OFDM水声通信降低限幅噪声的改进算法

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高速水声通信中OFDM的编码、调制技术与应用研究的开题报告

高速水声通信中OFDM的编码、调制技术与应用研究的开题报告

高速水声通信中OFDM的编码、调制技术与应用研究的开题报告摘要:随着深海勘探和海洋资源的开发利用,水声通信作为一种可靠和高效的通信方式,受到越来越多的关注和重视。

在水声通信中,由于频谱资源有限,传统的单载波调制技术(SCM)无法满足高速传输的需求。

而正交频分复用(OFDM)技术作为一种多载波调制技术,可以很好地解决频谱效率低的问题,并且具有抗多径衰落的能力。

本文将研究高速水声通信中OFDM的编码、调制技术及其应用。

本文将首先介绍水声通信的特点以及OFDM技术的概念、原理和优点。

其次,结合水声信道的特点,研究OFDM在水声通信中的应用,探讨OFDM信号的参数设置以及多路复用技术。

然后,对于水声信道中存在的信号衰减和噪声干扰等问题,研究OFDM的编码技术,本文将重点研究低密度奇偶校验(LDPC)码和Turbo码作为OFDM的编码技术,并探索其在水声通信中的效果。

最后,本文将进行实验仿真,分析OFDM在水声通信中的性能和可行性。

本文的研究目的是探索高速水声通信中OFDM的编码、调制技术及其应用,为实现水下高速通信提供技术支持和理论指导,同时为水下资源勘探和海洋生态环境监测等领域提供有力保障。

关键词:水声通信;OFDM;编码技术;调制技术;高速传输Abstract:With the development and utilization of deep-sea exploration and marine resources, underwater acoustic communication, as a reliable and efficient communication method, has received more and more attention. In underwater communication, due to the limited frequency spectrum resources, traditional single-carrier modulation (SCM) technology cannot meet the needs of high-speed transmission. Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technology, as a multi-carrier modulation technology, can solve the problem of low spectrum efficiency and has the ability to resist multipath fading. This article will study the coding, modulation technology and application of OFDM in high-speed underwater acoustic communication.This article will first introduce the characteristics of underwater acoustic communication and the concept, principle, and advantages of OFDM technology. Secondly, combined with the characteristics of the underwater acoustic channel, the application of OFDM in underwater communication will be researched, exploring the parameter setting of OFDM signals and multiplexing technology. Then, for the problems of signal attenuation and noise interference in the underwater acousticchannel, the coding technology of OFDM will be studied. This article will focus on the Low-Density Parity- Check (LDPC) code and Turbo code as the coding technology of OFDM, and explore their effects in underwater acoustic communication. Finally, this paper will carry out experimental simulations to analyze the performance and feasibility of OFDM in underwater communication.The purpose of this research is to explore the coding, modulation technology and application of OFDM in high-speed underwater acoustic communication, to provide technical support and theoretical guidance for achieving high-speed communication underwater, and to provide powerful guarantees for underwater resource exploration and marine ecological environment monitoring.Keywords: underwater acoustic communication; OFDM; coding technology; modulation technology; high-speed transmission.。

OFDM水声通信改进频域均衡算法

OFDM水声通信改进频域均衡算法

Re s e a r c h o n t h e i m pr o v e d f r e qu e n c y — do ma i n e q u a l i z a t i o n a l g o r i t h m
f o r OFDM u n de r wa t e r a c o u s t i c c o mmu ni c a t i o n
p r e f i x t o o v e r c o me t h e b a d i n f l u e n c e s c a u s e d b y mu l t i — p a t h e f f e c t s i n t h e u n d e r wa t e r a c o u s t i c c h a n n e 1 .B u t t h e r e d u n d a n t l o n g p r e f i x i s a c t u a l l y a s e r i o u s wa s t e o f e n e r g y a n d b a n d wi d t h i n u n d e r wa t e r s y s t e ms ,wh i c h r e s t r a i n s t h e OF DM s i g n a l ’ S a d v a n t a g e s o f h i g h c h a n n e l u t i l i z a t i o n g r e a t l y.Ai mi n g a t t h e d e f e c t s o f t h e t r a d i t i o n a l e q u a l i z a t i o n a l g o r i t h m ,t h i s p a p e r b r i n g s f o r wa r d a n e w f r e q u e n c y - d o ma i n e q u a l i z a t i o n a l g o r i t h m b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e i n f l u e n c e s c a u s e d b y mu l t i — p a t h e f f e c t s a n d t h e e q u a l i z a t i o n t h e o r y a n d s t r u c t u r e .Th e r e s u l t s o f s i mu l a t i o n s h o w t h a t t h e n e w a l g o r i t h m c a n c o mp e n s a t e t h e mu l t i — p a t h e f f e c t s

水声通讯中OFDM调制技术研究

水声通讯中OFDM调制技术研究

水声通讯中OFDM调制技术研究水声通信是一种利用水环境传输信息的技术,适用于水下数据传输、声呐测距、地震勘探等领域。

由于水中信道受多种复杂因素影响,如多径传播、海水吸收、表面反射等,传统的基于单载波调制的水声通信难以满足高速、高质量、深度的信息传输需求。

OFDM(正交频分复用)调制技术作为一种多载波调制技术,通过将传输信号分成多个小块,在不同的载波上同时传输,具有抗干扰能力强、传输速率快、频谱利用率高等优点,因此成为水声通信领域的研究热点。

一、OFDM调制技术的基本原理OFDM技术将传输带宽分为若干个子载波,每个子载波之间正交,可以实现不同子载波的并行传输。

具体地,将要传输的数据以一定速率进行调制后发送到n个正交子载波上,符号时间为子信道的长度,可以方便地设计接收滤波器。

同时,OFDM系统还引入了循环频率前缀(Cyclic Prefix,CP)技术,以保证信号之间的正交性,进一步减小系统误码率。

二、OFDM调制技术在水声通信中的优势1. 抗多径传播干扰多径传播是水下信号传输中常见的问题,会引起码间干扰和时延扩展等问题。

OFDM技术通过将数据流分成多个子载波进行传输,这些子载波在水下传播具有不同的延迟、相位和振幅,能够有效地减少多径衰落效应,提高码间抗干扰能力。

2. 高速传输基于OFDM调制技术的水声通信系统能够实现高速数据传输,因为子载波之间具有正交性而不会相互干扰,通过合理设计带宽、子载波个数以及信道编码等便可提高传输速率。

