基于OFDM的水聲通信系統(tǒng)設(shè)計

2.6 OFDM參數(shù)選擇

在OFDM系統(tǒng)中，需要確定以下參數(shù)：保護間隔、符號周期和子載波數(shù)量。這些參數(shù)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(tǒng)的各個參數(shù)[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(shù)量：子載波的數(shù)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(shù))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(shù)量。每個子信道中傳輸?shù)谋忍厮俾视烧{(diào)制類型、編碼速率以及符號速率來確定。

本文選用的OFDM參數(shù)見表1.

3 通信仿真實驗

為了驗證水聲OFDM 通信系統(tǒng)的性能，本文使用Matlab 7.1 軟件進行算法仿真。仿真時參數(shù)如表1 所示。文中OFDM系統(tǒng)傳輸?shù)男盘柺峭ㄟ^Matlab生成隨機的二進制數(shù)據(jù)0和1,首先經(jīng)過信號的編碼和交織，然后對各子載波進行基帶調(diào)制即映射，如圖3所示的星座圖，數(shù)據(jù)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(huán)前綴，這樣就生成了OFDM 符號。信號經(jīng)過多徑信道，在去掉循環(huán)前綴，并對各個符號進行FFT,接收到的數(shù)據(jù)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(diào)制時的接收星座圖。由圖可知經(jīng)過水聲信道后的信號在星座圖中的位置已經(jīng)完全改變了，則需要進行信道估計才能正確解調(diào)出原始數(shù)據(jù)。

FFT變換后，星座圖已經(jīng)完全發(fā)生變化，數(shù)據(jù)不能在星座圖中的準(zhǔn)確位置處，因此要對數(shù)據(jù)進行信道估計，圖5是信號經(jīng)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(tǒng)在8QAM基帶調(diào)制下的誤碼率曲線與單載波在8QAM調(diào)制下的誤碼率曲線比較圖，由圖可知在單載波調(diào)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(tǒng)下誤碼率明顯降低，這就可說明OFDM系統(tǒng)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(tǒng)在增加信噪比時，誤碼率也不會降低，可見OFDM系統(tǒng)比單載波系統(tǒng)有明顯的抗多徑干擾的優(yōu)勢。

子載波解調(diào)后，進行解解交織解碼，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，通信誤碼率如圖7所示。圖7(a)為BPSK調(diào)制方式下的誤碼率，圖7(b)為8QAM 調(diào)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(diào)制方式下的誤碼率要低。則驗證了當(dāng)需要可靠傳輸性能時選用BPSK調(diào)制方式，而當(dāng)需要高速率時選用頻譜利用率較高的8QAM調(diào)制方式。

4 結(jié)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(shù)，其在無線電領(lǐng)域已經(jīng)得到了非常廣泛的用途，而在水聲通信方面應(yīng)用還很少。本文把OFDM通信技術(shù)應(yīng)用于水聲通信中，設(shè)計了基于OFDM的水聲通信系統(tǒng)，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。