引言
跳頻技術(shù)具有良好的抗干擾、抗截獲、抗衰落性能，尤其在軍事無線戰(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)就是能夠通過降低對硬件速度的要求來降低硬件復(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)未來的信息化、數(shù)字化高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>
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(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(yīng)的符號持續(xù)時(shí)間變大，減少符號間干擾的影響，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、文字等對象（Objects）構(gòu)成的一個(gè)用戶界面，可以簡單、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，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(fù)原始信號，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。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)中圖形對象的樹形結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)組織起來進(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，它的一級樹節(jié)點(diǎn)是圖形窗口對象；二級節(jié)點(diǎn)同樣是圖形窗口對象；三級節(jié)點(diǎn)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(gè)界面：開始界面和仿真界面，由開始界面進(jìn)入仿真界面，仿真界面可以根據(jù)不同的需求通過動態(tài)地設(shè)置參數(shù)來進(jìn)行仿真，操作簡單、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(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)置部分主要是用來設(shè)置跳頻OFDM的相關(guān)參數(shù)，點(diǎn)擊每個(gè)按鈕都會出現(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，可以通過直接輸入?yún)?shù)來改變系統(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。可以通過點(diǎn)擊每個(gè)按鈕來查看各個(gè)模塊相應(yīng)的輸出信號。
3 系統(tǒng)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(shù)設(shè)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(shè)置k=3，OFDM的子載波數(shù)N=128，IFFT變換點(diǎn)數(shù)為1024，跳頻序列產(chǎn)生器的初始狀態(tài)設(shè)為[10010]，反饋系數(shù)設(shè)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(shè)壓控振蕩器的頻率為1000Hz，固定分頻系數(shù)為100，信道中加入高斯白噪聲，信噪比為5dB，假設(shè)系統(tǒng)接收時(shí)跳頻序列，OFDM解調(diào)均與發(fā)射時(shí)同步，運(yùn)行系統(tǒng)，可以得到仿真結(jié)果如圖4～圖6所示。
從結(jié)果可以看出，跳頻OFDM的仿真系統(tǒng)對于給定的輸入信號，可以很好地經(jīng)過OFDM調(diào)制和跳頻調(diào)制來傳輸，而且從誤比特率曲線可以看出，該系統(tǒng)的性能也較好，在低信噪比的情況下，誤比特率不是很高，隨著信噪比的增加，誤比特率下降很明顯，當(dāng)信噪比在10dB時(shí)，就很接近于零了。
4 結(jié)論
本文通過Matlab中的GUI設(shè)計(jì)了跳頻OFDM通信系統(tǒng)，能夠直觀地顯示出信號在通信系統(tǒng)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(tǒng)概念。由于實(shí)際的通信系統(tǒng)是一個(gè)功能結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，對系統(tǒng)做出的任何改變（如改變某個(gè)參數(shù)的設(shè)置、改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等）都可能影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定。因此，在對實(shí)際的通信系統(tǒng)做出改進(jìn)或建立一個(gè)新系統(tǒng)之前，通常需要對這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。通信仿真是研究通信系統(tǒng)的重要方法之一。通信仿真的設(shè)計(jì)方法靈活多變，掌握了其設(shè)計(jì)方法，對通信系統(tǒng)的仿真研究能夠打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。