基于OFDM的水声语音通信系统的设计

论文摘要

近年来,随着海洋开发和利用的不断深入,人们越来越重视水下语音通信系统的研究与开发。声波作为唯一在水中能进行远距离传输的能量形式,是水下信息传输的有效载体,使得水下声波通信成为了现阶段研究的热点问题,由于水下声信道具有通信信道带宽窄、随机空变-时变-频变和信道多途干扰严重等复杂的特性,所以在水声语音通信的实践中必须选择一种适合水声信道的通信方式来克服这些问题。本文采用能够有效抗多途干扰、抗频率选择性衰落以及很高频谱利用率的正交频分复用技术,设计了一套在水声信道环境下适用的语音通信系统。硬件的设计上采用PCM3500和AMBE-2000实现原始语音信号的压缩与解压缩处理,然后用TMS320VC5509A芯片来完成数字通信方案的调制与解调工作,最后利用语音编解码器对数据进行D/A输出与A/D采集。在系统的软件设计中用IFFT/FFT实现了正交频分复用的调制与解调,并结合信道编码技术、交织技术以及子载波的数字调制技术对语音数据进行处理,同时配合其他底层接口程序以及发射和接收控制程序一起实现了语音的实时传输。通过对系统设计方案理论和性能的仿真验证了系统的可行性,最后进行联调实验测试了系统的功能,并对存在的问题提出了改进的措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景和意义
• 1.2 水声语音通信系统发展历程及研究现状
• 1.2.1 水声语音通信系统的发展历程
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 水声语音通信系统概述
• 1.3.1 水声信道分析
• 1.3.2 中低速率语音编码技术
• 1.3.3 差错控制技术
• 1.3.4 数字调制技术
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 系统技术分析与方案设计
• 2.1 正交频分复用技术
• 2.1.1 基于IDFT/DFT调制与解调
• 2.1.2 循环前缀
• 2.1.3 子载波调制
• 2.2 纠错编码与交织编码
• 2.3 水声语音通信系统方案设计
• 2.3.1 系统方案概述
• 2.3.2 系统参数设计
• 2.3.3 系统方案仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统的硬件设计
• 3.1 系统硬件实现方案
• 3.2 TMS320VC5509A简介
• 3.2.1 TMS320VC55x DSP的硬件结构
• 3.2.2 TMS320VC5509A片内外设
• 3.3 系统中主要硬件接口及滤波电路
• 3.3.1 语音芯片与CODEC以及DSP的接口
• 3.3.2 高采样率CODEC和DSP的接口
• 3.3.3 E2PROM和DSP的接口
• 3.3.4 带通滤波电路
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统软件设计与联调实验
• 4.1 系统主要算法实现
• 4.2 系统的数据处理
• 4.3 数据帧和帧同步检测
• 4.3.1 数据帧结构
• 4.3.2 帧同步判决的实现
• 4.4 系统工作模式
• 4.4.1 系统主控
• 4.4.2 发送模式
• 4.4.3 接收模式
• 4.5 VC5509A的自举引导
• 4.5.1 SPI EEPROM串行引导模式
• 4.5.2 引导表的建立
• 4.6 系统联调实验
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