AWGN信道下的SFH/MFSK通信系統(tǒng)誤碼性能的仿真

AWGN信道下的SFH/MFSK通信系統(tǒng)誤碼性能的仿真

田孝文

(吉首大學物理與機電工程學院，湖南 吉首 416000)

摘要：慢跳頻通信系統(tǒng)的抗干擾性能優(yōu)于快跳頻通信系統(tǒng).在慢跳頻通信系統(tǒng)模型的基礎上，分析了理想同步高斯白噪聲(AWGN)信道下SFH/MFSK的誤碼率性能.Matlab/Simulink仿真得到了不同情況下的誤碼率與信噪比的關系曲線，驗證了文中理論分析的正確性.

關鍵詞：慢跳頻；仿真；高斯白噪聲；誤碼率

文章編號：1007-2985(2015)05-0045-03

收稿日期：2015-07-20

基金項目：吉首大學校級課題資助項目(14JD032)

作者簡介：田孝文(1983—)，男，湖南鳳凰人，吉首大學物理與機電工程學院教師，碩士，主要從事無線通信物聯(lián)網(wǎng)研究.

中圖分類號：TN914文獻標志碼：A

DOI:10.3969/j.cnki.jdxb.2015.05.010

跳頻技術以其良好的抗干擾性、抗衰落性以及與窄帶系統(tǒng)兼容性，廣泛應用于戰(zhàn)術通信領域.根據(jù)每個跳頻碼元攜帶的信息碼元大小，跳頻通信系統(tǒng)通常分為慢跳頻通信和快跳頻通信系統(tǒng).慢跳頻通信系統(tǒng)中每個跳頻碼元攜帶1個以上的信息碼元消息，其抗干擾性能優(yōu)于常規(guī)的通信系統(tǒng)，近年國內外研究者對其進行了一系列研究.[1-5]筆者借助計算機仿真工具Matlab/Simulink，對高斯白噪聲信道下的SFH/MFSK通信系統(tǒng)抗干擾性能進行了仿真分析，分析了各參數(shù)對系統(tǒng)抗干擾性能的影響.

1　系統(tǒng)模型及誤碼率性能分析

圖1　慢跳頻通信系統(tǒng)模型

系統(tǒng)模型如圖1所示.設慢跳頻通信系統(tǒng)中發(fā)送端與接收端信號完全同步，采用非相干解調方式.

1.1系統(tǒng)模型

設輸入信號為二進制數(shù)字信號，MFSK調制前必須將該輸入信號轉換為M進制.設發(fā)送信號的數(shù)據(jù)率為Rb，時間間隔為Tb，經(jīng)M進制調制后，MFSK的符號速率Rs和符號間隔Ts關系為

Rs=Rb/log2M，

Ts=log2M×Tb.

MFSK以M個不同頻率的正弦波脈沖代表M進制的M個碼元符號，當傳送某一碼元符號時，則在信道中傳送相應的正弦脈沖.在MFSK中，由M種正弦脈沖波形及其波形特點可得：

因為各碼元信號具有相同的能量且相互正交，所以各碼頻率間的最小間隔Δf為整數(shù)倍.在采用最佳非相干解調的情況下，一般取Δf=fs，因此MFSK信號的帶寬為Mfs.

若每一跳發(fā)送U(U>1)個符號，則跳頻速率Rh為Rs/U,每一跳時隙Th為U×Th.PN碼產(chǎn)生一組長度為K的偽隨機序列，通過頻率合成器后，在發(fā)送端與MFSK調制后的信號混頻，混頻后通過寬帶濾波器得到信號的表達式為

Txm(t)=Amicos(2π(fhi+(m-1)Δf)t+θm).

其中：m=1,2,3,…,M；Δf=Rs；fhi為跳頻頻點,每頻點持續(xù)時間為U個碼元周期；i=1,2,3,…,U；θm為發(fā)送端的初始相位；Ami為信號Txm(t)在調頻頻率為fhi時的包絡.

歸一化后的跳頻信號通過AWGN信道傳輸后，接收段接收到的信號Rx(t)為

Rx(t)=Tx(t)+n0(t)，

其中Tx(t)為發(fā)送端信號之和，n0(t)為加性高斯白噪聲.

接收端信號通過高通濾波器解跳和MFSK解調到達用戶，其工作原理與發(fā)送端相逆.

