基于SystemView应用型人才培养的跳频通信实验教学研究

谢艳辉

鲁东大学信息与电气工程学院 山东烟台 264025

扩频通信是我院通信工程专业开设的一门专业方向选修课，扩频通信是通信的一个重要分支和发展方向[1-5]，是扩频技术和通信技术相结合的产物[6-8]。跳频通信是扩频通信的重要组成部分之一，在国民经济很多领域得到了广泛应用[9-12]，教材中跳频通信内容的展开以通信原理、信号与系统、随机信号分析等课程内容为先导，对应知识点理论性强、概念枯燥，笔者在实验教学过程中尝试将SystemView仿真软件[13-15]引入到教学中，学生学习的积极性显著提高，收到了很好的反馈效果。

1 跳频通信系统

跳频通信系统框图如图1所示。

图1 跳频通信系统框图

发送端，PNⅠ码控制频率合成器产生n个跳变的载波，信源信号调制频率合成器产生的跳变的载波，得到射频信号从天线发射出去。接收端，接收到的射频信号首先与PNⅡ码控制的频率合成器产生的跳变载波进行混频，要求PNⅠ码与PNⅡ码完全同步，且控制的两个频率合成器产生的跳变载波完全对应，即跳变规律完全相同，且存在固定的频差。混频器的输出通过带通滤波器滤除和频分量，输出的差频分量为一个固定频率的中频信号，再经过调制解调器即可恢复出信源发射的信号。

2 跳频通信系统信号分析

信号分析假定系统中信息的调制方式为2PSK调制。信源信号a(t)为一个双极性数字信号，表示为：

式中an为信息码，取值为+1或-1。

为信息码的码元宽度。

接收端接收的信号为：

式中，k为传输信号的衰减系数，取值为0～1之间，N(t)为系统中的各种干扰，暂不考虑。

带通滤波器的输出r''(t)即为差频部分，

r''(t)经过解调器恢复出原始信号a(t)，即为最终输出信号a'(t)。

3 系统仿真

3.1 跳频器仿真

由图1可见，跳频器是跳频通信系统的核心部件。为便于学生理解，笔者设计跳频器仿真模型如图2所示。

图2 跳频器仿真模型图

图2中的PN码通过串并变换支路变成4路信号并行输出，输入到4-16线译码器，译码器输出端的逻辑电平控制16个单刀双掷开关最后经过一加法器共产生16个跳变的载波，跳频器仿真的时域结果如图3所示。

图3 跳频器仿真时域图

频域结果如图4所示。

图4 跳频器仿真频域图

从整个仿真过程可以看出PN码控制频率合成器产生跳变的载波，另从图4的频谱结构可以看出共产生了16个跳变的载波，某一单独时刻的载波频率取值是由PN码确定的，且为16个载波当中的一个。

3.2 系统仿真

图5为整个跳频通信系统的仿真图。

图5 系统仿真图

从图5b可以看到s(t)在对应a(t)的每一个码元持续时间内不但有频率的变化，也有载波的初始相位的变化，将其与对a(t)直接进行2PSK调制后的波形进行对比，更能进一步加深对跳频通信的理解。且最后的输出a'(t)与信源信息a(t)波形完全一致，只是时间稍有延迟，仿真结果与理论分析一致。从图5cs(t)的频谱图可以看出跳频已调信号在某一时刻是窄带的，但是从整个时间来看是宽带的、跳变的。

4 结语

扩频通信是当今社会先进无线电通信技术之一，不仅在军事通信中占有重要地位，其在民用通信中的应用也越来越广泛，培养适应社会科技发展、掌握扩频通信技术相关的人才日益迫切。鉴于此，本文探讨SystemView在扩频通信的重要内容之一跳频通信实验教学中的应用，使学生能够更好地掌握相关内容，更容易理解抽象的相关知识点，提高学生的动手能力和实践能力，以满足社会人才需求。