时频差分OFDM水声语音通信系统的设计与实现.pdf

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1、第54卷第3期厦门大学学41．(自然科学版)Vo1．54No．32015年5月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)May2O15时频差分OFDM水声语音通信系统的设计与实现曾望，周跃海，童峰(厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室，福建厦门361005)摘要：时频差分OFDM技术可充分利用时域、频域差分调制抑制时变多径水声信道的影响；同时，系统复杂度低、无需采用信道估计和均衡算法，适于硬件实现．本研究给出了基于浮点型DSPTMS320C6713的时频差分OFDM水声语音通信系统的总体方案、软硬件设计和实现，并对该系统进

2、行了海上实验验证性能，结果表明该系统恢复出的语音质量良好，可以满足水声语音通信的要求．关键词：时频差分调制；正交频分复用(OFDM)；水声语音通信；数字信号处理器(DSP)中图分类号：TN929．3文献标志码：A文章编号：0438—0479(2015)03—0404—05正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmulti—等l_4研究多输入输出的MIMO-OFDM语音通信系plexing，OFDM)技术由于其高频谱利用率和强抗干扰统，实验表明差分MIMO—OFDM调制对系统鲁棒性能力成为了近几年国内外学者研究的热点，并取得了一的提高有所帮助．殷

3、敬伟等_5设计并实现了一套时域定的实验结果，为高速水声语音通信提供了可能．差分OFDM水下语音通信系统，通过实验验证了差分OFDM系统接收端可采用相干检测或差分检测OFDM水下语音通信系统的有效性，并与常规OFDM的方式，其中相干检测方式可达到较高的通信速率，方法相比较，体现了差分OFDM技术具有的优点．但在解调时需进行信道估计和均衡处理，由于水声信考虑到水声信道的随机时频扩展特性，在时域道复杂的随机时变特性、多普勒频移等原因，信道的OFDM差分调制的基础上，结合时域差分和频域差分准确估计往往十分困难¨】；差分OFDM解调则利用相的时频差分OFDM技术可进一步增强系统的信

4、道稳邻两个OFDM符号(时域差分OFDM)或相邻子载波健性．本文设计了一套采用时频差分OFDM调制以及(频域差分0FDM)的相位差值进行检测，具有抗干扰混合激励线性预测(mixedexcitationlinearpredic—能力强、复杂度低、适于硬件实现的优点．tion，MELP)语音编码技术的水声语音通信系统，文近年来国内外对OFDM技术在水声通信中的应章给出了系统水下语音信号处理平台的总体设计思用有了长足的发展，蔡惠智等]设计了采用正交振幅想、硬件电路设计和软件算法实现，并进行了海试实调制(quadratureamplitudemodulation，QAM)、多进验

5、验证系统性能．实验结果表明该系统在一定的时变制数字相位调制(multiplephaseshiftkeying，水声信道条件下能保持良好的通信效果，可满足水声MPSK)、差分相移键控(differentialphaseshiftke—语音通信的需求．ying，DPSK)等多种调制方式的OFDM水声通信系统，在中国南海海区6．6km的距离上实现了零误码1时频差分OFDM原理的图像传输，传输速率高达20kbit／s．赵安邦等]研究了基于OFDM编码的差分解码技术，通过在时域上本文的时频差分OFDM方案。首先利用相邻对接收信号进行差分解码，在松花湖上试验中差分OFDM符号进行时域

6、差分调制，然后利用相邻的子载oFDM获得了优于常规0FDM解调的结果．Emer波携带反相数据作为导频进行频域差分，具体原收稿日期：2014O9—23录用日期：2014—1]一06基金项目：国家自然科学基金(11274259)*通信作者：ftong@xmu．edu．Cn引文格式：曾垄，周跃海，童峰．时频差分OFDM水声语音通信系统的设计与实现EJ]．厦门大学学报：自然科学版，2015，54(3)：404408．Citation：ZengKun，ZhouYuehai，TongFeng．Designandimplementationoftimefrequencydifferen

7、tialOFDMunderwatervoicecommunicationsystemEJ]．JournalofXiamenUniversity：NaturalScience，2015，54(3)：404—408．(inChinese)http{xmuxGtueduCD第3期曾垄等：时频差分OFDM水声语音通信系统的设计与实现理为：设第i个OFDM符号上第个子载波上的数据符号，其差分调制前的数据为d⋯一e"，其中一0，2，⋯，2N一1，．∈{0，2rr}；经过时域差分调制后的数据为s⋯一ejA≠，则△⋯+△H，”，随后进行频域差