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1 跳频OFDM系统原理
跳频OFDM系统原理框图如图1所示。 在发射端,输入数据首先经过信源编码,将输入s(t)变换成二进制数据s(k),将得到的二进制数据进行MASK调制,得到sMASK(k),然后进行OFDM调制。 在进行OFDM调制时,先对sMASK(k)进行数字映射,变换成,然后进行串/并变换,进行IFFT变换得到: 式中:N是子载波数。然后进行跳频调制,主要由跳频序列产生器、频率合成器和混频器组成,假设在一个跳频点发送一个OFDM调制符号,则经过混频后的输出为: 式中,ωi为跳变频率,T为OFDM符号周期。 最后经发射端发射。 在接收端,经过与发射端相反的过程恢复原始信号,同时要考虑系统的同步,首先是进行跳频解调,然后是OFDM解调,最后是信源解码,输出接收信号。文献中指出,在跳频系统中应用OFDM威廉希尔官方网站 ,如果在一个跳频点上发送一个OFDM符号时,只存在ICI和高斯噪声,不存在ISI,所以不需要加入保护间隔就可以保证信号功率不受损失,信息传输速率不受影响。 2 跳频OFDM系统的仿真设计 用Matlab中的GUI来设计跳频OFDM通信系统,最基本的一点就是要明白Matlab系统中图形对象的树形结构。Matlab系统内部使用对象语言描述各种图形单元,并将这些图形单元按照树形结构组织起来进行管理和实施各种操作。计算机屏幕作为该结构的根,它的一级树节点是图形窗口对象;二级节点同样是图形窗口对象;三级节点即图形窗口的子对象用户界面控制元和用户界面菜单等。本系统主要包括两个界面:开始界面和仿真界面,由开始界面进入仿真界面,仿真界面可以根据不同的需求通过动态地设置参数来进行仿真,操作简单、方便,为操作者提供了一个良好的人机交互方式,单击帮助可以查看相关的内容和操作说明,并且已经编译成.exe的可执行文件,在没有Matlab的情况下,也可运行。仿真界面如图2所示。 本系统仿真界面可以大致分为3部分:参数设置部分、仿真演示部分和系统操作部分。参数设置部分主要是用来设置跳频OFDM的相关参数,点击每个按钮都会出现相应的参数设置图形,部分参数设置如图3所示,可以通过直接输入参数来改变系统的状态,每个参数设置图形都有默认值,可以不输入任何信息,系统也可以按默认的设置来进行仿真。系统操作部分主要是进行系统的仿真运行、结果分析、信息帮助、返回上一级菜单和退出系统等。 仿真演示部分是本系统的主要部分,用来演示跳频OFDM系统,将参数设置好以后,点击运行,仿真开始,用红色显示运行的进度,当所用的模块都成红色后,系统就运行结束了。可以通过点击每个按钮来查看各个模块相应的输出信号。 3 系统仿真及分析 鉴于上面所述,本文对跳频OFDM进行了仿真,参数设置如下:时间为0~2π,信源输入信号为sint+cos2t-cos3t+sin4t,信道编码采用差分脉冲编码,设置k=3,OFDM的子载波数N=128,IFFT变换点数为1024,跳频序列产生器的初始状态设为[10010],反馈系数设为75,可以产生31个跳频点,频率合成器采用间接式频率合成,设压控振荡器的频率为1000Hz,固定分频系数为100,信道中加入高斯白噪声,信噪比为5dB,假设系统接收时跳频序列,OFDM解调均与发射时同步,运行系统,可以得到仿真结果如图4~图6所示。 从结果可以看出,跳频OFDM的仿真系统对于给定的输入信号,可以很好地经过OFDM调制和跳频调制来传输,而且从误比特率曲线可以看出,该系统的性能也较好,在低信噪比的情况下,误比特率不是很高,随着信噪比的增加,误比特率下降很明显,当信噪比在10dB时,就很接近于零了。 4 结论 本文通过Matlab中的GUI设计了跳频OFDM通信系统,能够直观地显示出信号在通信系统中各部分的时域波形,有利于理解和掌握完整的跳频OFDM通信系统概念。由于实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统,对系统做出的任何改变(如改变某个参数的设置、改变系统的结构等)都可能影响到整个系统的性能和稳定。因此,在对实际的通信系统做出改进或建立一个新系统之前,通常需要对这个系统进行建模和仿真。通信仿真是研究通信系统的重要方法之一。通信仿真的设计方法灵活多变,掌握了其设计方法,对通信系统的仿真研究能够打下一个坚实的基础。 |
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