一種OFDM系統(tǒng)同步算法的改進

陳潔群

摘要： 隨著智能手機的普及，以及移動互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，基于智能手機在沒有無線網(wǎng)絡(luò)的情景下的點對點的近場通信的需求也越來越大。對OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）的同步算法及相關(guān)技術(shù)進行了研究分析，對PARK算法進行了改進，設(shè)計了使用該改進算法的智能手機聲波近場通信系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： 聲波通信；OFDM同步技術(shù)；近場通信；Android

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）23-0279-02

Abstract： With the popularity of smart phones and the rapid development of mobile Internet， the demand for point to point communication based on smart phones in the absence of wireless networks is becoming more and more important. The synchronization algorithm and related technology of OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing） are studied and analyzed. The PARK algorithm is improved， and the intelligent mobile acoustic near field communication system using this improved algorithm is designed.

Key words： acoustic communication； OFDM synchronization technology； near field communication； Android

1 前言

手機應(yīng)用領(lǐng)域中，利用聲波短距離通信傳輸信息的應(yīng)用目前僅在移動支付中使用。最近幾年，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大潮，移動支付已經(jīng)變得越來越普及，移動支付交易的市場規(guī)模迅速增長，同時涌現(xiàn)出了許多移動支付公司[1]，例如國內(nèi)的支付寶，國外的apple pay等。人們之所以能享受到這種前所未有的科技福利，能這么快捷方便地使用到移動支付能正是得益于發(fā)達的近距離無線通信技術(shù)的發(fā)展[2]。在國外，近兩年出現(xiàn)的通過聲音支付的方式比必須帶有NFC硬件的NFC支付更新穎，也由此促使許多相關(guān)的技術(shù)誕生。建立了基于客戶的賬戶的語音支付系統(tǒng)，在支付的時候，不需要用戶輸入密碼或者個人簽名，很大程度上改進傳統(tǒng)的支付所引起的泄露隱私的弊端。因而近幾年基于語音的支付的應(yīng)用得到快速的發(fā)展[3]。

2 基于Park同步算法的改進

本文提出的基于Park的同步算法主要是從兩方面對Park算法的改進，一方面是從簡化定是度量函數(shù)的計算復(fù)雜度，另一方面是通過增加定時度量的峰值的產(chǎn)生來減少系統(tǒng)的誤判概率。

2.1 測試模型

為了可以方便往下對比本文提出的改進算法和經(jīng)典的三種基于訓(xùn)練序列的同步算法做比較，本仿真實驗設(shè)計了一個OFDM通信模型。這個模型包括發(fā)送端和接收端。這個模型是在20dB的信噪比的條件下，采用256個子載波，每個載波使用載頻為4kHz的頻率的QPSK調(diào)制，發(fā)送端和接收端都是使用48kHz的采用率，使用的循環(huán)前綴長度為子載波數(shù)的1/8（64個采樣點），并且設(shè)要插入的訓(xùn)練序列為P。模擬的通信過程描述為：

1）發(fā)送端：將“測試”這個字符串分解為二進制數(shù)據(jù)流，加載到訓(xùn)練序列P的后面，組成待發(fā)送的數(shù)據(jù)流，然后通過48kHz的采樣率采樣后將這些信號進行長度為320的IFFT之后得到時域信號，再將此時域信號加入64個采樣點的循環(huán)前綴，經(jīng)過QPSK調(diào)制上變頻，發(fā)送出去。

2）接收端：接受到信號后，加入加性白高斯噪聲，通過QPSK的相干解調(diào)，下變頻，得到基帶信號，經(jīng)過寬度為20的低通濾波器，這些數(shù)據(jù)流這是用于測試本文所提及的同步算法的優(yōu)劣。

2.2 簡化計算復(fù)雜度

2.3 減少誤判的概率

本文提出的定時算法可以通過增加符號數(shù)很方便的構(gòu)造多個峰值。假設(shè)生成的第一個符號是P，通過構(gòu)造[P，P]結(jié)構(gòu)使用兩個同步符號可以構(gòu)造一個相關(guān)峰值，使用[P，P，-P]結(jié)構(gòu)使用三個同步符號（其中第一個和第二個符號相同，第三個符號與前兩個符號有相位π的偏移）可以構(gòu)造兩個相關(guān)峰，使用[p，p，-p，-p]結(jié)構(gòu)使用四個同步符號可以構(gòu)造三個峰值。

3 基于android手機的應(yīng)用實例

為了直觀的測試和驗證本文設(shè)計的智能手機聲波近場通信系統(tǒng)，本節(jié)設(shè)計了一個功能簡單的基于android手機的聲波近場通信OFDM應(yīng)用程序。這個應(yīng)用程序的UI界面如圖1所示，從圖中可以看出，此app主要功能只有兩個，一個是把信息通過聲波發(fā)送出去，另外一個功能是接收和解調(diào)、解析發(fā)送端發(fā)送過來的信息。由于功能簡單，在此就不再做需求分析和詳細設(shè)計了。此app主要是為了簡單測試本文設(shè)計的系統(tǒng)，因而沒有設(shè)計很復(fù)雜的功能。只需要點擊信息編輯區(qū)，把需要發(fā)送的文字、字母、符號等編輯好，單擊發(fā)送按鈕即可以完成發(fā)送操作。此app除了具有發(fā)送信息的功能，同時還具有接收和顯示信息的功能。在“接收內(nèi)容為”右邊的顯示區(qū)，將會顯示接收到的信息。

此app是通過調(diào)用android支持的NDK工具，調(diào)用所設(shè)計和開放的接口來完成底層的通信功能。包括WAVE文件的實現(xiàn)、FFT的實現(xiàn)、濾波器的實現(xiàn)、基于Park算法改進的同步定時算法的實現(xiàn)以及解調(diào)的實現(xiàn)。為了更好地研究和分析這些模塊，先從整體上分析本設(shè)計的架構(gòu)。

4 結(jié)論與展望

本文提出的智能手機聲波近場通信系統(tǒng)，只需要手機擁有揚聲器和麥克風(fēng)既可以實現(xiàn)，為傳統(tǒng)的近場通信技術(shù)過度依賴于硬件的弊病提供了一種全新的實現(xiàn)方法，有力地推動了移動終端在不使用流量或者無線信號的情形下的數(shù)據(jù)交換和分享的能力，擁有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1] 欒遠飛，黃大慶，黃文才.降低OFDM系統(tǒng)峰均功率比的新算法研究[J].電子設(shè)計工程， 2014（07）.

[2] 吳巍，肖江南，陳明，等.基于級聯(lián)變系數(shù)訓(xùn)練序列和預(yù)增強技術(shù)的直接檢測光OFDM系統(tǒng)實驗研究[J]. 通信學(xué)報，2013（12）.

[3] 徐嬌月.基于導(dǎo)頻的OFDM信道估計的研究.大連海事大學(xué)學(xué)報，2015，35（11）：109-115.

【通聯(lián)編輯：代影】