3. 增大频谱利用率水下信道的带宽有限,而随着水声通信的广泛应用,频谱资源变得越发稀缺。

OFDM技术将信道带宽分成多个子信道,通过正交子载波实现同时传输,从而实现提高频谱利用率的目的。

三、OFDM调制技术在水声通信中的应用现状OFDM技术在水声通信领域具有广泛应用前景,并已经投入到实际工程中。

例如,美国海军开发了基于OFDM的水声通信系统,采用了多通道设计和自适应调整功能,可实现1.5Mbps的高速数据传输。

正交频分复用(OFDM)在水声通信中的应用

正交频分复用(OFDM)在水声通信中的应用

正交频分复用(OFDM)在水声通信中的应用摘要:本文介绍了正交频分复用(OFDM)技术的基本原理,介绍了水声通信的历史,水声通信的发展特点。

讨论了OFDM系统在水声系统实现方法,分析了水声正交频分复用的调制和解调过程,并简要分析了OFDM水声通信系统的性能特点。

关键词:正交频分复用(OFDM);水声通信;调制;解调1引言在水声通信中,随着探潜区域从沿海大陆架延伸到深水区,以及探潜距离和精度的提高,要求水声数据传输的传输距离更远,传输速率更高,传输误码率更低。

同时水下武器系统的日益智能化,要求对其进行相应的指挥控制。

对水下航行器和探测器进行监测和导航,以及对潜通信等使得水下通信技术的研究得到人们的高度重视,水声通信技术的重要性也日益突出。

与此同时,其他领域的技术,尤其是电信、电子以及计算机技术的飞速发展给水声通信的研究提供了强大的技术支持并极大的促进了水声通信的发展。

近10多年来,水声通信发生了深刻的变化。

其研究手段和实现方法发生了根本的变化。

在水声通信系统中,如何高速和可靠地传输信息成为人们关注的一个焦点。

虽然现在数据传输理论和实践已经取得了相当大的进展,但是随着通信的发展,特别是无线通信业务的增长,可以利用的频率资源日趋紧张。

OFDM调制技术的出现为实现高效的抗干扰调制技术和提高频带利用率开辟了一条的新路径。

OFDM调制技术的应用可以追溯到二十世纪60年代,主要用于军用的高频通信系统,也曾被考虑应用于高速调制解调器。

目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频和视频领域和民用通信系统中,主要的应用包括:非对称的数字用户环路(ADSL)、ETSI标准的数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网(WLAN)等。

2OFDM基本原理OFDM是一种无线环境下的高速传输技术,该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。

这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度,提高了抗多径衰落的性能。

一种基于分数阶傅里叶变换的OFDM水声通信均衡算法

一种基于分数阶傅里叶变换的OFDM水声通信均衡算法

一种基于分数阶傅里叶变换的OFDM水声通信均衡算法徐伟;胡友峰;王小舟
【期刊名称】《鱼雷技术》
【年(卷),期】2014(022)002
【摘要】为了解决正交频分复用(OFDM)水声通信系统在受到多普勒效应影响时,子载波间的正交性容易受到破坏,而导致系统性能下降问题,基于分数阶傅里叶变换(FRFT)的OFDM水声通信技术,提出了一种新的二次变换信道估计与均衡方法,分析了该方法的原理及实现过程.该方法通过2次FRFT使接收数据在频域完成信道均衡后再变换到相应的分数阶域,可以为FRFr-OFDM系统的工程实践提供基础.仿真结果表明,相比于传统的OFDM系统,基于FRFr的OFDM通信方法能有效提高通信性能.
【总页数】5页(P105-109)
【作者】徐伟;胡友峰;王小舟
【作者单位】中国船舶重工集团公司第705研究所昆明分部,云南昆明,650118;中国船舶重工集团公司第705研究所昆明分部,云南昆明,650118;中国船舶重工集团公司第705研究所昆明分部,云南昆明,650118
【正文语种】中文
【中图分类】TJ630.34;TB567
【相关文献】
1.一种基于分数阶傅里叶变换的OFDM系统及其均衡算法 [J], 陈恩庆;陶然;张卫强;孟祥意
2.基于短时傅里叶变换的水声通信自适应 OFDM 均衡 [J], 张玲玲;黄建国;韩晶;唐成凯
3.一种基于时分数据调制的加权分数阶傅里叶变换通信方法 [J], 张笑宇;冯永新
4.分数阶傅里叶变换结合高峰均比抑制算法对CO-OFDM系统的影响分析 [J], 童峥嵘;刘畅;曹晔;张卫华
5.短时傅里叶变换在水声通信自适应OFDM均衡中应用 [J], 李忠武
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OFDM水声通信系统中均衡及多普勒补偿的实现研究的开题报告

OFDM水声通信系统中均衡及多普勒补偿的实现研究的开题报告

OFDM水声通信系统中均衡及多普勒补偿的实现研究的开题报告一、研究背景随着科学技术的不断进步,水下通信技术在军事、民用等领域中具有重要的应用价值。

OFDM水声通信系统是一种有效的水下通信技术,可以实现高速数据传输和降低码间干扰。

然而,水声传播的复杂性和随机性以及多普勒效应等因素会对OFDM水声通信系统的性能产生影响,因此需要进行均衡和多普勒补偿。

本研究旨在探究OFDM水声通信系统中的均衡及多普勒补偿技术,提高系统性能。

二、研究目的本研究的主要目的有以下几点:1、研究OFDM水声通信系统的基本原理和技术特点;2、分析水声信道的影响因素及其对OFDM系统的影响;3、探究OFDM水声通信系统中的均衡技术;4、探究OFDM水声通信系统中的多普勒补偿技术;5、通过模拟实验验证所提出的均衡及多普勒补偿技术对系统性能的提高作用。

三、研究内容1、OFDM水声通信系统的基本原理和技术特点通过对OFDM水声通信系统的基本原理和技术特点进行分析和研究,了解OFDM水声通信系统的通信特点和限制因素。

2、水声信道的影响因素及其对OFDM系统的影响分析水声信道的复杂性和随机性以及多普勒效应等因素,研究它们对OFDM水声通信系统的影响,为后续均衡和多普勒补偿技术的研究提供基础。

3、OFDM水声通信系统中的均衡技术研究OFDM水声通信系统中的均衡技术,包括线性均衡和非线性均衡等,探究它们的原理和应用方法。

4、OFDM水声通信系统中的多普勒补偿技术研究OFDM水声通信系统中的多普勒补偿技术,包括预测和反演等技术,探究它们的原理和应用方法。

5、实验验证与分析通过实验验证所提出的均衡及多普勒补偿技术对OFDM水声通信系统的性能提高作用,并分析实验结果。

四、研究意义1、对于水下通信技术的研究和应用具有一定的促进作用;2、深入探究OFDM水声通信系统中的均衡和多普勒补偿技术,提高了OFDM水声通信系统的性能;3、研究结果可为优化OFDM水声通信系统提供一定依据和指导。

