总框图

●差分跳频信号产生

在差分跳频信号的产生端，通过基于m序列的G函数及DDS信号发生器来产生信号。其中G函数作用在于通过给定的数据和前一率来决定当前跳的频率，在G函数中加入了冗余码，作用在于保证信号频率产生的均匀性。再通过DDS产生所要发送的信号。基于m序列的G函数如图4.3所示。

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图4.3 基于m序列的G函数

●差分跳频信号接收

在差分跳频信号的接收端，首先通过FFT对发送端发送过来的信号进行检测，完成时域到频域的转化，通过设置门限值滤除干扰信号，在接收到的信号频谱图中找出能量值最大的信号。再将此信号传给G?1函数，G?1函数通过解析，将发送端所要发送的信号解调出来。

本仿真用到的主要参数如下： ? G函数:基于m的G函数； ? 频点数：64个； ? 采样频率：80MHz； ? 工作频段：短波； ? 采样点数：16000； ? 跳速：5000Hops/s； ? 每跳驻留时间：0.0002s； ? 发射信号幅值A=20；

? 频率范围：13.22MHz~15.74MHz； ? 每跳传输比特数：1bit； ? 跳频带宽：2.52MHz；

● 传输数据速率：5kb/s；

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4.3差分跳频信号产生

4.3.1基于m序列的G函数设计与实现

在差分跳频信号的产生端，G函数起着举足轻重的作用，它确定着差分跳频系统所传输数据，前一跳频率和当前跳的频率之间的关系。产生G函数的方法有许多，本文采用的是基于m序列的1bit G函数，所谓1bit是指每跳传输的比特数为1。基于m序列的1bit G函数算法描述如下：

Step1：首先对所传输的数据进行编码，计算出编码后的数据dn：

当Xn?0时，dn?1 (4-1) 当Xn?0时，dn?-1 (4-2) Step2：将前一率，图案频点数，频点分成的子集数，m序列截短2bit后的m1、m2位，加入冗余RS码和编码后的数据dn代入式（3），计算出当前跳的频率Fn：

2Fn?(Fn?1?dn?2dn?2RS)mod(N/p)?(N/p)(m1?2m2) (4-3)

Step3: 对所求频率Fn进行校验，若Fn?Fn?2，表示两跳，其中Fn?2为前两率，则代入式（4）的转移函数，重新计算Fn：

Fn?(Fn?2?N/p)modN() (4-4) Step4：最后将得到的当前跳频率Fn进行储存，然后返回Step1，重新计算下跳。 基于m序列G函数算法流程图如图4.4所示。

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开始输入数据Fn?1输入数据Xn计算dn计算FnNO产生信号Fn?Fn?2?YES重新计算Fn产生信号是否有待传信息NOYES结束

图4.4 基于m序列G函数算法流程图

本文以每跳传输1bit数据为例来研究G函数算法，选取64个频点进行仿真实现。程序代码详见附录C。

假设差分跳频信号跳速为5000Hop/s，图案频点数N=64，差分跳频信号频率在2.52MHz范围内跳变，差分跳频仿真信号带宽在13.22MHz~15.74MHz之间，则频率控制字与差分跳频信号频率（f）对应关系如表4-1所示。

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