OFDM水聲通信定時同步的FPGA實現(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通信的核心技術(shù)之一。水聲信道是一個時、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，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之一。

　　OFDM系統(tǒng)自身的正交多載波調(diào)制特點，決定了其對同步誤差十分敏感。能否實現(xiàn)準(zhǔn)確的符號定時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)信號具有良好的時頻聚集性，使得LFM信號適合作為OFDM水聲通信系統(tǒng)的定時同步信號。在接收端，利用LFM信號的自相關(guān)特性檢測其相關(guān)峰的位置，可以實現(xiàn)OFDM水聲通信系統(tǒng)的定時同步。

　　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)符號經(jīng)過DQPSK映射成一個復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)序列X[0]，X[1]，…，X[N-1]，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后將N個并行符號調(diào)制到N個子載波上，經(jīng)過IFFT后成為時域抽樣值x[n]：

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

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