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(wú)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(kāi)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(xiě)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。
射頻識(shí)別(RFID，Radio frequency Identification)是一種利用電磁波雙向傳輸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別的技術(shù)。近年來(lái)，射頻識(shí)別技術(shù)在物流、交通、身份識(shí)別等生產(chǎn)生活領(lǐng)域的應(yīng)用日益擴(kuò)大。相比于13.56MHz射頻識(shí)別系統(tǒng)，915MHz射頻識(shí)別系統(tǒng)在識(shí)別距離，閱讀速度方面有更大的優(yōu)勢(shì)，是目前射頻識(shí)別產(chǎn)品研究的熱點(diǎn)。 本文在理解ISO/IEC18000-6C協(xié)議的基礎(chǔ)上，首先研究用于本系統(tǒng)的基本理論，包括射頻識(shí)別技術(shù)和嵌入式技術(shù)，提出一款基于ISO/IEC18000-6C協(xié)議的915MHz射頻識(shí)別讀卡器的解決方案。在硬件部分，以Intel公司開(kāi)發(fā)的R1000作為射頻收發(fā)模塊的核心；選用ATMEL公司的ARM處理器AT91SAM7S256作為控制單元的主控制器，在ARM處理器上運(yùn)行μC/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，采用多任務(wù)實(shí)現(xiàn)和其他功能模塊的通信。軟件部分為系統(tǒng)移植了μC/OS-II操作系統(tǒng)，使用C與匯編語(yǔ)言的混合編程編寫(xiě)B(tài)ootloader，編寫(xiě)了各種硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，使用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了串行通信程序，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信并實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的更新。本文所設(shè)計(jì)的射頻識(shí)別系統(tǒng)具有模塊化設(shè)計(jì)、高可靠性等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，這種設(shè)計(jì)方案能夠達(dá)到ISO/IEC18000-6C協(xié)議要求。
正交頻分復(fù)用(OnIlogonaJ frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)通過(guò)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^(guò)將信息經(jīng)過(guò)子信道獨(dú)立傳輸來(lái)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(guò)循環(huán)前綴來(lái)消除符號(hào)間干擾(ISI)，通過(guò)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(shù)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。
正交頻分復(fù)用(OFDM，Orthogonal frequency Division Multiplexing)技術(shù)作為一種可以有效對(duì)抗信號(hào)波形間干擾的高速傳輸技術(shù)，引起了廣泛關(guān)注。它利用許多并行的、傳輸?shù)退俾蕯?shù)據(jù)的子載波來(lái)實(shí)現(xiàn)高速率的通信。它的特點(diǎn)是各子載波相互正交，所以擴(kuò)頻調(diào)制后的頻譜可以相互重疊，不但減小了子載波問(wèn)的相互干擾，還大大提高了頻譜利用率。由于OFDM的高頻譜利用率、易于硬件實(shí)現(xiàn)、對(duì)抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾的能力突出等優(yōu)點(diǎn)，它成為第四代移動(dòng)通信的首選技術(shù)，是當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。 本文概括的介紹了OFDM系統(tǒng)的基本概念、基本工作原理和關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)討論了如何在FPGA上實(shí)現(xiàn)OFDM低中頻收發(fā)信機(jī)。基于這些理論知識(shí)，確定了OFDM低中頻收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，并選擇ALTERA公司的Cyclone
