海事短波通信系统中基于OFDM的HF Modem研究及DSP实现

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短波通信具有通信距离远、成本低廉、抗毁性强等优点,被广泛应用于军事、商业、航海等部门。近十几年来,微处理器技术、数字信号处理技术等技术的应用,增强了短波通信系统智能化、自动化程度,极大提高了短波通信的有效性和可靠性,使短波通信从技术到体制都发生了重大变革。 本课题的研究内容来源于南京市科技发展计划资助项日“基于多网融合平台技术的海上短波通信系统及其无线接入设备(200801102)”。本学位论文主要研究其中基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)的短波调制解调器(Modem)及其DSP实现。 论文首先介绍了短波信道的特点、OFDM的基本原理,以及短波通信的两种传输体制及其优缺点,分析了采用OFDM技术实现短波Modem的优势。接下来依据MIL-STD-188-110B标准以及DSP硬件平台,对基于OFDM的短波Modem进行参数分析与设计,给出调制器通过一路D/A生成OFDM模拟基带信号的方法,同时给出了解调器通过Hilbert变换和抽取来实现通过一路A/D采样生成OFDM符号数据的方法。其次,根据标准规定的信号特性,对基于OFDM的短波Modem信号检测、频偏估计与校正、符号同步、多普勒频偏估计与跟踪、RS编解码等模块的算法进行比较研究,提出适合本课题的实现方法。对于信号检测,提出新的滑动窗频域信号能量检测方法;对于频偏估计与校正,将基于虚载波(Virtual Carrier,VC)的频偏估计与校正算法进行扩展,提出一种具有2倍于原有频偏估计范围的算法,经过仿真分析发现,新算法的MSE与原算法相当,可以应用到其它OFDM系统的频偏估计与校正算法中;对于符号同步,提出一种与接收信号能量无关的归一化符号同步方法,通过理论分析以及仿真证明了算法的可行性与优越性。 在算法研究的基础上,本论文对TMS320VC33 DSP硬件平台上的A/D、D/A模块、通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART)模块、看门狗模块等外围芯片进行参数设置。然后对基于OFDM的短波Modem的DSP实现进行系统流程设计以及中断程序设计。其中系统流程设计主要包括调制器流程设计、解调器流程设计。最后,基于DSP开发环境Code Composer实现Modem的各个模块,对各个模块实现联调。经过测试,本课题所实现的基于OFDM的短波Modem性能达到标准要求,实现了在短波信道中可靠的数据通信。
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