一种OFDM系统同步算法的改进

陈洁群

摘要： 随着智能手机的普及，以及移动互联网的蓬勃发展，基于智能手机在没有无线网络的情景下的点对点的近场通信的需求也越来越大。对OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）的同步算法及相关技术进行了研究分析，对PARK算法进行了改进，设计了使用该改进算法的智能手机声波近场通信系统。

关键词： 声波通信；OFDM同步技术；近场通信；Android

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：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

手机应用领域中，利用声波短距离通信传输信息的应用目前仅在移动支付中使用。最近几年，随着移动互联网发展的大潮，移动支付已经变得越来越普及，移动支付交易的市场规模迅速增长，同时涌现出了许多移动支付公司[1]，例如国内的支付宝，国外的apple pay等。人们之所以能享受到这种前所未有的科技福利，能这么快捷方便地使用到移动支付能正是得益于发达的近距离无线通信技术的发展[2]。在国外，近两年出现的通过声音支付的方式比必须带有NFC硬件的NFC支付更新颖，也由此促使许多相关的技术诞生。建立了基于客户的账户的语音支付系统，在支付的时候，不需要用户输入密码或者个人签名，很大程度上改进传统的支付所引起的泄露隐私的弊端。因而近几年基于语音的支付的应用得到快速的发展[3]。

2 基于Park同步算法的改进

本文提出的基于Park的同步算法主要是从两方面对Park算法的改进，一方面是从简化定是度量函数的计算复杂度，另一方面是通过增加定时度量的峰值的产生来减少系统的误判概率。

2.1 测试模型

为了可以方便往下对比本文提出的改进算法和经典的三种基于训练序列的同步算法做比较，本仿真实验设计了一个OFDM通信模型。这个模型包括发送端和接收端。这个模型是在20dB的信噪比的条件下，采用256个子载波，每个载波使用载频为4kHz的频率的QPSK调制，发送端和接收端都是使用48kHz的采用率，使用的循环前缀长度为子载波数的1/8（64个采样点），并且设要插入的训练序列为P。模拟的通信过程描述为：

1）发送端：将“测试”这个字符串分解为二进制数据流，加载到训练序列P的后面，组成待发送的数据流，然后通过48kHz的采样率采样后将这些信号进行长度为320的IFFT之后得到时域信号，再将此时域信号加入64个采样点的循环前缀，经过QPSK调制上变频，发送出去。

2）接收端：接受到信号后，加入加性白高斯噪声，通过QPSK的相干解调，下变频，得到基带信号，经过宽度为20的低通滤波器，这些数据流这是用于测试本文所提及的同步算法的优劣。

2.2 简化计算复杂度

2.3 减少误判的概率

本文提出的定时算法可以通过增加符号数很方便的构造多个峰值。假设生成的第一個符号是P，通过构造[P，P]结构使用两个同步符号可以构造一个相关峰值，使用[P，P，-P]结构使用三个同步符号（其中第一个和第二个符号相同，第三个符号与前两个符号有相位π的偏移）可以构造两个相关峰，使用[p，p，-p，-p]结构使用四个同步符号可以构造三个峰值。

3 基于android手机的应用实例

为了直观的测试和验证本文设计的智能手机声波近场通信系统，本节设计了一个功能简单的基于android手机的声波近场通信OFDM应用程序。这个应用程序的UI界面如图1所示，从图中可以看出，此app主要功能只有两个，一个是把信息通过声波发送出去，另外一个功能是接收和解调、解析发送端发送过来的信息。由于功能简单，在此就不再做需求分析和详细设计了。此app主要是为了简单测试本文设计的系统，因而没有设计很复杂的功能。只需要点击信息编辑区，把需要发送的文字、字母、符号等编辑好，单击发送按钮即可以完成发送操作。此app除了具有发送信息的功能，同时还具有接收和显示信息的功能。在“接收内容为”右边的显示区，将会显示接收到的信息。

此app是通过调用android支持的NDK工具，调用所设计和开放的接口来完成底层的通信功能。包括WAVE文件的实现、FFT的实现、滤波器的实现、基于Park算法改进的同步定时算法的实现以及解调的实现。为了更好地研究和分析这些模块，先从整体上分析本设计的架构。

4 结论与展望

本文提出的智能手机声波近场通信系统，只需要手机拥有扬声器和麦克风既可以实现，为传统的近场通信技术过度依赖于硬件的弊病提供了一种全新的实现方法，有力地推动了移动终端在不使用流量或者无线信号的情形下的数据交换和分享的能力，拥有广阔的应用前景。

参考文献：

[1] 栾远飞，黄大庆，黄文才.降低OFDM系统峰均功率比的新算法研究[J].电子设计工程， 2014（07）.

[2] 吴巍，肖江南，陈明，等.基于级联变系数训练序列和预增强技术的直接检测光OFDM系统实验研究[J]. 通信学报，2013（12）.

[3] 徐娇月.基于导频的OFDM信道估计的研究.大连海事大学学报，2015，35（11）：109-115.

【通联编辑：代影】