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        AWGN信道下的SFH/MFSK通信系統(tǒng)誤碼性能的仿真

        2015-12-17 08:38:14田孝文
        關(guān)鍵詞:誤碼率仿真

        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(xué)物理與機(jī)電工程學(xué)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(chǔ)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(guān)系曲線,驗證了文中理論分析的正確性.

        關(guān)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(xué)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(xué)物理與機(jī)電工程學(xué)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(xiàn)標(biāo)志碼:A

        DOI:10.3969/j.cnki.jdxb.2015.05.010

        跳頻技術(shù)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(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)通信領(lǐng)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(nèi)外研究者對其進(jìn)行了一系列研究.[1-5]筆者借助計算機(jī)仿真工具M(jìn)atlab/Simulink,對高斯白噪聲信道下的SFH/MFSK通信系統(tǒng)抗干擾性能進(jìn)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(shè)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(diào)方式.

        1.1系統(tǒng)模型

        設(shè)輸入信號為二進(jìn)制數(shù)字信號,MFSK調(diào)制前必須將該輸入信號轉(zhuǎn)換為M進(jìn)制.設(shè)發(fā)送信號的數(shù)據(jù)率為Rb,時間間隔為Tb,經(jīng)M進(jìn)制調(diào)制后,MFSK的符號速率Rs和符號間隔Ts關(guān)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(jìn)制的M個碼元符號,當(dāng)傳送某一碼元符號時,則在信道中傳送相應(yīng)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(diào)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(jī)序列,通過頻率合成器后,在發(fā)送端與MFSK調(diào)制后的信號混頻,混頻后通過寬帶濾波器得到信號的表達(dá)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(diào)頻頻率為fhi時的包絡(luò).

        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(diào)到達(dá)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(dāng)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(diào)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(jìn)制調(diào)制進(jìn)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(jī)函數(shù)生成方式,不考慮其他因素.

        2 仿真結(jié)果與討論

        系統(tǒng)仿真工具為Matlab/Simulink.仿真參數(shù)設(shè)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(rèn)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(biāo)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(shè)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(dāng)M=2時,SFH/BFSK的誤碼率遠(yuǎn)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(qiáng).

        2.2 SFH/MFSK性能隨 U變化的仿真分析

        參數(shù)設(shè)置為K=32,M=2,U=2,4,8,其系統(tǒng)誤碼率性能的仿真結(jié)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(shè)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(jié)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(diào)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.

        參考文獻(xiàn):

        [1] 梅文華,王淑波,邱永紅,等.跳頻通信[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005.

        [2] 原進(jìn)紅,匡鏡明.移動無線信道的模擬與應(yīng)用[J].北京理工大學(xué)學(xué)報,1994,14(3):299-304.

        [3] 甘良才,余建國.多徑衰落短波信道中的SFH/MFSK通信系統(tǒng)的性能[J].武漢大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,1994(2):65-73.

        [4] 張輝,曹麗娜.現(xiàn)代通信原理與技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002.

        [5] 胡曉嬌.跳頻通信系統(tǒng)抗干擾性能研究及仿真分析[D].武漢:華中科技大學(xué),2007.

        [6] YOO D S,STARK W E.Characterization of Multipath Fading Channels with Specular Components[J].IEEE Transactions on Wireless Communications,2005,4(4):1 471-1 482.

        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(zé)任編輯陳炳權(quán))

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