一种基于OFDM调制的跳频通信方法

文/吴家龙 路彬彬 李铮 曾瑞琪

1 引言

传统的高速跳频方式都是通过优化硬件设计，设计性能良好的DDS 来实现的。这种方式其频率跳变的速度主要由硬件性能制约。

本文提出的基于OFDM 通信技术体制的高速跳频设计方法是通过通信资源块动态映射实现跳频，频率跳变速率主要受OFDM 调制方式制约，不需要来回反复地变动本振信号，因而能在现有硬件基础上实现跳变速率的突破。

2 基于OFDM调制的跳频通信信号设计

2.1 编码方法

将信号向量D 中的数字信号顺序以m 进行分组，形成分组向量

定义向量填充函数，

根据OFDM 信号的调制方式，得到的集合G 中的每个元素Gi作为每一个OFDM 符号，Gi中的每个值为跳频通信信号的时域采样值，相应的通信信号数字编码已经调制到对应选定的信道上。

2.2 约束条件

设该系统的采样频率为fr，OFDM 用M维IDFT 进行调制，根据通信原理可得码元速率为

同时，根据OFDM 原理，用M 维的IDFT 即有对应M0≤M 个的信号数据调制到M0个子载波数上，因此由（3.1）的结论有

形成的一个OFDM 的码元的数目仍然是M 个，因此假设一个OFDM 符号所需的时间是T0，有

一个OFDM 符号进行一次频率控制，即一个OFDM 符号形成完成一次频率跳变，因此完成R 次跳变的时间为

现假定跳频系统的跳速为R0跳/秒，则完成R0跳的时间Tp满足

即

同时，根据OFDM 的调制原理有一个OFDM 信号的带宽F0，有

式（14）、式（15）形成了基于OFDM体制的跳频通信系统设计的约束条件

3 方案设计

现设计一个通信带宽10MHz，跳频带宽200MHz，跳速10 万跳/秒的跳频通信系统。

图1：通信系统时频资源块映射图案

即

因此采样频率fr为200MHz，IDFT 运算维数M ≤20。取M=20，子载波数数目M0≤M，取M0=100，子载波的频率间隔为通信带宽为10MHz，因此一个OFDM 符号中用子载波的数目为m=5 个。系统时频图案如图1所示。

4 结论

基于OFDM 调制体制产生跳频通信信号能克服传统产生跳频信号需要大量频率发生器的缺点，因而能突破传统调频信号在跳速上的瓶颈，是一种全新的产生跳频信号的方法。本文给出了结合OFDM 调制体制方法产生跳频通信信号的方案，同时，研究了在采样率、OFDM 的IDFT 调制维数、以及跳频系统的跳速、跳频带宽之间的约束条件。值得说明的是，整个跳频频段除通信信道外的其它子载波信道尚未利用，下一步可研究闲置子载波信道加载探测或其它功能编码信号，即可实现通信、探测或其它功能的一体化。

图2：一个完整的OFDM 符号帧

图3：通信帧结构