引 言

正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術是一種多載波調制技術，它將寬帶信道分解為相互正交的一組窄帶子信道，利用各個子信道進行并行數據傳輸，因此其頻譜利用率高、抗多徑衰落能力強。

OFDM系統自身的正交多載波調制特點，決定了其對同步誤差十分敏感。能否實現準確的符號定時同步和載波頻率同步，將直接影響到OFDM通信系統的性能。由于線性調頻（Linear Frequency Modula-tion，LFM）信號具有良好的時頻聚集性，使得LFM信號適合作為OFDM水聲通信系統的定時同步信號。在接收端，利用LFM信號的自相關特性檢測其相關峰的位置，可以實現OFDM水聲通信系統的定時同步。

1 基本原理介紹

1.1 OFDM水聲通信系統原理

典型的OFDM水聲通信系統原理框圖如圖1所示。

輸入的數據符號經過DQPSK映射成一個復數數據序列X［O］，X［1］，…，X［N一1］，經過串并轉換后將N個并行符號調制到N個子載波上，經過IFFT后成為時域抽樣值x［n］：

再經過添加循環前綴（Cyclic Prefix，CP）、插入LFM同步信號、D/A轉換等步驟，最后經水聲換能器轉換成聲信號在水聲信道中傳輸。在接收端，信號經接收換能器轉換成電信號，經信號調理以及A/D采集、FFT等一系列逆過程，即可完成數據符號的解調。

為了正確恢復數據符號，本系統利用LFM信號較好的自相關特性，將其作為OFDM符號的定時同步信號。OFDM水聲通信系統發送信號的幀結構如圖2所示。在接收端采用滑動相關檢測的方法，獲得相關峰的位置，實現定時符號的準確同步，然后經過發送端的逆過程即可實現OFDM信號的解調，最后恢復出原始的數據符號。

1.2 LFM信號的特點

LFM信號是雷達系統中應用極為廣泛的一種大時寬一帶寬信號。LFM信號的復數表達式為：

其中：μ=B/r為頻率的變化斜率，B（=△f）為頻率變化范圍。實信號表示為：

其時域波形和自相關輸出如圖3所示，可以明顯看出LFM信號的頻率在脈沖周期內按線性規律變化，自相關峰是非常尖銳的。

LFM信號具有拋物線式的非線性相位譜，且Bτ》1，τ為信號時寬，B為信號帶寬。因此LFM信號具有很好的脈沖壓縮特性。它的模糊函數（自相關函數）曲面具有尖銳的主峰和較低的裙邊。它對多普勒頻移不敏感，即使存在較大的多普勒頻移，它仍具有良好的脈沖壓縮特性。水聲信道具有強多途、時、空、頻變的特性，采用LFM信號作為同步信號，可以獲得較好的相關檢測性能，不會由于多途帶來明顯的偽峰。經過實驗，驗證了LFM信號作為系統的同步信號可以獲得較好的同步性能。因此本文重點討論LFM信號在FPGA上的產生和同步檢測。