基于OFDM技术的水声通信研究 ——接收端子系统设计

论文摘要

水声通信技术海洋开发和利用中越来越显著的地位,但是由于严重的时变性和频率选择性衰落,使得水声信道是一个非常复杂的信道,水下通信一直以来受限于信道带宽和信号多途的影响。正交频分复用技术(OFDM)具有良好的抗多途特性和带宽利用率高的特点。由于使用并行传输使数据传输速率大大提高,并且通过加循环前缀提高了抗多径干扰的能力,经多径时延信道传输后接收端通过简单的信道编解码技术即可实现无符号间干扰(ISI)接收。OFDM技术受到高速率数据传输系统的青睐,在水下通信中具有很好的应用前景。本文主要根据OFDM传输模型,利用TI DSP器件TMS320VC5509A及其外围模拟电路组成水下通信接收平台,进行OFDM在水下通信中的研究。主要研究的内容包括:1.OFDM技术系统模型设计以及参数的选择分析,给出了一个完整的系统设计指标。2.水下通信接收平台的硬件设计,包括板子总体设计,原理图设计,电路板设计,电路板焊接与调试。3.FFT、QDPSK、RS码、卷积码维特比译码、同步等OFDM系统传输需要的算法分析,并利用高效率的DSP汇编语言和C语言联合实现。

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 水下通信发展现状
• 1.3 多载波技术及其水下通信应用
• 1.3.1 多载波通信的发展
• 1.3.2 多载波水下通信的发展历史
• 1.3.3 正交频分复用的技术特点
• 1.3.4 多载波在水下通信中的应用
• 1.4 本文研究的主要内容与结构
• 1.4.1 水下接收系统的硬件设计
• 1.4.2 水下接收系统的软件设计
• 1.4.3 论文结构
• 第2章 水下通信OFDM系统的原理及模型
• 2.1 OFDM基本原理
• 2.1.1 OFDM算法理论和基本结构
• 2.1.2 DFT的实现
• 2.1.3 OFDM信号正交性分析
• 2.1.4 保护时间和循环前缀
• 2.1.5 保护间隔对同步性能的影响
• 2.1.6 保护间隔对信号功率的影响
• 2.2 OFDM系统模型
• 2.2.1 OFDM系统参数选择
• 2.2.2 OFDM系统收发机
• 2.2.3 基于IFFT/FFT的OFDM系统的实现
• 2.3 OFDM几个关键问题
• 2.3.1 同步技术
• 2.3.2 OFDM系统的信道估计
• 2.4 本章小结
• 第3章 OFDM系统接收器的硬件实现
• 3.1 硬件系统的设计
• 3.2 电源模块
• 3.3 接收机模块
• 3.3.1 放大电路
• 3.3.2 带通滤波电路
• 3.3.3 射随电路
• 3.4 检波电路
• 3.4.1 二极管检波
• 3.4.2 电压比较器
• 3.5 TMS320VC5509硬件结构及其外围电路
• 3.5.1 TMS320VC5509处理器
• 3.5.2 TMS320VC5509的构成
• 3.5.3 DSP与A/D转换器的接口电路
• 3.5.4 DSP与PC通信
• 3.5.5 DSP的引导模式
• 3.6 本章小结
• 第4章 OFDM系统接收器的软件编程
• 4.1 水下接收机软件流程图
• 4.2 水下通信的参数
• 4.3 同步信号的实现
• 4.3.1 OFDM帧结构
• 4.3.2 同步信号的选择
• 4.3.3 同步的过程
• 4.4 傅立叶变换
• 4.5 数字解调技术
• 4.5.1 水下通信常用的数字调制方式分析
• 4.5.2 四相相对相移键控解调
• 4.6 OFDM系统的信道编码
• 4.6.1 RS码
• 4.6.2 卷积码
• 4.7 系统仿真分析
• 4.8 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
• 附录