基于OFDM的水聲通信系統設計

2.6 OFDM參數選擇

在OFDM系統中，需要確定以下參數：保護間隔、符號周期和子載波數量。這些參數取決于所需信道的頻帶寬度、時延擴展和要求的信息傳輸速率。一般按照以下方法確定OFDM系統的各個參數[7]:

(1)保護間隔的確定：保護間隔大于信息的最大時延擴展。

(2)選擇符號周期：一般選擇符號周期長度(不包含保護間隔長度)為保護間隔長度的4倍。

(3)子載波的數量：子載波的數量可以利用-3 dB帶寬除以子載波間隔(即為去掉保護間隔后的符號周期的倒數)得到。還可以利用要求的比特速率除以每個子信道中的比特速率來確定子載波的數量。每個子信道中傳輸的比特速率由調制類型、編碼速率以及符號速率來確定。

本文選用的OFDM參數見表1.

3 通信仿真實驗

為了驗證水聲OFDM 通信系統的性能，本文使用Matlab 7.1 軟件進行算法仿真。仿真時參數如表1 所示。文中OFDM系統傳輸的信號是通過Matlab生成隨機的二進制數據0和1,首先經過信號的編碼和交織，然后對各子載波進行基帶調制即映射，如圖3所示的星座圖，數據被分配在星座空間的固定位置處，與理論值一致。

映射后對單個的信號進行IFFT 變換，加入循環前綴，這樣就生成了OFDM 符號。信號經過多徑信道，在去掉循環前綴，并對各個符號進行FFT,接收到的數據符號的星座圖見圖4,圖4(a)和圖4(b)分別是子載波為BPSK和8QAM基帶調制時的接收星座圖。由圖可知經過水聲信道后的信號在星座圖中的位置已經完全改變了，則需要進行信道估計才能正確解調出原始數據。

FFT變換后，星座圖已經完全發生變化，數據不能在星座圖中的準確位置處，因此要對數據進行信道估計，圖5是信號經過信道估計后的星座圖，圖5(a)和圖5(b)分別為為BPSK和8QAM下的信道估計后的星座圖。

圖6是OFDM系統在8QAM基帶調制下的誤碼率曲線與單載波在8QAM調制下的誤碼率曲線比較圖，由圖可知在單載波調制下誤碼率很高，信號通過水聲信道的多徑干擾等影響后接收到的信號的錯誤率偏高，而在OFDM通信系統下誤碼率明顯降低，這就可說明OFDM系統具有明顯的抗多徑干擾性能，在增加信噪比后誤碼率會明顯下降，而單載波系統在增加信噪比時，誤碼率也不會降低，可見OFDM系統比單載波系統有明顯的抗多徑干擾的優勢。

子載波解調后，進行解解交織解碼，恢復原始數據，通信誤碼率如圖7所示。圖7(a)為BPSK調制方式下的誤碼率，圖7(b)為8QAM 調制方式下的誤碼率曲線，可以知道BPSK方式下的誤碼率要比8QAM調制方式下的誤碼率要低。則驗證了當需要可靠傳輸性能時選用BPSK調制方式，而當需要高速率時選用頻譜利用率較高的8QAM調制方式。

4 結論

OFDM 是一種適合于多徑衰落和受限帶寬信道中的高速通信技術，其在無線電領域已經得到了非常廣泛的用途，而在水聲通信方面應用還很少。本文把OFDM通信技術應用于水聲通信中，設計了基于OFDM的水聲通信系統，并通過分析和仿真，驗證了基于OFDM 的水聲通信具有較強的抗多徑干擾的能力。