OFDM水声通信系统语音信号的小波包消噪方法

OFDM水声通信系统语音信号的小波包消噪方法
布特性 不 同来进 行 , 先将语音 信号 分层 , 定最佳 小波 包分解树 , 进行 阈值 量化 , 首 确 再 完成 小波 包
分解 , 并对 所得 阈值 进行 消噪处 理 , 最后 利 用一 波 包逆 变换 重构传 输信 号 。计 算机仿 真 结果表 明 J 、 在 OF M 水 声通 信 系统 中利 用小波 包分解 方法对语 音信 号进行 处理 , D 可有 效消噪 , 并可较 为 完整
2个小 波包 的正 交 基联 系于 它 们 的上 一 代 , ( )
性衰 落 的作 用 。并 行 的子 数 据 串经 P K 或 QAM S 映射 后合 成信 号 即为 O DM 符号 。 F
的能量 大部 分பைடு நூலகம் 中在 一个 频率 波段 , 2个滤 波器 且
h(J ) 2a 和g(J ) ) 2o 选择 位 于这个 波段 内的低或 高频 2
6 8
21 0 0年 1 中国制造业 信息 化 2月
第3 9卷
第2 3期
OF DM 水 声 通 信 系 统 语 音 信 号 的 小 波 包 消 噪 方 法
杨 蕾 孙 志 国 , , 喻 敏 4 02 ) 3 0 3 (. 1 武汉 工业 学 院 电气信 息工 程系 , 北 武 汉 湖 (. 3 武汉 理工 大学 交通 学院 , 北 武 汉 湖
于在 O DM 系统 中各 个 子 信道 载 波 相 互 正交 , F 因
种 可有效对 抗频率 选择性 衰落 的技术 , 它具有抗
多径 引起 的符 号 间干 扰 能力 、 衰 落能 力 , 频 带 抗 且 利用率 高 。应 用 了 OF M 技 术 的 O D 水声 通 D F M 信系统具 有传输 容量 大 、 据 传 输 稳定 等 特点 , 数 因

OFDM水声通信降低限幅噪声的改进算法

OFDM水声通信降低限幅噪声的改进算法

OFDM水声通信降低限幅噪声的改进算法郭铁梁;赵旦峰;钱晋希【摘要】In the process of reducing the Peak to Average PowerRatio(PAPR)of the Underwater Acoustic(UWA)Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM)systems, the traditional clipping methods are used with high noise for the High Power Amplifier(HPA)working in the linear region effectively. In order to decrease the noise, a novel algorithm with low complexity is proposed. Different clipping values are used to clip different amplitude of signals. And then the above clipping results are recorded by a vector for the recovery of the original amplitude and the clipping noise is decreased. Theoretical analysis and simu-lation results show that the algorithm can restrain the clipping noise effectively with a low computation and make the amplifier work properly.%为了降低正交频分复用(OFDM)水声(UWA)通信系统的峰均比(PAPR),使放大器能工作在线性有效区,传统的限幅方法通常会引入较大的限幅噪声。

