AWGN信道下的SFH/MFSK通信系统误码性能的仿真

AWGN信道下的SFH/MFSK通信系统误码性能的仿真

田孝文

(吉首大学物理与机电工程学院，湖南 吉首 416000)

摘要：慢跳频通信系统的抗干扰性能优于快跳频通信系统.在慢跳频通信系统模型的基础上，分析了理想同步高斯白噪声(AWGN)信道下SFH/MFSK的误码率性能.Matlab/Simulink仿真得到了不同情况下的误码率与信噪比的关系曲线，验证了文中理论分析的正确性.

关键词：慢跳频；仿真；高斯白噪声；误码率

文章编号：1007-2985(2015)05-0045-03

收稿日期：2015-07-20

基金项目：吉首大学校级课题资助项目(14JD032)

作者简介：田孝文(1983—)，男，湖南凤凰人，吉首大学物理与机电工程学院教师，硕士，主要从事无线通信物联网研究.

中图分类号：TN914文献标志码：A

DOI:10.3969/j.cnki.jdxb.2015.05.010

跳频技术以其良好的抗干扰性、抗衰落性以及与窄带系统兼容性，广泛应用于战术通信领域.根据每个跳频码元携带的信息码元大小，跳频通信系统通常分为慢跳频通信和快跳频通信系统.慢跳频通信系统中每个跳频码元携带1个以上的信息码元消息，其抗干扰性能优于常规的通信系统，近年国内外研究者对其进行了一系列研究.[1-5]笔者借助计算机仿真工具Matlab/Simulink，对高斯白噪声信道下的SFH/MFSK通信系统抗干扰性能进行了仿真分析，分析了各参数对系统抗干扰性能的影响.

1　系统模型及误码率性能分析

图1　慢跳频通信系统模型

系统模型如图1所示.设慢跳频通信系统中发送端与接收端信号完全同步，采用非相干解调方式.

1.1系统模型

设输入信号为二进制数字信号，MFSK调制前必须将该输入信号转换为M进制.设发送信号的数据率为Rb，时间间隔为Tb，经M进制调制后，MFSK的符号速率Rs和符号间隔Ts关系为

Rs=Rb/log2M，

Ts=log2M×Tb.

MFSK以M个不同频率的正弦波脉冲代表M进制的M个码元符号，当传送某一码元符号时，则在信道中传送相应的正弦脉冲.在MFSK中，由M种正弦脉冲波形及其波形特点可得：

因为各码元信号具有相同的能量且相互正交，所以各码频率间的最小间隔Δf为整数倍.在采用最佳非相干解调的情况下，一般取Δf=fs，因此MFSK信号的带宽为Mfs.

若每一跳发送U(U>1)个符号，则跳频速率Rh为Rs/U,每一跳时隙Th为U×Th.PN码产生一组长度为K的伪随机序列，通过频率合成器后，在发送端与MFSK调制后的信号混频，混频后通过宽带滤波器得到信号的表达式为

Txm(t)=Amicos(2π(fhi+(m-1)Δf)t+θm).

其中：m=1,2,3,…,M；Δf=Rs；fhi为跳频频点,每频点持续时间为U个码元周期；i=1,2,3,…,U；θm为发送端的初始相位；Ami为信号Txm(t)在调频频率为fhi时的包络.

归一化后的跳频信号通过AWGN信道传输后，接收段接收到的信号Rx(t)为

Rx(t)=Tx(t)+n0(t)，

其中Tx(t)为发送端信号之和，n0(t)为加性高斯白噪声.

接收端信号通过高通滤波器解跳和MFSK解调到达用户，其工作原理与发送端相逆.

1.2 系统误码率性能分析

在高斯白噪声信道下，不考虑多径衰落信道的影响及宽带阻塞和部分频带干扰等人为因素，当每个跳频信号发送1个码元信息时，FH/MFSK系统符号差错率与高斯白噪声中常规MFSK系统相同.在非相干解调条件下，系统的误码率为

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

对于SFH/MFSK系统，接收端的误码率主要由以下3个参数决定：多进制调制进制M；每跳发送的码元数U；PN码生成方式及其长度K，文中PN码用随机函数生成方式，不考虑其他因素.

2　仿真结果与讨论

系统仿真工具为Matlab/Simulink.仿真参数设置如下：数据比特周期T=0.001 s，仿真时长t=0.1 s，MFSK信号中频fm=50 000 Hz,跳频信号中频fh=100 000 Hz,采样速率fsample=800 000 次/s.跳频信号和MFSK信号频率间隔分别默认为各自单频持续时间的倒数，由于在高频段仿真时误码率比较大，为了清楚地观察误码率的变化规律，纵坐标pe采用小数.

图2SFH/MFSK抗干扰性能随M变化的曲线

2.1 SFH/MFSK性能随

M

变化的仿真分析

参数设置为K=16，U=4，M=2，4，8，其系统模拟仿真曲线如图2所示.

由图2可知，当M=2时，SFH/BFSK的误码率远大于同一信噪比条件下的BFSK系统.随着M增大，SFH/MFSK系统的抗噪声性能逐渐增强.

2.2 SFH/MFSK性能随 U变化的仿真分析

参数设置为K=32，M=2，U=2，4，8，其系统误码率性能的仿真结果如图3所示.

从图3可知，随着U的变化，SFH/BFSK的误码率变化曲线基本上没有发生变化，即其抗噪声性能无明显的变化.究其原因在AWGN信道中，没有考虑多经衰落信道中的频率选择对系统产生的码间干扰.从图4还可知，在相同的信噪比下，BFSK的误码率理论值小于U=2，4，6的仿真值.

2.3 SFH/MFSK性能随 K变化的仿真分析

参数设置为M=2，U=4,K=16，32，64，其模拟仿真如图4所示.由图4可知，SFH/MFSK的抗噪声性能随着PN码周期K的增长逐渐提高.

图3　SFH/MFSK抗干扰性能随U变化的曲线

图4　SFH/MFSK抗干扰性能随K变化的曲线

3　结论

(1)PN码越长，跳频信号的选频自由度越高，接收端的误码率越低，SFH/MFSK的抗噪声性能越出色.

(2)频率调制中的M值越大，接收端的误码率越低，SFH/MFSK的抗噪声性能越好.

(3)在AWNG信道中，随着每跳发送的码元数量增加，SFH/MFSK系统的抗噪声干扰性能并没有发生明显的变化，这并不能说明U的变化不会影响其他信道下的SFH/MFSK系统抗抗噪声干扰性能.

参考文献：

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[4] 张辉，曹丽娜.现代通信原理与技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

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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

(责任编辑陈炳权)