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跳頻技術(shù)具有良好的抗干擾、抗截獲、抗衰落性能，特別是在軍事無(wú)線(xiàn)戰術(shù)通信領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。傳統的跳頻系統一般采用非相干解調的MFSK作為數字基帶調制方式，優(yōu)點(diǎn)就是能夠通過(guò)降低對硬件速度的要求來(lái)降低硬件復雜度，但是這種調制方式的致命缺點(diǎn)就是頻譜利用率低，難以實(shí)現高速的數據傳輸速率，這一缺點(diǎn)使得跳頻技術(shù)很難適應未來(lái)的信息化、數字化高速數據傳輸的要求。 OFDM調制是一種高效的數據傳輸方式，通過(guò)串/并變換將高速數據流分散到多個(gè)正交的子載波上傳輸，一方面使各個(gè)子載波的符號率大幅降低，相應的符號持續時(shí)間變大，減少符號間干擾的影響，有較強的抗時(shí)延擴展能力;另一方面信號的并行傳輸分散了信道衰落引起的突發(fā)性錯誤，提高了系統的抗干擾錯誤的能力。由于各子載波的相互正交，因此允許子載波頻譜混疊，充分利用有限的資源，使得其頻帶利用率高于傳統的FDM(頻分復用)調制方式。 圖形用戶(hù)界面(GraphicalUserInteRFace，GUI)是由窗口、光標、按鍵、菜單、文字等對象(Objects)構成的一個(gè)用戶(hù)界面，可以簡(jiǎn)單、便捷地設計出美觀(guān)、方便的菜單化和控件式的人機交互界面。 本文基于Matlab中的GUI設計了跳頻OFDM系統，界面設計友好，能夠動(dòng)態(tài)地改變系統參數進(jìn)行仿真，結果顯示該設計系統能夠很好地進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，實(shí)用性較強。 1跳頻OFDM系統原理 跳頻OFDM系統原理框圖如圖1所示。 在發(fā)射端，輸入數據首先經(jīng)過(guò)信源編碼，將輸入s(t)變換成二進(jìn)制數據s(k)，將得到的二進(jìn)制數據進(jìn)行MASK調制，得到sMASK(k)，然后進(jìn)行OFDM調制。 在進(jìn)行OFDM調制時(shí)，先對sMASK(k)進(jìn)行數字映射，變換成，然后進(jìn)行串/并變換，進(jìn)行IFFT變換得到： 式中：N是子載波數。然后進(jìn)行跳頻調制，主要由跳頻序列產(chǎn)生器、頻率合成器和混頻器組成，假設在一個(gè)跳頻點(diǎn)發(fā)送一個(gè)OFDM調制符號，則經(jīng)過(guò)混頻后的輸出為： 式中，ωi為跳變頻率，T為OFDM符號周期。 最后經(jīng)發(fā)射端發(fā)射。 在接收端，經(jīng)過(guò)與發(fā)射端相反的過(guò)程恢復原始信號，同時(shí)要考慮系統的同步，首先是進(jìn)行跳頻解調，然后是OFDM解調，最后是信源解碼，輸出接收信號。文獻中指出，在跳頻系統中應用OFDM技術(shù)，如果在一個(gè)跳頻點(diǎn)上發(fā)送一個(gè)OFDM符號時(shí)，只存在ICI和高斯噪聲，不存在ISI，所以不需要加入保護間隔就可以保證信號功率不受損失，信息傳輸速率不受影響。 2跳頻OFDM系統的仿真設計 用Matlab中的GUI來(lái)設計跳頻OFDM通信系統，最基本的一點(diǎn)就是要明白Matlab系統中圖形對象的樹(shù)形結構。Matlab系統內部使用對象語(yǔ)言描述各種圖形單元，并將這些圖形單元按照樹(shù)形結構組織起來(lái)進(jìn)行管理和實(shí)施各種操作。