1.2 系統(tǒng)誤碼率性能分析

在高斯白噪聲信道下，不考慮多徑衰落信道的影響及寬帶阻塞和部分頻帶干擾等人為因素，當每個跳頻信號發(fā)送1個碼元信息時，F(xiàn)H/MFSK系統(tǒng)符號差錯率與高斯白噪聲中常規(guī)MFSK系統(tǒng)相同.在非相干解調條件下，系統(tǒng)的誤碼率為

pb=exp(-Eb/N0/2)/2.

對于SFH/MFSK系統(tǒng)，接收端的誤碼率主要由以下3個參數(shù)決定：多進制調制進制M；每跳發(fā)送的碼元數(shù)U；PN碼生成方式及其長度K，文中PN碼用隨機函數(shù)生成方式，不考慮其他因素.

2　仿真結果與討論

系統(tǒng)仿真工具為Matlab/Simulink.仿真參數(shù)設置如下：數(shù)據(jù)比特周期T=0.001 s，仿真時長t=0.1 s，MFSK信號中頻fm=50 000 Hz,跳頻信號中頻fh=100 000 Hz,采樣速率fsample=800 000 次/s.跳頻信號和MFSK信號頻率間隔分別默認為各自單頻持續(xù)時間的倒數(shù)，由于在高頻段仿真時誤碼率比較大，為了清楚地觀察誤碼率的變化規(guī)律，縱坐標pe采用小數(shù).

圖2SFH/MFSK抗干擾性能隨M變化的曲線

2.1 SFH/MFSK性能隨

M

變化的仿真分析

參數(shù)設置為K=16，U=4，M=2，4，8，其系統(tǒng)模擬仿真曲線如圖2所示.

由圖2可知，當M=2時，SFH/BFSK的誤碼率遠大于同一信噪比條件下的BFSK系統(tǒng).隨著M增大，SFH/MFSK系統(tǒng)的抗噪聲性能逐漸增強.

2.2 SFH/MFSK性能隨 U變化的仿真分析

參數(shù)設置為K=32，M=2，U=2，4，8，其系統(tǒng)誤碼率性能的仿真結果如圖3所示.

從圖3可知，隨著U的變化，SFH/BFSK的誤碼率變化曲線基本上沒有發(fā)生變化，即其抗噪聲性能無明顯的變化.究其原因在AWGN信道中，沒有考慮多經(jīng)衰落信道中的頻率選擇對系統(tǒng)產(chǎn)生的碼間干擾.從圖4還可知，在相同的信噪比下，BFSK的誤碼率理論值小于U=2，4，6的仿真值.

2.3 SFH/MFSK性能隨 K變化的仿真分析

參數(shù)設置為M=2，U=4,K=16，32，64，其模擬仿真如圖4所示.由圖4可知，SFH/MFSK的抗噪聲性能隨著PN碼周期K的增長逐漸提高.

圖3　SFH/MFSK抗干擾性能隨U變化的曲線

圖4　SFH/MFSK抗干擾性能隨K變化的曲線

3　結論

(1)PN碼越長，跳頻信號的選頻自由度越高，接收端的誤碼率越低，SFH/MFSK的抗噪聲性能越出色.

(2)頻率調制中的M值越大，接收端的誤碼率越低，SFH/MFSK的抗噪聲性能越好.

(3)在AWNG信道中，隨著每跳發(fā)送的碼元數(shù)量增加，SFH/MFSK系統(tǒng)的抗噪聲干擾性能并沒有發(fā)生明顯的變化，這并不能說明U的變化不會影響其他信道下的SFH/MFSK系統(tǒng)抗抗噪聲干擾性能.

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Study of BER Performance Simulation in SFH/MFSK Communication

System over AWGN Channel

TIAN Xiaowen

(College of Physics and Electromechanical Engineering,Jishou University，Jishou 416000，Hunan China)

Abstract:The anti-jamming performance of slow frequency hopping(SFH) communication system is better that that of fast frequency hopping(FFH) communication system.Based on SFH communication principle,the BER performances of SFH/MFSK communication system are analyzed in the ideal synchronic AWNG channel.Through simulation tool Matlab/Simulink,BER-SNR curves are obtained,and the theoretical analysis is verified.

Key words:SFH;simulation;White Gaussian Noise；BER

(責任編輯陳炳權)