基于OFDM的水声通信算法

基于OFDM的水声通信算法

基于OFDM的水声通信算法韩文斌;刘建明【摘要】在水声通信领域,基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的通信技术是最直接和最有效的手段之一.但是水声通信信道是多变的和复杂的,在传输的过程中可能会受到多途扩展严重、可用带宽有限和高噪声等不理想因素的影响,导致无法恢复出原始数据,所以保证数据的可靠性传输是极其重要的.本文在原有的OFDM通信基础上加入了交织技术、chirp扩频技术、加窗以及chirp同步技术,并通过对MATLAB的仿真和实验分析,验证了该系统的可行性,最后通过对比加入噪声、多径和多普勒效应的误码率曲线图,说明了该系统的性能和抗干扰能力.%In the field of underwater acoustic communication, communication technology based on OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is one of the most direct and effective means. But the underwater acoustic communication channel is changeable and complicated. In the process of transmission, it may be affected by the multipath propagation, the limited available bandwidth and the high noise, which cause the original data not been recovered. So it is very important to ensure the reliability of data transmission. On the basis of the original OFDM communication, this paper adds the weaving technology, chirp spread spectrum technology, the window and the chirp synchronization technology. And through the simulation and analysis of MATLAB, the feasibility of the system is verified. At last, the performance of the system and the ability of anti-jamming are illustrated by comparing the error rate curves of adding noise, multipath and Doppler effects.【期刊名称】《计算机系统应用》【年(卷),期】2017(026)004【总页数】6页(P135-140)【关键词】OFDM;水声通信;交织;chirp扩频;加窗【作者】韩文斌;刘建明【作者单位】桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,桂林 541004;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,桂林 541004【正文语种】中文海洋环境中多径效应、多普勒效应以及海洋环境噪声的存在注定了水声信道是一个复杂的和时变的信道. 因此, 如何保证数据的可靠性传输成为了水声通信中最难以突破的瓶颈. 传统的单载波通信技术可以解决数据的可靠性问题, 但是单载波通信技术却造成了有限带宽的严重浪费, 限制了发送速率, 只适合于低速率的数据传输, 难以满足人们的需求. 21世纪以来, OFDM通信系统开始越来越收到了科研人员的注意, 这正是由于正交频分复用技术把高速的数据流转化为并行低速的数据流, 解决了高速数据流的传输问题, 还可以根据需求对通信系统的带宽进行灵活的调整, 设定频带的分配问题. 但是, 因为OFDM的发送信号是由许多相互正交子载波上的发送信号的叠加而成的, 所以OFDM系统容易受到多普勒频偏的干扰[1].本文针对这一问题提出了基于频域Chirp扩频的OFDM水声通信系统. 该通信系统加入了交织技术,以及结合OFDM和Chirp扩频技术来克服它们的不足,在复杂水声通信信道中, 具有防止突发性错误、强抗多径干扰、抗多普勒效应和抗噪声的特性, 从而一并解决可靠性和高数据流的传输问题.正交频分复用技术(OFDM)是把高速的数据流通过串并转换, 使得每个子载波上的数据符号持续时间相对增加, 可以减轻水声信道的时间弥漫, 信号的带宽小于信道的相干带宽, 从而消除符号间干扰(ISI). OFDM系统在满足子载波正交的情况下, 允许子载波的频谱部分重叠, 并且可以从重叠的子载波中获得数据信息, 频谱的利用率可以得到显著提高. 从发射端发送数据的时候, 经过子载波上的调制, 将数据转换为一组复数序列, 将映射后的数据经过IFFT变换得到一组新的数据. 因此, OFDM 是一种高效的传输方式[2],它的优点有很多, 将其关键技术引入水声通信系统中是很有必要的, 但是需要特别注意的是, 水声环境的复杂性和多变性对整个系统的影响.假设}是第n帧的OFDM的传输符号中的第k个子载波上的数据, 那么经过OFDM调制以后的数据可以表示为:其中k=0,1…, N-1, Ts是符号的周期, fΔ是子载波的带宽, N是子载波的个数. 为了保证各个子载波之间的正交性, 符号周期必须满足足够的长度. 在数据的接收端可以通过下面公式获得:然后经过数据逆映射, 就可以得到原始的发射数据了. 可以看出子载波的调制其实就傅里叶的正逆变换,对于变换采用的是IFFT/FFT算法是实现的, 这是因为快速傅里叶变换可以减少计算量, 提高运算效率[3].3.1 系统的整体框图基于OFDM的水声通信系统框图如图1所示. 在整个水声通信系统的发射端, 首先将需要发送的数据通过信道编码器进行卷积编码和交织[4], 其目的是为防止突发性错误和随机性错误, 然后通过串并转换将数据转换到每个子载波上进行载波调制, 调制以后的信号就是OFDM的调制信号了, 为了克服多径效应带来的码间干扰(ISI), 可以在OFDM信号的后面加入保护间隔, 保护间隔可以从信号本身的截取(保护间隔的长度理论上应该大于最大时延的长度), 即循环前缀(CP), 加循环前缀的目的是为了克服接收端接受到的信号之间的干扰[5]. 将加入CP以后的OFDM信号进行加窗处理以后, 可以使的频谱能量更加集中, 为了区分噪声和有用信号, 可以在信号的前端加入同步信号.最后, 将处理以后的信号经过上变频后与换能器相匹配, 接收端是发送端的逆过程.3.2 交织技术交织是指通信系统在通信的过程中对数据进行处理的一种技术[5]. 交织的主要目的是防止信号在信道传输时发生连续性错误, 通过解交织把突发性的错误随机化, 再通过解码达到纠错的效果. 交织有规则交织、不规则交织和随机交织三种方式. 本文采用的是5×6规则交织, 这种交织的基本原理是把送入交织器的数据按行存入到5×6的矩阵中, 解交织时按列从5×6矩阵中取出再送出交织器, 即交织时对5×6矩阵进行转置处理, 解交织时进行逆转置处理. 图2为交织的顺序图.根据图2所示, 按行存入到5×6交织器中的比特数据顺序为1、2、3、4、5、6……29、30, 按列从5×6交织器中取出的比特数据顺序为1、7、13、19、25、2……24、30.图3 为解交织的顺序图. 根据图3所示, 解交织与交织器的顺序相反, 按列存入到5×6解交织器中的比特数据顺序为1、7、13、19、25、2……24、30, 而按行从5×6解交织器中取出的比特数据顺序为1、2、3、4、5、6……29、30.3.3 Chirp扩频技术所谓的扩频技术就是用高速的扩频序列在发射端扩展信号的频谱, 而接收端用同一种序列进行解扩,把原始信号恢复出来. 本文引入了chirp信号扩频技术, chirp信号不但具有抗干扰[6]、抗频率选择性衰落及低功耗的特性, 而且还具有很好的抗多普勒频偏的能力[7].由于在水声通信系统中, 信道的多普勒频偏是不可忽略的, 因此,在通信系统中引入扩频技术是必不可少的. 目前的通信系统中引用较多的是直接扩频技术,虽然直接扩频技术可以满足需求, 但是却存在这一定的缺陷, 如频道数减少、带宽增大和信息量增大的不足. 而本文引入的chirp扩频技术不但可以克服以上缺点, 而且可以极大地提高通信系统的可靠性, 所以,在通信系统中引入chirp扩频技术是很有必要的[8].数据经过交织以后, 将处理的数据进行chirp映射.首先, 初始化频域的上调频信号和频域下调频信号,本文选用的chirp信号的长度是16, 可以达到16倍扩频的效果. 当接收到的比特数为1时, 那么输出保存的是输出的16个上调频数据, 如果接收到的数据是0,那么输出保存的是输出的16个下调频数据, 将所有的比特数据按照上面的方式输出.3.4 加窗技术通常情况下, 在OFDM系统中, 在加入CP以后,并没有再对OFDM信号进行处理. 对于矩形OFDM符号来说, 其功率密度的带外功率密度衰减很慢, 带外的辐射功率会很大. 本文提出了一种可以使功率谱密度衰减很快的方法, 即加窗技术. 对于OFDM信号来说, 加窗就会使得周期边缘的幅度慢慢过渡成0. 在本文中加窗函数选用的是余弦窗函数:其中(t)w表示余弦窗函数,ST表示加入循环前缀以后的数据周期长度, (1)STα+表示加窗以后的符号周期长度. 如果只是加循环前缀, 没有加窗的话, 那么带外功率得不到抑制. 经过处理以后的信号乘以窗函数, 相当于频域就是离散信号的频谱和窗函数频谱的卷积. 加窗以后的的数据:其中是S代表的是加窗以后的数据, win代表的是窗函数, L表示加了CP以后的数据. 从图中我们可以明显看出加窗以后, 带外功率得到抑制.3.5 chirp同步信号在OFDM系统中, 由于该系统发送的是有多个严格相互正交的子载波叠加而成的信号, 所以具有较高的峰均比, 对同步的要求也比较高[9]. 其中传统的串性捕获、并行捕获虽然各自都有优点, 但是相关程度的明显和总的运算复杂度并没有发生变化.本文提出了基于chirp的同步信号, 在非线性信号中, chirp信号的相关性最好, 所以在接收端做相关时, 会有很明显的峰值, 从而检测出峰值定位数据的起始位置. 加入同步信号是因为当接收端开始接受数据时, 由于水声信道存在噪声的影响, 所以接收端开始接收到的数据是包含噪声数据的, 加入同步信号的目的就是为了把噪声信号和有用数据区分开来[1], 程序中所用的chirp信号是由MATLAB生成的, 在非线性信号中, chirp信号的相关性最好, 所以选用chirp信号做同步信号, 加入同步信号后的频谱图如下所示, 右图为峰值检测图,接收端从峰值以后开始接收并处理数据.本文选用的OFDM参数如表1所示.为了验证该OFDM系统的性能, 在程序加入了高斯噪声, 多径以及多普勒的干扰[10], 并通过MATLAB仿真与OFDM系统相比较. 图9为高斯噪声和多径效应下的误码率曲线图. 其中黑色曲线为在高斯环境下不加入多径干扰的误码率曲线图, 其余3条曲线分别表示在不同信噪比时2、3和4径对应的误码率, 其延时分别为0.2ms、0.6ms和1ms. 绿线为2径是对应的误码率曲线图, 红线为3径时对应的误码率曲线图,蓝线为4径时对应的误码率曲线图. 从此图中可以看出, 系统受干扰的程度较小, 这是由于OFDM系统自身具有抗多径干扰的特性. 但是, 该系统在信噪比等于-17dB时, 误码率接近10-6. 而传统的OFDM系统,在信噪比为-8dB时, 误码率才接近为0. 所以该系统具有非常强的抗多径干扰的能力.图10 为高斯和多普勒环境下该通信系统的误码率曲线图. 其中黑色曲线为高斯环境下不加入多普勒频偏的误码率曲线图, 绿线为频偏0.5个子载波时的误码率曲线图, 红线为频偏0.75个子载波带宽的误码率曲线图, 蓝线为频偏1个子载波的误码率曲线图.传统的OFDM系统, 在通信过程中发生频偏后, 接收端几乎是不可能解调出来原始数据的, 因为OFDM系统对频偏很敏感. 从图中可以看出当信噪比大于-12dB时, 不同频偏下的误码率都为0. 所以通过该误码率曲线图可以表明该通信系统具有比较好的抗多普勒频移的特性.图11 水槽实验, 测试的环境选择的是长150cm、宽70cm、高70cm的透明玻璃水槽中. 将装有调试软件的PC与采集卡用专用USB连线相连; 其次将采集卡的输出与功率放大器的输入相连; 最后将功率放大器的输出与水声换能器相连. 接收端的步骤为: 首先将水声换能器与采集的输入相连; 其次将采集卡与装有调试软件的PC用专用USB连线相连. 为了便于观察随机生成100比特的数据作为比较, 通过比较可以看出发送和接收的比特数据完全相同, 从结果可以看出解调出的数据准确无误. 因此, 从仿真结果和实验结果分析可以得出, 在高斯噪声、多径效应和多普勒效应的影响下, 该系统仍然有较好的抗干扰特性.本文设计的OFDM系统与传统的OFDM通信系统相比, 具有很好的抗干扰能力. 其关键技术已经广泛地应用在无线电中, 但是由于水声信道比较复杂,因此, OFDM 的通信技术很少应用在水声领域中. 本文设计的通信系统中, 在原有的OFDM系统中加入了交织技术、chirp扩频和加循环前缀以及加窗等关键技术, 使得通信变得更加稳定. 并通过MATLAB仿真和分析, 验证了该系统的性能以及抗干扰能力.1 程恩,袁飞,苏为,等.水声通信研究进展.厦门大学学报(自然科学版),2011,50(2):271–275.2 Stojanovic M. Underwater acoustic communication. Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronice Engineering, John Wiley & Sons, Inc., 2015: 98–101.3 卜文强,程恩.基于TMS320C67X的水声语音通信系统的设计与实现[硕士学位论文].厦门:厦门大学,2014.4 Giacoumidis E, Le ST, Phillips ID, et al. Duai_polarization multi-band OFDM signals for next generation core networks. Magnetic Resonance in Medicine, 2014, 52(4): 699–703.5 Guwenkaya E, Arslan H. Orthogonal frequency divisionmultiplexing(OFDM) transmitter and receiver windowing for adjacent channel (ACI) suppression and rejection. N+g+2mN, 2014.6 林晓阳.线性调频信号水声调制技术的研究[硕士学位论文].厦门:厦门大学,2015.7 孙嘉.Chirp超带宽通信的调制和时间同步技术研究[硕士学位论文].成都:电子科技大学,2009.8 Wang J, Chen LY, et al. Implementation of the OFDM chirp waveform on MIMO SAP system. IEEE Trans. on Geoscience & Remote Sensing, 2015, 53(9): 1–11.9 鲁亚丽.OFDM水声系统同步技术的研究[硕士学位论文].武汉:华中科技大学,2012.10 魏莉,许芳,孙海信.水声信道的研究与仿真.声学技术,2008, (1):25–29.。

