基于FPGA的OFDM水聲通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的開(kāi)題報(bào)告

基于FPGA的OFDM水聲通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的開(kāi)題報(bào)告一、研究背景和意義隨著人類(lèi)對(duì)海洋資源的不斷深入和廣泛開(kāi)發(fā)，水下傳輸通信逐漸成為當(dāng)前水下科學(xué)和技術(shù)社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。水聲通信技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，已成為實(shí)現(xiàn)水下通信的重要手段之一。而當(dāng)今水聲通信系統(tǒng)的主流技術(shù)之一便是正交頻分復(fù)用（OFDM，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）技術(shù)。OFDM技術(shù)利用離散傅里葉變換（DFT）的功效對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多載波調(diào)制，以便降低碼間干擾，解決信道頻率選擇性衰落問(wèn)題，提高頻帶利用率，因此具有更高的傳輸效率、更好的系統(tǒng)魯棒性以及良好的頻率選擇性。FPGA（Field-ProgrammableGateArray）是高靈活性和高性能數(shù)字電路設(shè)計(jì)的重要平臺(tái)之一。FPGA具有靈活性和可重構(gòu)性，可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)不同的功能。這種可編程性使得FPGA具有在OFDM通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理任務(wù)的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)使用FPGA，可以實(shí)現(xiàn)OFDM基帶信號(hào)的計(jì)算和處理，其對(duì)系統(tǒng)性能具有積極的影響?；谝陨媳尘?，本文將采用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)OFDM水聲通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有較好的性能和適合不同水下環(huán)境的靈活性，對(duì)于推動(dòng)水聲通信技術(shù)的發(fā)展，提高水聲通信系統(tǒng)的傳輸性能有較大的意義。二、研究?jī)?nèi)容和方法本文研究?jī)?nèi)容將包括以下幾個(gè)方面:1、OFDM基帶信號(hào)生成算法研究。OFDM的基帶信號(hào)由時(shí)域序列經(jīng)過(guò)DFT變換后得到，因此在FPGA上實(shí)現(xiàn)OFDM通信系統(tǒng)時(shí)，需要對(duì)基帶信號(hào)生成算法進(jìn)行深入研究，以便實(shí)現(xiàn)高速、高效的信號(hào)生成。2、FPGAOFDM基帶信號(hào)處理算法研究。OFDM的基帶信號(hào)處理包括FFT變換、同步、載波恢復(fù)等多個(gè)過(guò)程。針對(duì)這些處理步驟，將研究并提出一套適用于FPGA平臺(tái)的OFDM基帶信號(hào)處理算法，以實(shí)現(xiàn)將OFDM信號(hào)轉(zhuǎn)換為可用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流。3、水聲信道建模。水聲信道是OFDM水聲通信系統(tǒng)的關(guān)鍵，對(duì)信道的建模將影響系統(tǒng)的傳輸性能。本文將在不同的水下環(huán)境下對(duì)信道進(jìn)行建模，重點(diǎn)研究信道頻率響應(yīng)、時(shí)變性和不同噪聲等影響因素，以及在不同的水下環(huán)境下的信道特性分析。4、OFDM水聲通信系統(tǒng)的驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)。本文將在FPGA平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)OFDM水聲通信系統(tǒng)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)該系統(tǒng)的性能進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)將包括傳輸距離、傳輸速率、信噪比以及誤碼率等方面的考察。本文的研究方法主要包括理論計(jì)算、模擬仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)方面。其中理論計(jì)算將主要應(yīng)用到OFDM基帶信號(hào)的生成算法和處理算法研究中；模擬仿真將應(yīng)用到對(duì)水聲信道建模的研究中，以生成不同的信道模型進(jìn)行仿真分析；最后，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證將主要用于評(píng)估本文提出的OFDM水聲通信系統(tǒng)的性能和有效性。三、預(yù)期成果和意義本次研究將實(shí)現(xiàn)OFDM水聲通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，探索FPGA在OFDM通信系統(tǒng)中的應(yīng)用和性能表現(xiàn)，具體預(yù)期成果包含以下幾個(gè)方面：1、提出一種適用于FPGA平臺(tái)的OFDM基帶信號(hào)生成和處理算法，實(shí)現(xiàn)高效可靠的信號(hào)生成和處理選路；2、研究不同水下環(huán)境下的水聲信道特性，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證；3、通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的OFDM水聲通信系統(tǒng)的性能，包括傳輸速率、傳輸距離、信噪比、誤碼率等方面的性能表現(xiàn)，以驗(yàn)證該系統(tǒng)的有效性;4、將所得數(shù)據(jù)與已有文獻(xiàn)進(jìn)行比較分析，以確定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，并總結(jié)本文的研究思路和設(shè)計(jì)策略，具有現(xiàn)實(shí)意義和推廣價(jià)值，為進(jìn)一步提高水聲通信系統(tǒng)的傳輸性能和應(yīng)用推廣提供重要參考。四、工作計(jì)劃與預(yù)算1、第一學(xué)年：（1）針對(duì)FPGA平臺(tái)的OFDM基帶信號(hào)生成算法進(jìn)行深入研究，制定實(shí)驗(yàn)方案，初步實(shí)驗(yàn)調(diào)試，準(zhǔn)備相關(guān)實(shí)驗(yàn)材料；（2）開(kāi)展不同水下環(huán)境下的水聲信道建模研究，并進(jìn)行初步仿真驗(yàn)證；（3）完成第一學(xué)年的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并撰寫(xiě)完畢第一年半年度進(jìn)展匯報(bào)論文。2、第二學(xué)年：（1）在第一學(xué)年的基礎(chǔ)上，對(duì)OFDM基帶信號(hào)處理算法進(jìn)行研究，結(jié)合已有文獻(xiàn)，提出適用于FPGA平臺(tái)的OFDM基帶信號(hào)處理算法；（2）對(duì)上述算法進(jìn)行仿真，并對(duì)不同水下環(huán)境下的水聲信道進(jìn)行分析和建模；（3）完成第二年的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行性能評(píng)估；（4）撰寫(xiě)第二年的年度進(jìn)展匯報(bào)論文。3、第三學(xué)年：（1）提出實(shí)現(xiàn)OFDM水聲通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)；（3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并評(píng)估OFDM水聲通信系統(tǒng)的性能和有效性；（4）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，并完成畢業(yè)論文的撰寫(xiě)工作。五、預(yù)期貢獻(xiàn)本次研究的預(yù)期貢獻(xiàn)有以下幾個(gè)方面：（1）提出一種適用于FPGA平臺(tái)的OFDM基帶信號(hào)生成和處理算法，實(shí)現(xiàn)高效可靠的信號(hào)生成和處理選路；（2）對(duì)不同水下環(huán)境下的水聲信道特性進(jìn)行研究，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)