OFDM水声通信定时同步的FPGA实现

正交频分复用（Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM）技术是一种多载波调制技术，它将宽带信道分解为相互正交的一组窄带子信道，利用各个子信道进行并行数据传输，因此其频谱利用率高、抗多径衰落能力强。目前已经在数字视频广播（DVB-T2）、无线局域网（802.11a/g）等系统中成功得到应用，并且成为第四代移动通信的核心技术之一。水声信道是一个时、空、频变的多径信道，它具有强多径、窄频带和强噪声等特点，将OFDM传输技术应用到水声通信中，已成为水声通信的研究热点之一。

OFDM系统自身的正交多载波调制特点，决定了其对同步误差十分敏感。能否实现准确的符号定时同步和载波频率同步，将直接影响到OFDM通信系统的性能。由于线性调频（Linear Frequency Modulation，LFM）信号具有良好的时频聚集性，使得LFM信号适合作为OFDM水声通信系统的定时同步信号。在接收端，利用LFM信号的自相关特性检测其相关峰的位置，可以实现OFDM水声通信系统的定时同步。

1基本原理介绍

OFDM水声通信系统原理

典型的OFDM水声通信系统原理框图如图1所示。

输入的数据符号经过DQPSK映射成一个复数数据序列X［0］，X［1］，…，X［N-1］，经过串并转换后将N个并行符号调制到N个子载波上，经过IFFT后成为时域抽样值x［n］：

再经过添加循环前缀（Cyclic Prefix，CP）、插入LFM同步信号、D/A转换等步骤，最后经水声换能器转换成声信号在水声信道中传输。在接收端，信号经接收换能器转换成电信号，经信号调理以及A/D采集、FFT等一系列逆过程，即可完成数据符号的解调。

为了正确恢复数据符号，本系统利用LFM信号较好的自相关特性，将其作为OFDM符号的定时同步信号。OFDM水声通信系统发送信号的帧结构如图2所示。在接收端采用滑动相关检测的方法，获得相关峰的位置，实现定时符号的准确同步，然后经过发送端的逆过程即可实现OFDM信号的解调，最后恢复出原始的数据符号。