基于OFDM的水声通信系统设计

基于OFDM的水声通信系统设计

基于OFDM的水声通信系统设计作者:张海宁吴介军段渭军黄亮来源:《现代电子技术》2013年第21期摘要:正交频分复用技术(OFDM)具有抗频率选择性衰减和提高频带利用率的良好特点。

设计了基于OFDM技术的水声通信系统,此系统通过IFFT/FFT算法来实现,利用保护间隔的循环前缀来克服码间干扰,并通过Matlab仿真说明OFDM系统在水声通信中有抗多径干扰性能。

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。

关键词: OFDM;水声通信; Matlab; IFFT/FFT;循环前缀中图分类号: TN914⁃34 文献标识码: A 文章编号: 1004⁃373X(2013)21⁃0031⁃040 引言浅海高速水声通信面临最困难的就是强多途和由于海洋表面反射,内波等引起的快速时变。

其中自多途引起的接收信号的振幅衰落,多途引起接收信号的码间干扰,再加上海洋环境噪声、低的载波频率、极为有限的带宽以及传输条件的时间⁃空间⁃频率变化特性,使得水声信道成为迄今为止最困难的无线通信信道[1⁃2]。

水声信道多径时延严重,一般的多载波技术在接收端需要很好的信道估计均衡技术才能达到很小失真的回复信号,正交频分复用技术由于发射端信号中加入了循环前缀使得抗多径特性大大提高。

该技术的主要思想是将所能利用的频带信道划分成多个正交子信道,在每个划分子信道上进行并行传输,降低信道上信号传输的速率,信号带宽小于信道的相干带宽,从而大大消除符号间干扰,并且子信道上的载波间有部分重叠而使频带的利用率得到提高。

这种技术在水下通信中得到广泛应用。

1 OFDM原理Weinstein提出了利用DFT(Discrete Fourier Transform)实现OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统的调制和解调[3]。

在发射端传送二进制数据,首先通过对各子载波调制将该组数据映射成为一组复数序列[{d0,d1,…,dN-1}],其中[dn=an+jbn,]如果对上面的复数序列进行IDFT变换,就会得到新的复数序列[{S0,S1,…,SN-1}],其中:在接收端,对收到的信号以时间间隔为[Δt]进行采样,然后进行DFT变换,就能恢复出原来的复数序列[{d0,d1,…,dN-1}],然后经过解载波逆映射,就能恢复出原始的二进制数据。

基于OFDM的水声通信算法

基于OFDM的水声通信算法

v e i r i f e d . At l a s t , t h e p e r f o r ma n c e o f t h e s y s t e m a n d t h e a b i l i y t o f a n t i - j a mmi n g a r e i l l u s t r a t e d b y c o m p a r i n g t h e e r r o r r a t e

