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(hù)間隔、符號(hào)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(shí)延擴(kuò)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(gè)參數(shù)[7]:

(1)保護(hù)間隔的確定：保護(hù)間隔大于信息的最大時(shí)延擴(kuò)展。

(2)選擇符號(hào)周期：一般選擇符號(hào)周期長(zhǎng)度(不包含保護(hù)間隔長(zhǎng)度)為保護(hù)間隔長(zhǎng)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(hù)間隔后的符號(hào)周期的倒數(shù))得到。還可以利用要求的比特速率除以每個(gè)子信道中的比特速率來(lái)確定子載波的數(shù)量。每個(gè)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(hào)速率來(lái)確定。

本文選用的OFDM參數(shù)見(jiàn)表1.

3 通信仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證水聲OFDM 通信系統(tǒng)的性能，本文使用Matlab 7.1 軟件進(jìn)行算法仿真。仿真時(shí)參數(shù)如表1 所示。文中OFDM系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?hào)是通過(guò)Matlab生成隨機(jī)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)0和1,首先經(jīng)過(guò)信號(hào)的編碼和交織，然后對(duì)各子載波進(jìn)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(duì)單個(gè)的信號(hào)進(jìn)行IFFT 變換，加入循環(huán)前綴，這樣就生成了OFDM 符號(hào)。信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑信道，在去掉循環(huán)前綴，并對(duì)各個(gè)符號(hào)進(jìn)行FFT,接收到的數(shù)據(jù)符號(hào)的星座圖見(jiàn)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(shí)的接收星座圖。由圖可知經(jīng)過(guò)水聲信道后的信號(hào)在星座圖中的位置已經(jīng)完全改變了，則需要進(jìn)行信道估計(jì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計(jì)，圖5是信號(hào)經(jīng)過(guò)信道估計(jì)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(jì)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(hào)通過(guò)水聲信道的多徑干擾等影響后接收到的信號(hào)的錯(cuò)誤率偏高，而在OFDM通信系統(tǒng)下誤碼率明顯降低，這就可說(shuō)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(huì)明顯下降，而單載波系統(tǒng)在增加信噪比時(shí)，誤碼率也不會(huì)降低，可見(jiàn)OFDM系統(tǒng)比單載波系統(tǒng)有明顯的抗多徑干擾的優(yōu)勢(shì)。

子載波解調(diào)后，進(jìn)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(yàn)證了當(dāng)需要可靠傳輸性能時(shí)選用BPSK調(diào)制方式，而當(dāng)需要高速率時(shí)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(wú)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(jì)了基于OFDM的水聲通信系統(tǒng)，并通過(guò)分析和仿真，驗(yàn)證了基于OFDM 的水聲通信具有較強(qiáng)的抗多徑干擾的能力。