[发明专利]实时水声通信中基于DDS的多普勒补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于多载波实时水声通信中基于DDS的高精度多普勒补偿 处理平台结构。

背景技术

正交频分复用(OFDM)技术已经应用于水声通信中，是一种高速传输的方法。 但是OFDM的传输对于子载波正交性的要求很高，所以水声通信中存在的严重多 普勒频率偏移限制了OFDM技术在水声通信中的应用。为了消除这种不可避免的 多普勒频移给水声通信所带来的影响，人们提出了很多修正的方法。

目前，在水声通信领域中，有两种常用理论方法用于多普勒补偿：一种是采用 DFE加二阶数字锁相环(DPLL)的结构，并对均衡系数和相移进行联合最佳估计。 这种方法适合于小的多普勒频移，但是这种均衡器结构复杂，特别是在高速水声 通信中尤其复杂，已经到了阻碍实时通信的程度了；另一种方法是在均衡前加多 普勒处理结构，估计出多普勒频移，再对其进行补偿。这种插值法运算量和存储量 要求都很大，若用线性插值法，其运算量小，但在信噪比小的时候，其性能急剧 恶化。对接收信号进行多普勒补偿等效于对接收信号的重采样，但在多普勒频移 较小，精度要求很高的情况下改变采样率比较困难。为了避开上述算法上实现多 普勒补偿的困难，克服算法上的不足，结合现有的DDS频率合成技术，可以设计 一种采用DSP测频，DDS频率合成的方法，实现软件加硬件的结构实现高精度、 快速的频率补偿。DDS频率合成技术是把一系列数字形式的信号通过数/模转换 器转换成模拟量形式的信号。采用软、硬件相结合的合成方式，利用高速存储器 将正弦波的M个样品存在其中，然后以查表的方式按均匀的速率把这些样品输入 到高速数/模转换器，变换成所设定频率的正弦波信号。这种合成方式由于高速 存储器产生正弦波幅值数据，因此合成频率可以做得很高，目前已达到数百兆赫 兹。

DDS具有频率分辨率高、频率变化速率快、输出相位连续和噪声低等优点， 因此可以实现高精度、快速率的频移补偿，且不会影响原有信号的相位特性。在 多载波水声通信中采用该技术对多普勒频移进行补偿，具有频率分辨率高、变频 速率快和频率线性变化等优点。

现有的水声通信中的多普勒补偿技术大多限于算法上实现的多普勒补偿，其 精度不高，实时性和稳定性能较差。目前有两种常用理论方法用于多普勒补偿： 一种是采用DFE加二阶数字锁相环(DPLL)的结构，并对均衡系数和相移进行联合 最佳估计。这种方法适合于小的多普勒频移，但是这种均衡器结构复杂，特别是 在高速水声通信中尤其复杂，已经到了阻碍实时通信的程度了；另一种方法是在 均衡前加多普勒处理结构，估计出多普勒频移，再对其进行补偿。这种插值法运算 量和存储量要求都很大，若用线性插值法，其运算量小，但在信噪比小的时候， 其性能急剧恶化。对接收信号进行多普勒补偿等效于对接收信号的重采样，但在 多普勒频移较小，精度要求很高的情况下改变采样率比较困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以方便用于多载波实时水声通信系统的多普 勒补偿的实时水声通信中基于DDS的多普勒补偿装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的实时水声通信中基于DDS的多普勒补偿装置的构成为：通信处理 板前端模数转换电路，通过一组数据总线以并行接口方式和现场可编程逻辑器件 FPGA2的通用I/O口相连；信号处理芯片DSP为处理内核芯片它通过片内外设 EMIFA接口的数据总线和FPGA相连，EMIFA接口的片选、读写控制线、部分 地址线都和FPGA的通用I/O相连；含有用于互连网络的通过DSP的10/100Mb/s 以太网控制外设实现的网络接口电路；频率合成模块通过DDS的一组数据总线 以及读写控制线和FPGA的通用I/O口相连；由高性能的DSP处理器完成测频、 多普勒估计以及给出多普勒补偿频率控制字，写入DDS的内部相位寄存器和频 率寄存器，实现多普勒补偿，实时输出A/D所需的采样频率。

本发明还可以包括：

1、所述信号处理芯片DSP的外部包括：调试接口JTAG，通过DSP的数据 总线连接的外部动态存储器SDRAM，用于自引导启动的通过DSP的数据总线 连接的外部只读存储器，用于与网络传输模块接口的接口程序。