基于GUI的跳頻OFDM系統(tǒng)仿真設計

0 引言
跳頻技術具有良好的抗干擾、抗截獲、抗衰落性能，特別是在軍事無線戰(zhàn)術通信領域有著廣泛的應用。傳統(tǒng)的跳頻系統(tǒng)一般采用非相干解調(diào)的MFSK作為數(shù)字基帶調(diào)制方式，優(yōu)點就是能夠通過降低對硬件速度的要求來降低硬件復雜度，但是這種調(diào)制方式的致命缺點就是頻譜利用率低，難以實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，這一缺點使得跳頻技術很難適應未來的信息化、數(shù)字化高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?br /> OFDM調(diào)制是一種高效的數(shù)據(jù)傳輸方式，通過串／并變換將高速數(shù)據(jù)流分散到多個正交的子載波上傳輸，一方面使各個子載波的符號率大幅降低，相應的符號持續(xù)時間變大，減少符號間干擾的影響，有較強的抗時延擴展能力；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(tǒng)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(tǒng)的FDM(頻分復用)調(diào)制方式。
圖形用戶界面(Graphical User Interface，GUI)是由窗口、光標、按鍵、菜單、文字等對象(Objects)構成的一個用戶界面，可以簡單、便捷地設計出美觀、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(tǒng)，界面設計友好，能夠動態(tài)地改變系統(tǒng)參數(shù)進行仿真，結果顯示該設計系統(tǒng)能夠很好地進行實時仿真，實用性較強。

1 跳頻OFDM系統(tǒng)原理
跳頻OFDM系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

在發(fā)射端，輸入數(shù)據(jù)首先經(jīng)過信源編碼，將輸入s(t)變換成二進制數(shù)據(jù)s(k)，將得到的二進制數(shù)據(jù)進行MASK調(diào)制，得到sMASK(k)，然后進行OFDM調(diào)制。
在進行OFDM調(diào)制時，先對sMASK(k)進行數(shù)字映射，變換成，然后進行串／并變換，進行IFFT變換得到：

式中：N是子載波數(shù)。然后進行跳頻調(diào)制，主要由跳頻序列產(chǎn)生器、頻率合成器和混頻器組成，假設在一個跳頻點發(fā)送一個OFDM調(diào)制符號，則經(jīng)過混頻后的輸出為：

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)過與發(fā)射端相反的過程恢復原始信號，同時要考慮系統(tǒng)的同步，首先是進行跳頻解調(diào)，然后是OFDM解調(diào)，最后是信源解碼，輸出接收信號。文獻中指出，在跳頻系統(tǒng)中應用OFDM技術，如果在一個跳頻點上發(fā)送一個OFDM符號時，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(tǒng)的仿真設計
用Matlab中的GUI來設計跳頻OFDM通信系統(tǒng)，最基本的一點就是要明白Matlab系統(tǒng)中圖形對象的樹形結構。Matlab系統(tǒng)內(nèi)部使用對象語言描述各種圖形單元，并將這些圖形單元按照樹形結構組織起來進行管理和實施各種操作。計算機屏幕作為該結構的根，它的一級樹節(jié)點是圖形窗口對象；二級節(jié)點同樣是圖形窗口對象；三級節(jié)點即圖形窗口的子對象用戶界面控制元和用戶界面菜單等。本系統(tǒng)主要包括兩個界面：開始界面和仿真界面，由開始界面進入仿真界面，仿真界面可以根據(jù)不同的需求通過動態(tài)地設置參數(shù)來進行仿真，操作簡單、方便，為操作者提供了一個良好的人機交互方式，單擊幫助可以查看相關的內(nèi)容和操作說明，并且已經(jīng)編譯成．exe的可執(zhí)行文件，在沒有Matlab的情
況下，也可運行。仿真界面如圖2所示。