OFDM水聲通信定時(shí)同步的FPGA實(shí)現

正交頻分復用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)技術(shù)是一種多載波調制技術(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)行并行數據傳輸，因此其頻譜利用率高、抗多徑衰落能力強。目前已經(jīng)在數字視頻廣播(DVB-T2)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(802.11a/g)等系統中成功得到應用，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，它具有強多徑、窄頻帶和強噪聲等特點(diǎn)，將OFDM傳輸技術(shù)應用到水聲通信中，已成為水聲通信的研究熱點(diǎn)之一。

　　OFDM系統自身的正交多載波調制特點(diǎn)，決定了其對同步誤差十分敏感。能否實(shí)現準確的符號定時(shí)同步和載波頻率同步，將直接影響到OFDM通信系統的性能。由于線(xiàn)性調頻(Linear Frequency Modulation，LFM)信號具有良好的時(shí)頻聚集性，使得LFM信號適合作為OFDM水聲通信系統的定時(shí)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(shí)現OFDM水聲通信系統的定時(shí)同步。

　　1基本原理介紹

　　OFDM水聲通信系統原理

　　典型的OFDM水聲通信系統原理框圖如圖1所示。

　　輸入的數據符號經(jīng)過(guò)DQPSK映射成一個(gè)復數數據序列X[0]，X[1]，…，X[N-1]，經(jīng)過(guò)串并轉換后將N個(gè)并行符號調制到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、D/A轉換等步驟，最后經(jīng)水聲換能器轉換成聲信號在水聲信道中傳輸。在接收端，信號經(jīng)接收換能器轉換成電信號，經(jīng)信號調理以及A/D采集、FFT等一系列逆過(guò)程，即可完成數據符號的解調。

　　為了正確恢復數據符號，本系統利用LFM信號較好的自相關(guān)特性，將其作為OFDM符號的定時(shí)同步信號。OFDM水聲通信系統發(fā)送信號的幀結構如圖2所示。在接收端采用滑動(dòng)相關(guān)檢測的方法，獲得相關(guān)峰的位置，實(shí)現定時(shí)符號的準確同步，然后經(jīng)過(guò)發(fā)送端的逆過(guò)程即可實(shí)現OFDM信號的解調，最后恢復出原始的數據符號。