圖形用戶界面(Graphical User Interface，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(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(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),。
3 系統(tǒng)仿真及分析
鑒于上面所述,，本文對(duì)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(hào)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1 024,，跳頻序列產(chǎn)生器的初始狀態(tài)設(shè)為[1 0 0 1 0]，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1 000 Hz,，固定分頻系數(shù)為100,，信道中加入高斯白噪聲，信噪比為5 dB,，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9所示,。
從結(jié)果可以看出，跳頻OFDM的仿真系統(tǒng)對(duì)于給定的輸入信號(hào),，可以很好地經(jīng)過(guò)OFDM調(diào)制和跳頻調(diào)制來(lái)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10 dB時(shí)，就很接近于零了,。
4 結(jié)論
本文通過(guò)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(hào)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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)。