【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，特别是指一种基于数字和模拟混合跳频的跳频(fh)-正交频分复用(ofdm)系统及方法。
技术介绍
1、跳频(fh，frequency hopping)技术是一种载波频率按照一定的跳频图样在频带范围内随机变化的通信系统，具有抗干扰、抗衰落、保密性强等特点。正交频分复用(ofdm，orthogonal frequency division multiplexing)则是通过将高速传输的数据流进行串并转换，增加符号持续时间，从而有效对抗多径效应导致的码间串扰和频率选择性衰落。同时，ofdm具有频谱效率高的优点，因而被广泛应用于复杂信道环境下的高速信息传输。
2、在城市作战场景下，受到大型建筑物等的影响，无线通信信号极易被遮挡。同时，战场复杂电磁环境中存在有意或无意的干扰，会对无线传输的可靠性产生极大的影响。为了提高通信系统的传输能力，将跳频与ofdm技术结合在一起，不仅具有较强的抗干扰能力，还能提高无线通信系统的信道容量和传输效率，在未来的无线电通信和保密通信中具有广泛的应用。由于跳频通信系统的抗干扰性，主要是通过频点的快速变化躲避恶意干扰，即使部分频点被干扰了通信系统依然能够有效工作。因此，跳频速率和跳频图样的随机性成为衡量跳频系统抗干扰能力的重要指标，高跳速、大带宽的跳频系统可有效提高通信系统的抗干扰性能。
3、传统基于锁相环(pll，phase lock loop)具有输出频率范围广、频率上限高等特点，但频率转换过程中需要环路的重新入锁，转换速度较慢；直接数字频率合成(dds，di
4、现有技术一，提出一种基于双连接的跳频方法，通过发送端和接收端天线提前进行换频操作，降低频率切换引入的时间开销，提高跳频速率。这种方法可实现大带宽的快速跳频，但在实现过程中需要两套射频前端和天线，系统复杂度和成本较高。现有技术二，采用pll+dds结合的跳频方法，可实现高分辨率、大带宽的频率跳变，但主要是针对传统的单载波通信系统。上述两种方案，采用了不同的策略去降低频率切换引入的时间开销，但均具有一定的局限性。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于数字和模拟混合跳频的fh-ofdm系统及方法，以解决现有技术所存在的系统复杂度和成本较高，应用场景单一的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供了一种基于数字和模拟混合跳频的fh-ofdm系统，所述基于数字和模拟混合跳频的fh-ofdm系统包括：跳频序列发生器、信道编码模块、调制模块、子载波映射模块、逆傅里叶变换模块、加循环前缀模块、数模转换模块、锁相环电路以及混频器；其中，
4、所述跳频序列发生器用于在数字域和模拟域实现跳频；
5、所述信道编码模块用于对接收到的信源信息进行编码；
6、所述调制模块用于将所述信道编码模块输出的码字转换为调制符号；
7、所述子载波映射模块用于采用集中式映射方式，根据所述跳频序列发生器的控制信号，将所述调制模块输出的调制符号映射到不同的子载波区间；
8、所述逆傅里叶变换模块用于对所述子载波映射模块输出的子载波映射结果做逆傅里叶变换，实现正交频分复用ofdm符号调制；
9、所述加循环前缀模块用于将所述逆傅里叶变换模块输出的调制后的ofdm符号的尾部的信号复制到符号的头部；
10、所述数模转换模块用于将所述加循环前缀模块输出的ofdm数字信号转换为模拟信号，得到基带ofdm信号；
11、所述锁相环电路用于根据跳频序列发生器的控制信号，生成本地载波信号；
12、所述混频器用于将所述数模转换模块输出的基带ofdm信号与所述锁相环电路产生的本地载波信号相乘，实现信号的频率调制。
13、进一步地，所述跳频序列发生器具体用于：
14、生成跳频图样和两路跳频控制信号，其中一路控制信号通过所述子载波映射模块实现子载波间隔整数倍的频率调制，另一路控制信号通过控制所述锁相环电路，利用所述混频器实现预设范围内频率调制。
15、进一步地，所述生成跳频图样和两路跳频控制信号，其中一路控制信号通过所述子载波映射模块实现子载波间隔整数倍的频率调制，另一路控制信号通过控制所述锁相环电路，利用所述混频器实现预设范围内频率调制的过程包括：
16、步骤1：在t＝0起始时刻，跳频序列发生器产生随机序列其中，ri(0)表示随机序列r(0)中的元素，i＝0,1,…,q-1；q为预设值；
17、步骤2：根据当前时刻t的随机序列r(t)，截取所述锁相环电路控制序列根据计算载波信号的索引值为控制所述锁相环电路输出频率为f(a)的载波信号；