要: 在水 声通信领域 , 基于正交频分复用( O r t h o g o n a l F r e q u e n c y D i v i s i o n Mu l t i p l e x i n g , O F DM) 的通信技术是
最直接和最有 效的手段之一. 但 是水 声通信信 道是多变的和复杂的, 在传输 的过程 中可能会受到 多途扩展严重 、 可用 带宽有 限和高噪 声等不理想 因素 的影响,导致无法 恢复 出原始 数据,所 以保 证数据 的可靠 性传输 是极其重
要 的.本文在原有 的 O F DM 通信基础上加入 了交织技术 、c h i r p扩频技术、加窗 以及 c h i r p同步技术,并通过对
MA T L A B的仿真和实验分析,验证 了该系统 的可行性,最后通过对 比加入噪声、 多径和多普勒效应 的误码率 曲线 图,说明了该系统 的性能和抗干扰能力. 关键词 : O F D M; 水 声通信 ; 交织 ; c h i r p扩频;加窗
Ab s t r a c t : I n t h e i f e l d o f u n d e r w a t e r a c o u s t i c c o mmu n i c a t i o n , c o mm ni u c a t i o n t e c h n o l o g y b a s e d o n O F DM ( O  ̄ h o g o n a l F r e q u e n c y D i v i s i o n Mu l t i p l e x i n g )i s o n e o f t h e mo s t d i r e c t a n d e f e c t i v e me a n s 。 B u t t h e u n d e wa r t e r a c o u s t i c

一种基于OFDM的水声通信系统脉冲噪声抑制方法[发明专利]

一种基于OFDM的水声通信系统脉冲噪声抑制方法[发明专利]

专利名称:一种基于OFDM的水声通信系统脉冲噪声抑制方法专利类型:发明专利
发明人:李娜娜,李有明,余明宸,卢倩倩
申请号:CN201810441352.9
申请日:20180510
公开号:CN108616314A
公开日:
20181002
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种基于OFDM的水声通信系统脉冲噪声抑制方法,其构建空子载波矩阵,并利用OFDM符号中的各个子载波之间的正交性,从接收信号中提取出仅包含脉冲噪声和背景噪声的信号,通过这种方式不仅能准确分离出接收信号中的噪声部分,而且计算复杂度低;基于压缩感知理论,通过引入L范数迭代求解,首先将脉冲噪声估计的NP难问题转化为对脉冲噪声L范数最小值的正则化问题,然后将问题转化为含两步迭代结果的形式,并利用迭代求解方法进行求解,使得本发明方法在不同空子载波个数和信噪比条件下具有较小的误码率;通过采用阈值函数对迭代结果进行处理,使得本发明方法在未受到脉冲噪声干扰的采样点处具有较小的均方误差。

申请人:宁波大学
地址:315211 浙江省宁波市江北区风华路818号
国籍:CN
代理机构:宁波奥圣专利代理事务所(普通合伙)
代理人:周珏
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基于OFDM的水声通信系统设计

基于OFDM的水声通信系统设计

基于OFDM的水声通信系统设计作者:张海宁吴介军段渭军黄亮来源:《现代电子技术》2013年第21期摘要:正交频分复用技术(OFDM)具有抗频率选择性衰减和提高频带利用率的良好特点。

设计了基于OFDM技术的水声通信系统,此系统通过IFFT/FFT算法来实现,利用保护间隔的循环前缀来克服码间干扰,并通过Matlab仿真说明OFDM系统在水声通信中有抗多径干扰性能。

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。

关键词: OFDM;水声通信; Matlab; IFFT/FFT;循环前缀中图分类号: TN914⁃34 文献标识码: A 文章编号: 1004⁃373X(2013)21⁃0031⁃040 引言浅海高速水声通信面临最困难的就是强多途和由于海洋表面反射,内波等引起的快速时变。

其中自多途引起的接收信号的振幅衰落,多途引起接收信号的码间干扰,再加上海洋环境噪声、低的载波频率、极为有限的带宽以及传输条件的时间⁃空间⁃频率变化特性,使得水声信道成为迄今为止最困难的无线通信信道[1⁃2]。

水声信道多径时延严重,一般的多载波技术在接收端需要很好的信道估计均衡技术才能达到很小失真的回复信号,正交频分复用技术由于发射端信号中加入了循环前缀使得抗多径特性大大提高。

该技术的主要思想是将所能利用的频带信道划分成多个正交子信道,在每个划分子信道上进行并行传输,降低信道上信号传输的速率,信号带宽小于信道的相干带宽,从而大大消除符号间干扰,并且子信道上的载波间有部分重叠而使频带的利用率得到提高。

这种技术在水下通信中得到广泛应用。

1 OFDM原理Weinstein提出了利用DFT(Discrete Fourier Transform)实现OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统的调制和解调[3]。

在发射端传送二进制数据,首先通过对各子载波调制将该组数据映射成为一组复数序列[{d0,d1,…,dN-1}],其中[dn=an+jbn,]如果对上面的复数序列进行IDFT变换,就会得到新的复数序列[{S0,S1,…,SN-1}],其中:在接收端,对收到的信号以时间间隔为[Δt]进行采样,然后进行DFT变换,就能恢复出原来的复数序列[{d0,d1,…,dN-1}],然后经过解载波逆映射,就能恢复出原始的二进制数据。

水声通信系统中基于迭代自适应的脉冲噪声抑制方法

水声通信系统中基于迭代自适应的脉冲噪声抑制方法

水声通信系统中基于迭代自适应的脉冲噪声抑制方法周桂莉;李有明;余明宸;王晓丽【摘要】针对水声通信系统中脉冲噪声抑制问题,提出了一种迭代自适应的脉冲噪声抑制方法.基于OFDM子载波之间的正交性,该方法首先利用空子载波矩阵从接收信号中提取出背景噪声和脉冲噪声.然后,利用空子载波矩阵构造导频矩阵,得到脉冲噪声的干扰协方差矩阵,并在加权最小二乘准则下通过对代价函数的求解得到脉冲噪声的闭式解.最后,在接收信号中减去脉冲噪声的估计值,完成对脉冲噪声的抑制.仿真结果表明,本文方法有效降低了水声通信系统的误码率,且在高信干噪比下性能提升更加明显.%Focusing on the impulsive noise mitigation in underwater acoustic communication,an impulsive noise mitigation method based on iteration adaptive approach was proposed.Firstly,by utilizing the orthogonality of the subcarriers in OFDM system,both the impulsive noise and background noise were separated from the signals.Then null tones matrix was used to construct a steering matrix and get the impulsive noise interference covariance matrix.Furthermore,a cost function based on weighted least squares approach was proposed and a close form expression for the impulsive noise was derived.Finally,the impulsive noise was mitigated by substracting the estimation of the impulse noise in the received signal.Simulation results show that the proposed algorithm can reduce the bit error rate (BER) efficiently and provide better performance,especially in high signal to impulsive noise ratio (SINR) case.【期刊名称】《电信科学》【年(卷),期】2017(033)011【总页数】7页(P66-72)【关键词】水声通信;脉冲噪声;迭代自适应方法【作者】周桂莉;李有明;余明宸;王晓丽【作者单位】宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211;宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211;宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211;宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波315211【正文语种】中文【中图分类】TN929.3在水声通信中,海洋环境噪声是影响水声通信系统性能的主要因素之一。