計算機屏幕作為該結構的根，它的一級樹(shù)節點(diǎn)是圖形窗口對象;二級節點(diǎn)同樣是圖形窗口對象;三級節點(diǎn)即圖形窗口的子對象用戶(hù)界面控制元和用戶(hù)界面菜單等。本系統主要包括兩個(gè)界面：開(kāi)始界面和仿真界面，由開(kāi)始界面進(jìn)入仿真界面，仿真界面可以根據不同的需求通過(guò)動(dòng)態(tài)地設置參數來(lái)進(jìn)行仿真，操作簡(jiǎn)單、方便，為操作者提供了一個(gè)良好的人機交互方式，單擊幫助可以查看相關(guān)的內容和操作說(shuō)明，并且已經(jīng)編譯成.exe的可執行文件，在沒(méi)有Matlab的情況下，也可運行。仿真界面如圖2所示。 本系統仿真界面可以大致分為3部分：參數設置部分、仿真演示部分和系統操作部分。參數設置部分主要是用來(lái)設置跳頻OFDM的相關(guān)參數，點(diǎn)擊每個(gè)按鈕都會(huì )出現相應的參數設置圖形，部分參數設置如圖3所示，可以通過(guò)直接輸入參數來(lái)改變系統的狀態(tài)，每個(gè)參數設置圖形都有默認值，可以不輸入任何信息，系統也可以按默認的設置來(lái)進(jìn)行仿真。系統操作部分主要是進(jìn)行系統的仿真運行、結果分析、信息幫助、返回上一級菜單和退出系統等。 仿真演示部分是本系統的主要部分，用來(lái)演示跳頻OFDM系統，將參數設置好以后，點(diǎn)擊運行，仿真開(kāi)始，用紅色顯示運行的進(jìn)度，當所用的模塊都成紅色后，系統就運行結束了�？梢酝ㄟ^(guò)點(diǎn)擊每個(gè)按鈕來(lái)查看各個(gè)模塊相應的輸出信號。 3系統仿真及分析 鑒于上面所述，本文對跳頻OFDM進(jìn)行了仿真，參數設置如下：時(shí)間為0～2π，信源輸入信號為sint+cos2t-cos3t+sin4t，信道編碼采用差分脈沖編碼，設置k=3，OFDM的子載波數N=128，IFFT變換點(diǎn)數為1024，跳頻序列產(chǎn)生器的初始狀態(tài)設為[10010]，反饋系數設為75，可以產(chǎn)生31個(gè)跳頻點(diǎn)，頻率合成器采用間接式頻率合成，設壓控振蕩器的頻率為1000Hz，固定分頻系數為100，信道中加入高斯白噪聲，信噪比為5dB，假設系統接收時(shí)跳頻序列，OFDM解調均與發(fā)射時(shí)同步，運行系統，可以得到仿真結果如圖4～圖6所示。 從結果可以看出，跳頻OFDM的仿真系統對于給定的輸入信號，可以很好地經(jīng)過(guò)OFDM調制和跳頻調制來(lái)傳輸，而且從誤比特率曲線(xiàn)可以看出，該系統的性能也較好，在低信噪比的情況下，誤比特率不是很高，隨著(zhù)信噪比的增加，誤比特率下降很明顯，當信噪比在10dB時(shí)，就很接近于零了。 4結論 本文通過(guò)Matlab中的GUI設計了跳頻OFDM通信系統，能夠直觀(guān)地顯示出信號在通信系統中各部分的時(shí)域波形，有利于理解和掌握完整的跳頻OFDM通信系統概念。由于實(shí)際的通信系統是一個(gè)功能結構相當復雜的系統，對系統做出的任何改變(如改變某個(gè)參數的設置、改變系統的結構等)都可能影響到整個(gè)系統的性能和穩定。因此，在對實(shí)際的通信系統做出改進(jìn)或建立一個(gè)新系統之前，通常需要對這個(gè)系統進(jìn)行建模和仿真。通信仿真是研究通信系統的重要方法之一。通信仿真的設計方法靈活多變，掌握了其設計方法，對通信系統的仿真研究能夠打下一個(gè)堅實(shí)的基礎。 |