18、步骤3：根据当前时刻t的随机序列r(t)，截取子载波映射模块的控制序列根据计算子载波的偏移值b；如果则如果首先对逐位取反得到此时其中，ri(t)表示当前时刻t的随机序列r(t)中的元素，i＝0,1,…,m-1,m,m+1,…,q-1；m为预设值；表示rj(t)取反后的值，j＝m,m+1,…,q-1；
19、步骤4：子载波映射过程中，对于ndata个有效的数据子载波根据步骤3中计算得到的子载波偏移值b，将其映射到nfft个逆傅里叶变换输入信号上；对于b＝0时，得到其中：
20、
21、其中，xi表示第i个有效的数据子载波，i＝1,2,…,ndata；yp表示第p个逆傅里叶变换输入信号，p＝1,2,…,nfft；
22、当b≥0时，y(b)＝y(0)·pb；当b＜0时，y(b)＝{pb·{y(0)}t}t；其中，{·}t表示对矩阵或向量的转置运算，p是一个nfft×nfft维的单位循环移位矩阵：
23、
24、步骤5：对步骤4得到的y(b)作逆傅里叶变换运算，即可在数字域完成b·δf的频率调制；其中，δf为子载波间隔；
25、步骤6：令t＝t+1，计算下一时刻的随机序列，并转入步骤2。
26、进一步地，所述基于数字和模拟混合跳频的fh-ofdm系统采用的跳频时隙/帧结构包括模拟跳帧结构和数字跳帧结构；其中，
27、模拟跳帧结构由锁相环切换时间、自动增益控制保护时间、同步序列和数据载荷组成，其中，锁相环切换时间用于锁相环频率转换过程中环路的重新入锁所需的保护时间；自动增益控制保护时间是自动增益控制调整接收信号幅度达到稳定所需的时间；同步序列用于跳频系统的同步；数据载荷是帧结构中传输的有效ofdm数据；
28、数字跳帧结构由自动增益控制保护时间、同步序列和数据载荷组成。
29、另一方面，本专利技术还提供了一种利用上述的基于数字和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数字和模拟混合跳频的FH-OFDM系统，其特征在于，包括：跳频序列发生器、信道编码模块、调制模块、子载波映射模块、逆傅里叶变换模块、加循环前缀模块、数模转换模块、锁相环电路以及混频器；其中，
2.如权利要求1所述的基于数字和模拟混合跳频的FH-OFDM系统，其特征在于，所述跳频序列发生器具体用于：
3.如权利要求1所述的基于数字和模拟混合跳频的FH-OFDM系统，其特征在于，生成跳频图样和两路跳频控制信号，其中一路控制信号通过所述子载波映射模块实现子载波间隔整数倍的频率调制，另一路控制信号通过控制所述锁相环电路，利用所述混频器实现预设范围内频率调制的过程，包括：
4.如权利要求1所述的基于数字和模拟混合跳频的FH-OFDM系统，其特征在于，所述基于数字和模拟混合跳频的FH-OFDM系统采用的跳频时隙/帧结构包括模拟跳帧结构和数字跳帧结构；其中，
5.一种利用如权利要求1～4任一项所述的基于数字和模拟混合跳频的FH-OFDM系统实现的自适应跳频方法，其特征在于，所述自适应跳频方法包括：
6.如权利要求5所述的自
7.如权利要求5所述的自适应跳频方法，其特征在于，通过跳频序列发生器生成跳频图样和两路跳频控制信号，其中一路控制信号通过所述子载波映射模块实现子载波间隔整数倍的频率调制，另一路控制信号通过控制所述锁相环电路，利用所述混频器实现预设范围内频率调制的过程，包括：
8.如权利要求5所述的自适应跳频方法，其特征在于，所述自适应跳频方法采用的跳频时隙/帧结构包括模拟跳帧结构和数字跳帧结构；其中，
...【技术特征摘要】
1.一种基于数字和模拟混合跳频的fh-ofdm系统，其特征在于，包括：跳频序列发生器、信道编码模块、调制模块、子载波映射模块、逆傅里叶变换模块、加循环前缀模块、数模转换模块、锁相环电路以及混频器；其中，
2.如权利要求1所述的基于数字和模拟混合跳频的fh-ofdm系统，其特征在于，所述跳频序列发生器具体用于：
3.如权利要求1所述的基于数字和模拟混合跳频的fh-ofdm系统，其特征在于，生成跳频图样和两路跳频控制信号，其中一路控制信号通过所述子载波映射模块实现子载波间隔整数倍的频率调制，另一路控制信号通过控制所述锁相环电路，利用所述混频器实现预设范围内频率调制的过程，包括：
4.如权利要求1所述的基于数字和模拟混合跳频的fh-ofdm系统，其特征在于，所述基于数字和模拟混合跳频的fh-ofdm系统采...
【专利技术属性】
技术研发人员：李林涛，吕家奕，韩悦，宋翔，徐俊翱，吴雨欣，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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