[發(fā)明專利]基于OFDM的聲波通信系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410499592.6
• 申請日: 2014-09-25
• 公開（公告）號: CN104243388B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳景竑;陳相寧;馮靜衠
• 申請（專利權(quán)）人: 陳景竑
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04B11/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于OFDM的聲波通信系統(tǒng)，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

聲波頻率在24kHz以下可以充分利用現(xiàn)有的視頻音頻播放設(shè)備與接收裝置，無需對特殊定制的揚(yáng)聲器與麥克風(fēng)，人耳無法輕易察覺的頻率，不會對人們的日常生活產(chǎn)生較多影響，因此，聲波通訊得到了廣泛應(yīng)用，但是，傳統(tǒng)的聲波通訊技術(shù)領(lǐng)域，處理過程復(fù)雜，誤碼率比較高，抑制了聲波通訊的效率，阻礙了聲波通訊的發(fā)展。

正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，雖然OFDM的概念已經(jīng)存在了很長時間，但是直到最近，它才被人們認(rèn)識到是一種實現(xiàn)高速雙向無線數(shù)據(jù)通信的良好方法，并常見于電通訊中，在聲波通訊技術(shù)領(lǐng)域還沒有涉及，如何將正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)應(yīng)用在聲波通訊中，以簡化處理過程，減少誤碼率，提高通訊效率，是當(dāng)前需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服傳統(tǒng)的聲波通訊，處理過程復(fù)雜，誤碼率比較高，抑制了聲波通訊的效率，阻礙了聲波通訊的發(fā)展的問題。本發(fā)明提供的基于OFDM的聲波通信系統(tǒng)，簡化了處理，誤碼率低，提高聲波通訊的效率和同步性，具有良好的應(yīng)用前景。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于OFDM的聲波通信系統(tǒng)，其特征在于：包括聲波發(fā)送端和聲波接收端，所述聲波發(fā)送端包括依次連接的信道編碼模塊、信號調(diào)制模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊和揚(yáng)聲器，所述聲波接收端包括依次連接的麥克風(fēng)、AD轉(zhuǎn)換模塊、信號解調(diào)模塊和信號譯碼模塊，所述信道編碼模塊用于接收原始數(shù)據(jù)，所述信號譯碼模塊用于輸出原始數(shù)據(jù)，所述揚(yáng)聲器與麥克風(fēng)之間通過低于24kHz以下通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，

所述信道編碼模塊，包括依次連接的第一BCH編碼單元、交織單元、第二BCH編碼單元，實現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行擴(kuò)展，得到擴(kuò)展后數(shù)據(jù)；

所述信道譯碼模塊，包括依次連接的第一BCH譯碼單元、解交織單元、第二BCH譯碼單元，實現(xiàn)將擴(kuò)展后數(shù)據(jù)還原成原始數(shù)據(jù)；

所述信號調(diào)制模塊，基于OFDM對擴(kuò)展后數(shù)據(jù)的進(jìn)行調(diào)制，將信道分成若干正交子信道，將擴(kuò)展后數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進(jìn)行傳輸，包括依次連接的符合映射單元、IDFT單元和信號擴(kuò)展單元，所述符合映射單元接收信道編碼模塊輸出的擴(kuò)展后數(shù)據(jù)，所述信號擴(kuò)展單元輸出數(shù)字音頻信號給DA轉(zhuǎn)換模塊；

所述信號解調(diào)模塊，基于OFDM對接收數(shù)字音頻信號的進(jìn)行解調(diào)，將一個信道分解為若干個正交子信道，將數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換為擴(kuò)展后數(shù)據(jù)，解調(diào)到轉(zhuǎn)換后的信道上進(jìn)行傳輸，包括依次連接的DFT單元、同步捕捉單元和符合逆映射單元，所述DFT單元用于接收AD轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字音頻信號，所述符合逆映射單元輸出擴(kuò)展后數(shù)據(jù)為信號譯碼模塊，所述同步捕捉單元若捕捉數(shù)據(jù)信號失敗，則通過滑動單元反饋給DFT單元。

前述的基于OFDM的聲波通信系統(tǒng)，其特征在于：所述符合映射單元用于將擴(kuò)展后數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，將信道分成若干正交子信道，將每組數(shù)據(jù)映射為一個OFDM符號，轉(zhuǎn)化過程為，將每組數(shù)據(jù)的各個比特根據(jù)星座圖分配到其對應(yīng)的子信道中，包括數(shù)據(jù)信號信道，恒定信號信道、零功率信號信道及巴克碼信號信道，所述數(shù)據(jù)信號信道用于將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分到各個數(shù)據(jù)信道；所述恒定信號信道用于OFDM符號同步；所述零功率信號信道用于校正頻率；所述巴克碼信道把星座中特定點的位置作為+1和-1，用于實現(xiàn)幀同步。

前述的基于OFDM的聲波通信系統(tǒng)，其特征在于：所述符合逆映射單元，根據(jù)同步捕捉單元輸出信號的強(qiáng)度和相位畫出星座圖，根據(jù)星座圖還原出擴(kuò)展后數(shù)據(jù)。

前述的基于OFDM的聲波通信系統(tǒng)，其特征在于：所述信號擴(kuò)展單元用于減少在相鄰的兩個OFDM符號切換時的能量泄露，需要復(fù)制部分原信號延拓作為過渡區(qū)域，保證信號的周期性需要復(fù)制原信號尾部信號作為前過渡區(qū)域與保護(hù)間隔，復(fù)制原信號頭部信號作為后過渡區(qū)域，前一個OFDM符號的后過渡區(qū)與后一個OFDM符號的前過渡區(qū)相疊加，前、后過渡區(qū)的漸變窗函數(shù)依次為：

前述的基于OFDM的聲波通信系統(tǒng)，其特征在于：所述前過渡區(qū)與原信號之間設(shè)有保護(hù)間隔區(qū)域，所述保護(hù)間隔區(qū)為原信號尾部信號的延拓。

前述的基于OFDM的聲波通信系統(tǒng)，其特征在于：所述同步捕捉單元設(shè)有兩種捕捉情況，

(1)DFT窗口的起始位置落在循環(huán)前綴內(nèi)，DFT窗口所包含的抽樣值為此OFDM符號內(nèi)的值，則不存在產(chǎn)生符號間的干擾，正確解調(diào)，同步捕捉成功；