OFDM水聲通信定時(shí)同步的FPGA實(shí)現(xiàn)

正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)技術(shù)是一種多載波調(diào)制技術(shù)，它將寬帶信道分解為相互正交的一組窄帶子信道，利用各個(gè)子信道進(jìn)行并行數(shù)據(jù)傳輸，因此其頻譜利用率高、抗多徑衰落能力強(qiáng)。目前已經(jīng)在數(shù)字視頻廣播(DVB-T2)、無(wú)線局域網(wǎng)(802.11a/g)等系統(tǒng)中成功得到應(yīng)用，并且成為第四代移動(dòng)通信的核心技術(shù)之一。水聲信道是一個(gè)時(shí)、空、頻變的多徑信道，它具有強(qiáng)多徑、窄頻帶和強(qiáng)噪聲等特點(diǎn)，將OFDM傳輸技術(shù)應(yīng)用到水聲通信中，已成為水聲通信的研究熱點(diǎn)之一。

　　OFDM系統(tǒng)自身的正交多載波調(diào)制特點(diǎn)，決定了其對(duì)同步誤差十分敏感。能否實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的符號(hào)定時(shí)同步和載波頻率同步，將直接影響到OFDM通信系統(tǒng)的性能。由于線性調(diào)頻(Linear Frequency Modulation，LFM)信號(hào)具有良好的時(shí)頻聚集性，使得LFM信號(hào)適合作為OFDM水聲通信系統(tǒng)的定時(shí)同步信號(hào)。在接收端，利用LFM信號(hào)的自相關(guān)特性檢測(cè)其相關(guān)峰的位置，可以實(shí)現(xiàn)OFDM水聲通信系統(tǒng)的定時(shí)同步。

　　1基本原理介紹

　　OFDM水聲通信系統(tǒng)原理

　　典型的OFDM水聲通信系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

　　輸入的數(shù)據(jù)符號(hào)經(jīng)過(guò)DQPSK映射成一個(gè)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)序列X[0]，X[1]，…，X[N-1]，經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換后將N個(gè)并行符號(hào)調(diào)制到N個(gè)子載波上，經(jīng)過(guò)IFFT后成為時(shí)域抽樣值x[n]：

　　再經(jīng)過(guò)添加循環(huán)前綴(Cyclic Prefix，CP)、插入LFM同步信號(hào)、D/A轉(zhuǎn)換等步驟，最后經(jīng)水聲換能器轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)在水聲信道中傳輸。在接收端，信號(hào)經(jīng)接收換能器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理以及A/D采集、FFT等一系列逆過(guò)程，即可完成數(shù)據(jù)符號(hào)的解調(diào)。

　　為了正確恢復(fù)數(shù)據(jù)符號(hào)，本系統(tǒng)利用LFM信號(hào)較好的自相關(guān)特性，將其作為OFDM符號(hào)的定時(shí)同步信號(hào)。OFDM水聲通信系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。在接收端采用滑動(dòng)相關(guān)檢測(cè)的方法，獲得相關(guān)峰的位置，實(shí)現(xiàn)定時(shí)符號(hào)的準(zhǔn)確同步，然后經(jīng)過(guò)發(fā)送端的逆過(guò)程即可實(shí)現(xiàn)OFDM信號(hào)的解調(diào)，最后恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)符號(hào)。