OFDM水聲通信定時同步的FPGA實現

正交頻分復用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)技術是一種多載波調制技術，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。目前已經在數字視頻廣播(DVB-T2)、無線局域網(802.11a/g)等系統中成功得到應用，并且成為第四代移動通信的核心技術之一。水聲信道是一個時、空、頻變的多徑信道，它具有強多徑、窄頻帶和強噪聲等特點，將OFDM傳輸技術應用到水聲通信中，已成為水聲通信的研究熱點之一。

　　OFDM系統自身的正交多載波調制特點，決定了其對同步誤差十分敏感。能否實現準確的符號定時同步和載波頻率同步，將直接影響到OFDM通信系統的性能。由于線性調頻(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水聲通信系統的定時同步信號。在接收端，利用LFM信號的自相關特性檢測其相關峰的位置，可以實現OFDM水聲通信系統的定時同步。

　　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。

　　輸入的數據符號經過DQPSK映射成一個復數數據序列X[0]，X[1]，…，X[N-1]，經過串并轉換后將N個并行符號調制到N個子載波上，經過IFFT后成為時域抽樣值x[n]：

　　再經過添加循環前綴(Cyclic Prefix，CP)、插入LFM同步信號、D/A轉換等步驟，最后經水聲換能器轉換成聲信號在水聲信道中傳輸。在接收端，信號經接收換能器轉換成電信號，經信號調理以及A/D采集、FFT等一系列逆過程，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信號較好的自相關特性，將其作為OFDM符號的定時同步信號。OFDM水聲通信系統發送信號的幀結構如圖2所示。在接收端采用滑動相關檢測的方法，獲得相關峰的位置，實現定時符號的準確同步，然后經過發送端的逆過程即可實現OFDM信號的解調，最后恢復出原始的數據符號。