正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)是一種多載波傳輸技術(shù)，它的基本思想是在頻域內(nèi)將給定信道劃分成幾個(gè)相互正交的子信道，每個(gè)子信道使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，各子載波并行傳輸。該技術(shù)可以有效提高頻譜利用率，能夠?qū)苟鄰叫?yīng)產(chǎn)生的頻率選擇性衰弱和載波間干擾，在時(shí)變、頻變、多徑干擾嚴(yán)重的水聲信道中具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。 隨著計(jì)算機(jī)和多媒體通信技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入。其中，基于ARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)核的微處理器依靠其高性能、低功耗和易擴(kuò)展的特點(diǎn)，在工業(yè)控制、無線通信、消費(fèi)電子等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用；隨著嵌入式系統(tǒng)復(fù)雜度的提高，操作系統(tǒng)已成為嵌入式系統(tǒng)不可缺少的一部分。其中，嵌入式Linux憑借免費(fèi)開源、功能強(qiáng)大、成熟穩(wěn)定等特點(diǎn)，目前已成為主要的嵌入式操作系統(tǒng)之一。 數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，DSP)具有很強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理能力，可以滿足各種高實(shí)時(shí)要求，但其尋址范圍小，I/O功能較差。ARM+DSP雙處理器的結(jié)構(gòu)可以充分利用ARM和DSP各自的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。 本論文的主要工作是研究和實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于OFDM技術(shù)的由ARM+DSP硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的能夠完成水下聲信道圖像傳輸?shù)南到y(tǒng)。主要研究?jī)?nèi)容包括OFDM系統(tǒng)的基本原理、ARM+DSP底層硬件的驅(qū)動(dòng)和控制，Linux操作系統(tǒng)的移植、MiniGUI人機(jī)界面的設(shè)計(jì)、相關(guān)應(yīng)用軟件的編寫以及在TMS320VC5502上初步實(shí)現(xiàn)OFDM的調(diào)制解調(diào)，以期對(duì)今后水下圖像傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)能具有較大的參考價(jià)值。
正交頻分復(fù)用(OnIlogonaJ Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)通過將整個(gè)信道分為多個(gè)帶寬相等并行傳輸?shù)淖有诺溃ㄟ^將信息經(jīng)過子信道獨(dú)立傳輸來實(shí)現(xiàn)通信，子信道的正交性可以保證最大限度的利用頻譜資源。OFDM系統(tǒng)通過循環(huán)前綴來消除符號(hào)間干擾(ISI)，通過IDFT/DFT調(diào)制解調(diào)降低了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。由于其頻譜利用率高，抗多徑能力強(qiáng)，在多種通信場(chǎng)合中都得到了應(yīng)用。雖然有著上述優(yōu)點(diǎn)，但為了準(zhǔn)確的恢復(fù)信號(hào)，信道估計(jì)是OFDM系統(tǒng)中必須實(shí)現(xiàn)的一環(huán)。 本文正是針對(duì)OFDM接收機(jī)中的信道估計(jì)模塊的運(yùn)算部件的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。首先，研究了OFDM信道估計(jì)的LS算法，一階線性插值算法，二次多項(xiàng)式插值算法，建立了適用于寬帶通信系統(tǒng)的信道估計(jì)模塊模型。其次研究了加法器電路和乘法器電路的實(shí)現(xiàn)，包括進(jìn)位行波加法器，曼徹斯特進(jìn)位鏈，超前進(jìn)位加法器和乘法原理，陣列乘法器，wallace樹乘法器及BOOTH編碼算法，并分析了各種電路的特性及優(yōu)缺點(diǎn)。接著研究了幾種主要的除法器設(shè)計(jì)算法，包括數(shù)字循環(huán)算法，基于函數(shù)迭代的算法，以及CORDIC算法，結(jié)合信道估計(jì)的特點(diǎn)選擇了函數(shù)迭代和CORDIC算法作為具體實(shí)現(xiàn)的方法。最后，在前面的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)了前面的設(shè)計(jì)方案。
