基于OFDM技术的水声通信研究 ——发射端子系统设计

论文摘要

人们利用海洋资源的渴望为水声通信技术的发展提供了巨大的动力。目前,水下通信则仍然处于起步阶段。混响与多普勒效应是水声信道最为显著的两个特点。我们必须针对水下环境的特殊性来开发水下通信技术。正交频分复用(OFDM)是近几年兴起的一种在无线信道上实现高速数据传输的新技术。它属于多载波调制技术,其最大的特点是传输速率高,对码间干扰和信道选择性衰落具有很强的抵抗能力。因此,对OFDM技术在水声通信中的应用与研究具有很高的理论价值与实用价值。本论文就是以这个为背景,研究和设计一个基于OFDM技术的水声通信发射端子系统。论文的主要内容如下:1.给出了水声通信的发展现状和OFDM技术在水声通信中的应用现状;同时对OFDM技术原理进行了详细的讨论以及给出了通用的OFDM系统框图。2.对OFDM系统的主要缺点之一的高峰值平均功率比(PAR)问题进行了基本的分析,并且介绍了一种能降低PAR的解决方案:部分发送序列(PTS)方法。3.通信系统硬件平台的设计采用TI公司TMS320C5000系列DSP芯片中的TMS320VC5509A完成发射系统中OFDM信号的调制及其它基带信号处理功能。功率放大电路采用Tripath公司的T类数字音频功率放大器TK2350,这类放大器同时具有AB类功率放大器的高保真度和D类功率放大器的高效率。4.通信系统的软件实现的算法或者程序有快速傅立叶逆变换(IFFT)、比特交织算法、PTS和QPSK比特映射等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景和立题意义
• 1.2 OFDM技术应用在水声通信中的应用概述
• 1.3 论文的主要内容
• 第2章 OFDM的基本原理
• 2.1 OFDM的调制与解调
• 2.2 OFDM的保护间隔和循环前缀
• 2.2.1 保护间隔
• 2.2.2 循环前缀
• 2.2.3 保护间隔长度不足的影响
• 2.2.4 加入循环前缀后的OFDM系统
• 2.3 OFDM的收发信机结构及参数选择
• 2.4 OFDM系统中的关键技术
• 2.5 OFDM技术的优势与不足
• 2.6 本章小结
• 第3章 用 PTS方法降低峰值平均功率比
• 3.1 OFDM系统中的峰值平均功率比及其分布
• 3.1.1 峰值平均功率比的定义
• 3.1.2 OFDM系统内峰值平均功率比的分布
• 3.2 放大器的非线性对 OFDM系统内的峰均比的影响
• 3.3 部分传输序列减小 OFDM系统内的峰均比
• 3.3.1 最小PAR门限值的理论极限
• 3.3.2 PTS方法原理
• 3.3.3 分割方法
• 3.3.4 PTS-OFDM系统的参数比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 通信系统硬件设计
• 4.1 TMS320C5509A DSP基本系统设计
• 4.1.1 TMS320C5509A DSP电源电路设计
• 4.1.2 时钟电路和复位电路设计
• 4.1.3 DSP其他电路设计
• 4.2 EEPROM电路设计
• 4.3 DAC电路设计
• 4.4 功率放大器电路设计
• 4.4.1 T类功率放大器概述
• 4.4.2 功率放大电路设计
• 4.4.3 功率放大电路与换能器的匹配设计
• 4.5 硬件系统实现中的一些注意事项
• 4.5.1 设计电路的注意事项
• 4.5.2 测试电路的注意事项
• 4.6 本章小节
• 第5章 通信系统软件实现
• 5.1 DSP实现中的计算精度
• 5.1.1 DSP系统中信号和系数的定点数据格式表示
• 5.1.2 DSP数据表示的动态范围和精度
• 5.1.3 DSP实现中的误差源
• 5.1.4 DSP计算误差
• 5.1.5 D/A转换误差
• 5.2 IFFT的 DSP实现
• 5.2.1 解决思路:用 FFT计算 IFFT
• 5.2.2 DSP实现
• 5.2.3 实现考虑因素
• 5.3 交织算法的DSP实现
• 5.3.1 实现目的
• 5.3.2 解决思路
• 5.3.3 DSP实现
• 5.4 PTS方法降低峰均比的DSP实现
• 5.4.1 实现目的
• 5.4.2 解决思路
• 5.4.3 DSP实现
• 5.5 通信系统的其他模块实现
• 5.5.1 QPSK比特映射的DSP实现
• 5.5.2 通信系统硬件接口的软件实现
• 5.6 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