基于GUI的跳頻OFDM系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

　　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)線戰(zhàn)術(shù)通信領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(diǎn)就是能夠通過(guò)降低對(duì)硬件速度的要求來(lái)降低硬件復(fù)雜度，但是這種調(diào)制方式的致命缺點(diǎn)就是頻譜利用率低，難以實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，這一缺點(diǎn)使得跳頻技術(shù)很難適應(yīng)未來(lái)的信息化、數(shù)字化高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/269684.htm

　　OFDM調(diào)制是一種高效的數(shù)據(jù)傳輸方式，通過(guò)串/并變換將高速數(shù)據(jù)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(hào)率大幅降低，相應(yīng)的符號(hào)持續(xù)時(shí)間變大，減少符號(hào)間干擾的影響，有較強(qiáng)的抗時(shí)延擴(kuò)展能力;另一方面信號(hào)的并行傳輸分散了信道衰落引起的突發(fā)性錯(cuò)誤，提高了系統(tǒng)的抗干擾錯(cuò)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(fù)用)調(diào)制方式。

　　圖形用戶界面(GraphicalUserInteRFace，GUI)是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字等對(duì)象(Objects)構(gòu)成的一個(gè)用戶界面，可以簡(jiǎn)單、便捷地設(shè)計(jì)出美觀、方便的菜單化和控件式的人機(jī)交互界面。

　　本文基于Matlab中的GUI設(shè)計(jì)了跳頻OFDM系統(tǒng)，界面設(shè)計(jì)友好，能夠動(dòng)態(tài)地改變系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行仿真，結(jié)果顯示該設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠很好地進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，實(shí)用性較強(qiáng)。

　　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(guò)信源編碼，將輸入s(t)變換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)s(k)，將得到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行MASK調(diào)制，得到sMASK(k)，然后進(jìn)行OFDM調(diào)制。

　　在進(jìn)行OFDM調(diào)制時(shí)，先對(duì)sMASK(k)進(jìn)行數(shù)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(shù)。然后進(jìn)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(shè)在一個(gè)跳頻點(diǎn)發(fā)送一個(gè)OFDM調(diào)制符號(hào)，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(hào)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(fù)原始信號(hào)，同時(shí)要考慮系統(tǒng)的同步，首先是進(jìn)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(hào)。文獻(xiàn)中指出，在跳頻系統(tǒng)中應(yīng)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(hào)時(shí)，只存在ICI和高斯噪聲，不存在ISI，所以不需要加入保護(hù)間隔就可以保證信號(hào)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(shè)計(jì)

　　用Matlab中的GUI來(lái)設(shè)計(jì)跳頻OFDM通信系統(tǒng)，最基本的一點(diǎn)就是要明白Matlab系統(tǒng)中圖形對(duì)象的樹(shù)形結(jié)構(gòu)。Matlab系統(tǒng)內(nèi)部使用對(duì)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(jié)構(gòu)組織起來(lái)進(jìn)行管理和實(shí)施各種操作。計(jì)算機(jī)屏幕作為該結(jié)構(gòu)的根，它的一級(jí)樹(shù)節(jié)點(diǎn)是圖形窗口對(duì)象;二級(jí)節(jié)點(diǎn)同樣是圖形窗口對(duì)象;三級(jí)節(jié)點(diǎn)即圖形窗口的子對(duì)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(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(jù)不同的需求通過(guò)動(dòng)態(tài)地設(shè)置參數(shù)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(jī)交互方式，單擊幫助可以查看相關(guān)的內(nèi)容和操作說(shuō)明，并且已經(jīng)編譯成.exe的可執(zhí)行文件，在沒(méi)有Matlab的情況下，也可運(yùn)行。仿真界面如圖2所示。

　　本系統(tǒng)仿真界面可以大致分為3部分：參數(shù)設(shè)置部分、仿真演示部分和系統(tǒng)操作部分。參數(shù)設(shè)置部分主要是用來(lái)設(shè)置跳頻OFDM的相關(guān)參數(shù)，點(diǎn)擊每個(gè)按鈕都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置圖形，部分參數(shù)設(shè)置如圖3所示，可以通過(guò)直接輸入?yún)?shù)來(lái)改變系統(tǒng)的狀態(tài)，每個(gè)參數(shù)設(shè)置圖形都有默認(rèn)值，可以不輸入任何信息，系統(tǒng)也可以按默認(rèn)的設(shè)置來(lái)進(jìn)行仿真。系統(tǒng)操作部分主要是進(jìn)行系統(tǒng)的仿真運(yùn)行、結(jié)果分析、信息幫助、返回上一級(jí)菜單和退出系統(tǒng)等。

　　仿真演示部分是本系統(tǒng)的主要部分，用來(lái)演示跳頻OFDM系統(tǒng)，將參數(shù)設(shè)置好以后，點(diǎn)擊運(yùn)行，仿真開(kāi)始，用紅色顯示運(yùn)行的進(jìn)度，當(dāng)所用的模塊都成紅色后，系統(tǒng)就運(yùn)行結(jié)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(yīng)的輸出信號(hào)。