跳频扩谱FHSS通信系统仿真平台

资 源 简 介

该项目利用MATLAB开发了一套完整的跳频扩谱（Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS）通信系统仿真模型。系统构建了从信源产生到信号还原的全链路闭环仿真流程，主要包含数据调制、载波跳频、信道传输、解扩解调等核心模块。功能实现上，程序首先生成随机二进制码元序列，并应用二进制频移键控（2FSK）或M-FSK进行基带调制。其核心逻辑在于频率合成器的设计，通过m序列或Gold序列等伪随机码发生器驱动频率合成器，使得发射载波在预设的一组频率点上按一定的跳变规律进行快速切换，从

详 情 说 明

基于MATLAB的跳频扩谱(FHSS)通信系统仿真平台

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的完整跳频扩谱（Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS）通信演示系统。系统通过全链路闭流仿真，模拟了数字信号在跳频保护下通过复杂电磁环境（含高斯噪声及人为单音干扰）的传输全过程。该系统旨在通过直观的数据可视化和误码率曲线，验证跳频技术在抗截获、抗干扰及多径衰落环境中的性能优势，是研究扩谱通信原理和算法设计的理想数字平台。

功能特性

• 闭环系统仿真：涵盖从信源产生、2FSK调制、跳频扩谱、信道干扰模拟到同步解扩、非相干解调及性能统计的完整流程。
• 自定义跳频序列：采用4级线性反馈移位寄存器（LFSR）生成m序列，作为伪随机跳频图案的驱动源，保证了频率跳变的随机性与可重复性。
• 干扰对抗模拟：支持在AWGN环境下叠加特定频率的强单音干扰，用于评估系统在遭遇窄带干扰时的鲁棒性。
• 自适应环境兼容：代码内置了滤波器设计、功率谱估计及误码率计算等底层算法函数，大幅降低了对特定MATLAB工具箱（如Signal Processing Toolbox）的依赖。
• 多维度可视化：包含时域波形、功率谱密度对比、时频分布瀑布图以及SNR-BER性能特征曲线。

系统要求

• 软件版本：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 工具箱（可选）：Signal Processing Toolbox（若无此工具箱，程序将自动切换至内置的简化函数运行）。

实现逻辑分析

仿真实验严格遵循以下物理层逻辑：

1. 参数初始化：设置二进制位速率为100bps，采样率为40kHz。跳频系统包含8个离散频点，频点间隔为1000Hz。每10个比特完成一次频率跳变。
2. 基带调制：对随机生成的二进制序列进行二进制频移键控（2FSK）调制，逻辑“0”对应400Hz，逻辑“1”对应800Hz。
3. 跳频信号合成：通过4级寄存器（初始状态[1 0 1 1]，反馈多项式$x^4 + x + 1$）生成伪随机序列，并将该序列线性映射到预设的跳频频率集上。将基带信号与跳频载波进行混频，实现频谱扩展。
4. 信道物理模拟：在信号中添加加性高斯白噪声。同时，在第3个跳频频点附近注入强功率的单音干扰信号，以此模拟真实的电磁对抗环境。
5. 解扩与恢复：接收端利用与发送端完全同步的跳频载波进行相干混频，将跳变的宽带信号“折回”至基带频段。
6. 滤波与解调：通过6阶巴特沃斯低通滤波器滤除高频分量及相邻频道干扰，随后采用基于能量检测的非相干解调方案，对比400Hz与800Hz能量分量，重构原始比特流。
7. 统计对比：系统自动遍历-5dB至15dB的信噪比区间，循环执行仿真以计算各环境下的误码率。

关键算法与细节说明

1. 伪随机序列生成 (m-sequence)

程序手动实现了LFSR逻辑，通过模2加法运算完成位移和反馈。该算法生成的m序列保证了跳频图案在长周期内的统计均匀分布，符合通信系统的安全性要求。

2. 时频分析方法

为精确观察频率跳变过程，系统实现了基于短时傅里叶变换（STFT）的频谱分析。通过滑动汉明窗（Hamming Window）对信号进行分段，展现了载波在时间轴上随跳频序列不断偏移的动态过程。

3. IIR滤波与兼容性设计

为了在无工具箱环境下运行，程序包含了简化的IIR滤波器系数映射方案。通过双线性变换原理的简化形式，确保基带信号在解扩后能被有效分离。

4. 误码率统计

采用逐比特对比的方式计算误码（BER）。在可视化结果中，红色曲线清晰地展示了随信噪比提升，跳频系统如何通过频率的分集效应有效抵御单音干扰，使通信质量趋于稳定。

使用方法

1. 打开MATLAB并将当前工作目录切换至项目文件夹。
2. 在命令行窗口直接输入主函数名并回车。
3. 系统将自动执行仿真，并在完成后弹出包含6个子图的分析窗口。
4. 命令行将实时输出在最大信噪比环境下的通信恢复准确率。