一种基于DFT时域插值的OFDM水声信道估计改进方法

一种基于DFT时域插值的OFDM水声信道估计改进方法

一种基于DFT时域插值的OFDM水声信道估计改进方法杨波;朱敏;武岩波;孙晓艳
【期刊名称】《应用声学》
【年(卷),期】2012(31)5
【摘要】信道估计作为OFDM通信系统中的重要部分,其性能关系到整个系统的误比特率.本文提出了一种基于DFT时域插值的信道估计改进方法,用于OFDM水声通信系统.该方法利用噪声门限抑制多径之间的信道估计噪声,计算简单,达到较好的信道估计效果.对该方法进行了理论分析,仿真实验以及海试.在海试中得到传输距离2km,有效数据率2.8 kbit/s,证明该方法可以用于中短程浅海水声通信.
【总页数】6页(P352-357)
【作者】杨波;朱敏;武岩波;孙晓艳
【作者单位】中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院声学研究所海洋声学技术实验室,北京100190;中国科学院声学研究所海洋声学技术实验室,北京100190;中国科学院声学研究所海洋声学技术实验室,北京100190;西安建筑科技大学信息与控制工程学院,西安710055
【正文语种】中文
【中图分类】O427.9
【相关文献】
1.DCT插值算法在OFDM水声信道估计中的应用 [J], 吴长奇;司瑞华;郭欣欣
2.一种基于DFT的低复杂度虚子载波OFDM信道估计算法 [J], 王一蓉;周恩;王文

3.基于DFT的OFDM水声通信信道估计算法 [J], 徐小卡;桑恩方;李娜;乔钢
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5.DFT-S-OFDM系统中基于DFT的软迭代信道估计 [J], 武建荣;慕福奇;高子旺因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

采用时反和时频差分OFDM的水声语音通信方法

采用时反和时频差分OFDM的水声语音通信方法

采用时反和时频差分OFDM的水声语音通信方法周跃海;江伟华;陈磊;童峰【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2015(0)4【摘要】针对水声信道多径、时变、多普勒等恶劣传输特点对水声语音通信的严重影响,本文采用多通道时间反转和时频差分OFDM进行水声语音通信技术方案设计,该方法首先通过多通道时间反转进行时间域和空间域多径聚焦,进而结合时频差分OFDM调制解调抑制残留多径的影响.由于无需采用信道估计和均衡算法,系统实现方便、复杂度低,同时对信道具有一定程度的稳健性.该方法语音压缩编码采用混合激励线性预测编码.仿真实验和海试实验表明了本文方案的有效性.【总页数】8页(P283-290)【作者】周跃海;江伟华;陈磊;童峰【作者单位】厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门 361005;厦门大学海洋与地球学院厦门361005;厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门 361005;厦门大学海洋与地球学院厦门361005;厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门 361005;厦门大学海洋与地球学院厦门361005;厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门 361005;厦门大学海洋与地球学院厦门361005【正文语种】中文【中图分类】TN929.3【相关文献】1.浅海信道调频水声语音通信方法比较 [J], 李剑汶;王小阳;童峰2.利用时频二维处理降低OFDM系统峰均比 [J], 王立波;王永生;王宇3.采用时间反转的调频水声语音通信方法 [J], 吴燕艺;李剑汶;童峰4.时频差分OFDM水声语音通信系统的设计与实现 [J], 曾堃;周跃海;童峰5.一种低复杂度正交时频空间调制水声通信方法 [J], 张阳;张群飞;王樱洁;何成兵;史文涛因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

