一種基于OFDM調制的跳頻通信方法

文/吳家龍 路彬彬 李錚 曾瑞琪

1 引言

傳統的高速跳頻方式都是通過優化硬件設計，設計性能良好的DDS 來實現的。這種方式其頻率跳變的速度主要由硬件性能制約。

本文提出的基于OFDM 通信技術體制的高速跳頻設計方法是通過通信資源塊動態映射實現跳頻，頻率跳變速率主要受OFDM 調制方式制約，不需要來回反復地變動本振信號，因而能在現有硬件基礎上實現跳變速率的突破。

2 基于OFDM調制的跳頻通信信號設計

2.1 編碼方法

將信號向量D 中的數字信號順序以m 進行分組，形成分組向量

定義向量填充函數，

根據OFDM 信號的調制方式，得到的集合G 中的每個元素Gi作為每一個OFDM 符號，Gi中的每個值為跳頻通信信號的時域采樣值，相應的通信信號數字編碼已經調制到對應選定的信道上。

2.2 約束條件

設該系統的采樣頻率為fr，OFDM 用M維IDFT 進行調制，根據通信原理可得碼元速率為

同時，根據OFDM 原理，用M 維的IDFT 即有對應M0≤M 個的信號數據調制到M0個子載波數上，因此由（3.1）的結論有

形成的一個OFDM 的碼元的數目仍然是M 個，因此假設一個OFDM 符號所需的時間是T0，有

一個OFDM 符號進行一次頻率控制，即一個OFDM 符號形成完成一次頻率跳變，因此完成R 次跳變的時間為

現假定跳頻系統的跳速為R0跳/秒，則完成R0跳的時間Tp滿足

即

同時，根據OFDM 的調制原理有一個OFDM 信號的帶寬F0，有

式（14）、式（15）形成了基于OFDM體制的跳頻通信系統設計的約束條件

3 方案設計

現設計一個通信帶寬10MHz，跳頻帶寬200MHz，跳速10 萬跳/秒的跳頻通信系統。

圖1：通信系統時頻資源塊映射圖案

即

因此采樣頻率fr為200MHz，IDFT 運算維數M ≤20。取M=20，子載波數數目M0≤M，取M0=100，子載波的頻率間隔為通信帶寬為10MHz，因此一個OFDM 符號中用子載波的數目為m=5 個。系統時頻圖案如圖1所示。

4 結論

基于OFDM 調制體制產生跳頻通信信號能克服傳統產生跳頻信號需要大量頻率發生器的缺點，因而能突破傳統調頻信號在跳速上的瓶頸，是一種全新的產生跳頻信號的方法。本文給出了結合OFDM 調制體制方法產生跳頻通信信號的方案，同時，研究了在采樣率、OFDM 的IDFT 調制維數、以及跳頻系統的跳速、跳頻帶寬之間的約束條件。值得說明的是，整個跳頻頻段除通信信道外的其它子載波信道尚未利用，下一步可研究閑置子載波信道加載探測或其它功能編碼信號，即可實現通信、探測或其它功能的一體化。

圖2：一個完整的OFDM 符號幀

圖3：通信幀結構