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2013, 49 (14)
Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用 其中,A 表示限幅门限,N 表示子载波数。 基于上述分析, 对 OFDM 符号峰均比的概念及其概率 分布就有了较为清晰的认识。当系统离散傅里叶逆变换 (Inverse Discrete Fourier Transform , IDFT) 输入端的数据 同相时, 其输出就会产生很大的峰值。 OFDM 符号峰均比 的这种特性, 导致对模数 (Analog to Digital, A/D) 、 数模 (Digital to Analog, D/A) 变换器、 功率放大器 (High Power Amplifier, HPA) 等要求很高。它要求 HPA 的线性动态范 围很大 [12], 这就要求系统必须采用昂贵的 HPA 。但由于峰 值出现也是随机的, 因此这就意味着 HPA 必定不能一直工 作在最佳状态, 从而导致 HPA 的功率利用率不高。这就对 OFDM 技术在功率较小的终端上的应用造成了很大的困 难, 特别对于水下无线通信系统, 由于带宽较窄, 峰均比过 高更容易导致带内非线性失真和带外频谱扩展, 因此采用 合适的减小 PAPR 的算法对于 OFDM 水声通信系统非常重 要。对于限幅类算法, 如何降低限幅噪声是关键问题之 一, 本文提出的降低 OFDM 水声通信系统限幅噪声改进算 法就是在上述问题背景下提出的。
2
OFDM 信号的 PAPR
N 个子载波的 OFDM 连续时间信号的复数表达式如下: x(t ) = 1 N
N-1
3 降低 PAPR 的限幅算法 3.1 传统限幅算法
传统的限幅算法是把输入信号的包络峰值限制在一 个预定的幅值之内, 从而减少由于 HPA 工作处于饱和状态 时引起的非线性失真 [13]。即
1
引言
正交频分复用 (Orthogonal Frequency Division Multi-
的平均功率, 导致较大的峰值平均功率比 (Peak to Aver[2] age Power Radio, PAPR) 。这对发射机内放大器的线性
plexing, OFDM) 是一种并行的多载波调制技术, 它利用相 互正交的多个子载波传输信息, 具有很好的抗多径干扰能 力和较高的频谱效率, 已经成为第四代移动通信系统的关 键技术之一。由于水声 (Under Water Acoustic, UWA) 信 道存在严重的多径和有限的带宽 [1], 这使得 OFDM 技术对 于水声通信具有更深远意义。由于 OFDM 系统中存在多 个子信道信号的叠加的情况, 因此如果多个子信号的相位 一致时, 所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远高于信号
限幅方法通常会引入较大的限幅噪声。针对这一问题, 提出了一种低复杂度的降低限幅噪声的算法。该算法采用不同的 限幅门限对不同的信号幅度作限幅处理, 同时将处理结果以限幅向量的形式传送至接收端, 以准确恢复相应被限数据的 原始幅度, 从而降低限幅噪声。通过理论分析和计算机仿真, 结果表明该算法在少量增加系统运算复杂度的前提下, 能使 线性放大器工作在有效范围内, 而且能够有效抑制系统的限幅噪声。 关键词: 水声通信; 正交频分复用; 峰均比; 限幅噪声 文献标志码: A 中图分类号: TN929.3 doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.1301-0230
相应的 OFDM 离散信号的表达式如下 [9]:
x (k ) = 1 N
å s ( n)e
j 2πkn N
0 k N - 1
对于按照奈奎斯特 (Nyquist) 采样速率得到的 OFDM 离散信号, 其峰均比以分贝 (Decibel, dB) 为单位的表达式 如下:
PAPR = 10 lg max | x(k ) | E | x (k ) |
{
{
2
2
}
}
3.2
改进的限幅算法
由于传统的限幅算法受到限幅噪声的影响非常大, 导
基金项目: 黑龙江省自然科学基金 (No.F200810) 。
度要求很高, 所以通常况下, 过高的峰均比会带来信号畸 变, 使系统的性能恶化。 为了降低 PAPR 过高对 OFDM 系统的影响, 通常有限 幅类算法、 编码类算法和概率类算法等 [3-4]。上述算法中应 用较为广泛的是限幅类算法, 这是一种非常直接和有效的 降 低 PAPR 的 算 法 , 但在限幅的同时它会引入限幅噪声。 因为限幅是一个非线性过程 [5-6], 它将导致带内干扰和带外 噪声, 从而降低整个系统的误比特率 (Bit Error Rate, BER)
作者简介: 郭铁梁 (1971—) , 男, 博士研究生, 副教授, 主要研究领域为现代通信系统与通信技术; 赵旦峰 (1961—) , 男, 博士生导师, 教授, 主要研究领域为现代数字通信系统与通信技术; 钱晋希 (1986—) , 男, 博士研究生, 主要研究领域为现代通信系统与通信技术。 E-mail: guotieliang@ 收稿日期: 2013-01-21 修回日期: 2013-04-02 文章编号: 1002-8331 (2013) 14-0015-04 CNKI 出版日期: 2013-04-11 /kcms/detail/11.2127.TP.20130411.1555.006.html
ìx| x | A T ( x) = í j arg( x) (6) | x | > A î Ae arg( x) 表 其中 T ( x) 为限幅后的数据符号,A 为限幅门限,
å s ( n)e n=0
j2πDft
0 ) 是 连 续 时 间 OFDM 符 号 ,s ( n ) = a n + jb n 是 经 数
Df 是子载波频率间隔, T 是 OFDM 符号 字调制后的符号,
周期, 1/ N 是功率归一化因子。记 P av 为 OFDM 符号的 平均功率, 则 OFDM 信号的峰均比定义为:
PAPR = max | x(t ) | P av
N-1 n=0 2
示符号的相位角。由限幅操作引起的失真可以视为一个 新的噪声源, 在信号的带内和带外都会产生限幅噪声。其 (2) 原因在于限幅操作可以被认为是 OFDM 采样符号与一个 加窗函数相乘, 如果 OFDM 信号的幅值小于门限值时, 则 该窗函数的幅值为 1; 而如果信号幅值需要被限幅时, 则该 (3) 窗函数的幅值应该小于 1。根据时域相乘等效于频域卷积 的原理, 经过限幅的 OFDM 符号的频谱等于原始 OFDM 符 号频谱与窗函数频谱的卷积, 因此其带外频谱特性主要由 两者之间频谱宽度较大的信号来决定, 也就是由加窗函数 的频谱来决定。综上, 传统限幅算法存在许多问题, 特别 (4) 是带内的限幅噪声, 必须采用相应的改进算法加以解决。
性能和频谱效率 [7]。特别是传统的限幅方法对 OFDM 信号 进 行 限 幅 处 理 导 致 的 BER 性 能 恶 化 是 非 常 严 重 的 , 一方 面, 限幅噪声会降低系统的 BER 性能, 另一方面, 若提高限 幅门限虽然可以减小限幅噪声, 但这又会导致信号 PAPR 的增加, 从而引起放大器的非线性失真 [8]。 为了解决这一矛盾, 提出了在接收端恢复限幅幅度的 方法, 以减小传统限幅方法的限幅噪声所引起的系统性能 的降低。首先, 在系统发送端对快速傅里叶变换 (Fast Fourier Transform , FFT) 后的 OFDM 离散信号利用限幅门 限采用分段式的限幅方法, 即以不同的幅度限幅, 然后将 每个限幅结果储存在一个限幅记录向量中, 用以在接收端 恢复原信号相应的幅值, 这样就可以在接收端去掉限幅噪 声。由于对不同的 PAPR 数据采用不同的限幅幅度, 对系 统进行适当的设计, 就可以使这些数据限幅后的幅度大多 数都能满足放大器的线性工作有效区, 这样就避免了放大 器的非线性失真。理论分析表明, 该算法增加的计算量较 小, 另外, 仿真结果表明, 该算法不仅可以有效抑制限幅噪 声, 而且可以有效改善系统的 BER 性能, 是适用于 OFDM 水声通信系统的简单、 有效的算法。
Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用
2013, 49 (14)
15
OFDM 水声通信降低限幅噪声的改进算法
2 郭铁梁 1, , 赵旦峰 1, 钱晋希 1
2 GUO Tieliang1, , ZHAO Danfeng1, QIAN Jinxi1
1.哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院, 哈尔滨 150001 2.黑龙江科技学院 理学院, 哈尔滨 150027 1.College of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China 2.College of Science, Heilongjiang Institute of Science and Technology, Harbin 150027, China GUO Tieliang, ZHAO Danfeng, QIAN Jinxi. Improved algorithm of reducing clipping noise to UWA OFDM systems. Computer Engineering and Applications, 2013, 49 (14) : 15-18. Abstract:In the process of reducing the Peak to Average Power Ratio (PAPR)of the Underwater Acoustic (UWA)Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)systems, the traditional clipping methods are used with high noise for the High Power Amplifier (HPA)working in the linear region effectively. In order to decrease the noise, a novel algorithm with low complexity is proposed. Different clipping values are used to clip different amplitude of signals. And then the above clipping results are recorded by a vector for the recovery of the original amplitude and the clipping noise is decreased. Theoretical analysis and simulation results show that the algorithm can restrain the clipping noise effectively with a low computation and make the amplifier work properly. Key words:Underwater Acoustic (UWA) communication; Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ; Peak to Average Power Ratio (PAPR) ; clipping noise 摘 要: 为了降低正交频分复用 (OFDM) 水声 (UWA) 通信系统的峰均比 (PAPR) , 使放大器能工作在线性有效区, 传统的
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