基于声波通信的ofdm符号同步捕捉方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于声波通信的OFDM符号同步捕捉方法，包括以下步骤，1）从接收到的数字音频符号选择一个区域作为DFT解调窗口；2）对各OFDM符号进行同步捕捉，若不存在产生符号间的干扰，正确解调，同步捕捉成功；若存在符号间的干扰，同步捕捉失败，需要将DFT解调窗口通过滑动单元向后滑动，再次解调，以便正确解调，同步捕捉成功；3）将捕捉成功的各OFDM符构成的数据帧，进行译码，还原成原始数据。本发明的基于声波通信的OFDM符号同步捕捉方法，在进行DFT傅里叶变换时，采用将DFT解调窗口通过滑动单元滑动，保证DFT解调窗口捕捉到符号不存在符号间干扰，提高声波的通信质量，具有良好的应用前景。
【专利说明】基于声波通信的OFDM符号同步捕捉方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于声波通信的OFDM符号同步捕捉方法，属于无线通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002]声波频率在24kHz以下可以充分利用现有的视频音频播放设备与接收装置，无需对特殊定制的扬声器与麦克风，人耳无法轻易察觉的频率，不会对人们的日常生活产生较多影响，因此，声波通讯得到了广泛应用。
[0003]声波通信处理过程中，为了保障在数据帧切换时的能量不向其他频率泄露(减少杂音)，需要对数据帧信号进行扩展，但是扩展后的数据帧信号，在进行DFT傅里叶变换时，容易造成DFT解调窗口难以捕捉到数据帧和数据帧同步，从而影响声波的通信质量。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服数据帧扩展中，DFT解调窗口难以捕捉到数据帧和数据帧同步，从而影响声波的通信质量的问题。本发明的基于声波通信的OFDM符号同步捕捉方法，在进行DFT傅里叶变换时，采用将DFT解调窗口通过滑动单元滑动，保证DFT解调窗口捕捉到数据帧和数据帧同步，提高声波的通信质量，具有良好的应用前景。
[0005]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0006]一种基于声波通信的OFDM符号同步捕捉方法，其特征在于:包括以下步骤，
[0007]步骤(I)，从接收到的数字音频符号选择一个区域作为傅里叶变换的DFT解调窗Π ；
[0008]步骤⑵，对各OFDM符号进行DFT傅里叶变换，并进行同步捕捉，设有两种捕捉情况，
[0009](I)若步骤(I)的DFT解调窗口所包含的抽样值为对应的OFDM符号内的值，则不存在产生符号间的干扰，正确解调，同步捕捉成功；
[0010](2)若步骤⑴的DFT解调窗口所包含的抽样值包含有下一个OFDM符号的值，则存在符号间的干扰，同步捕捉失败，需要将DFT解调窗口通过滑动单元向后滑动，再次解调，以便正确解调，同步捕捉成功；
[0011]步骤(3)，将捕捉成功的各OFDM符构成的数据帧，进行译码，还原成原始数据。
[0012]前述的基于声波通信的OFDM符号同步捕捉方法，其特征在于:所述将DFT解调窗口通过滑动单元向后滑动，滑动位移的计算过程为，
[0013](I)设有DFT单元生成信号样本的长度为L，则扩展后数据的长度为2.75L ；
[0014](2)两个OFDM符号的过渡区域交叠在一起，过渡区域为0.25L，则两个OFDM符号头部的间距为2.75L-0.25L = 2.51；
[0015](3) DFT解调窗口长度为L，滑动距离为2.5L/2 = 1.25L。
[0016]前述的基于声波通信的OFDM符号扩展方法，其特征在于:所述步骤(I)，从接收到的数字音频符号选择一个区域作为傅里叶变换的DFT解调窗口选择过程为，从收到的数字音频信号开始处取数量为L长度的样本作为解调窗口。
[0017]本发明的有益效果是:本发明的基于声波通信的OFDM符号同步捕捉方法，在进行DFT傅里叶变换时，采用将DFT解调窗口通过滑动单元滑动，初次解调成功率高(50% )，平均解调次数少(平均只需1.5次)，保证DFT解调窗口捕捉到符号不存在符号间干扰，提高声波的通信质量，具有良好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的基于声波通信的OFDM符号同步捕捉方法的流程图。
[0019]图2是本发明的DFT解调窗口的起始位置落在循环前缀内的同步捕捉示意图。
[0020]图3是本发明的DFT解调窗口的起始位置落在循环前缀外的同步捕捉示意图。
[0021]图4是本发明一实施例的信号扩展的示意图。
[0022]图5是本发明一实施例的同步捕捉与滑动的示意图。
[0023]图6是本发明一实施例的解调DFT解调窗口的示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0025]如图1所示，本发明的基于声波通信的OFDM符号同步捕捉方法，包括以下步骤，
[0026]步骤(I)，从接收到的数字音频符号选择一个区域作为傅里叶变换的DFT解调窗口，傅里叶变换的DFT解调窗口的选择过程为，从收到的数字音频信号开始处取数量为L长度的样本作为解调窗口。
[0027]步骤(2)，对各OFDM符号进行DFT傅里叶变换，并进行同步捕捉，设有两种捕捉情况，解调时的定时偏移为τ个采样，
[0028](I)如图2所示，DFT解调窗口的起始位置落在循环前缀内，DFT解调窗口所包含的抽样值为此OFDM符号内的值，则不存在产生符号间的干扰，正确解调，同步捕捉成功；
[0029](2)如图3所示，DFT解调窗口的起始位置落在循环前缀外，DFT解调窗口所包含的抽样值包含了下一个OFDM符号的值，则存在符号间的干扰，同步捕捉失败，需要将DFT解调窗口通过滑动单元向后滑动，再次解调，以便正确解调，同步捕捉成功；
[0030]步骤(3)，将捕捉成功的各OFDM符构成的数据帧，进行译码，还原成原始数据。
[0031]所述将DFT解调窗口通过滑动单元向后滑动，滑动位移的计算过程为，
[0032](I)设有IDFT单元生成信号样本的长度为L，则扩展后数据的长度为2.75L，具体为，复制原始信号的尾部0.5L作为前过渡区域与保护间隔+复制2L个完整的原始信号+复制原始信号的头部0.25L作为后过渡区域；
[0033](2)两个OFDM符号的过渡区域交叠在一起，过渡区域为0.25L，则两个OFDM符号头部的间距为2.75L-0.25L = 2.51；
[0034](3) DFT解调窗口长度为L，滑动距离为2.5L/2 = 1.25L。
[0035]所述每个OFDM符号均设有一位巴克码，将巴克码依次存入位移寄存器，位移寄存器的长度等于巴克码的长度，当接收端的麦克风判决电平的尖锐峰值出现时，判断帧开始与结束位置，实现帧同步。
[0036]当信号不存在时，解调失败，解调窗口的起始位置不断向后滑动1.25L个样本，直到信号出现；当信号存在时，则有50%的概率解调成功，若解调不成功则解调窗口的起始位置向后滑动1.25L个样本，即可100%解调成功，起始位置其实无需选择，就是从打开麦克风，收到数字音频信号后就不断的在解调在没有信号时，肯定是一直解调失败，不断滑动在信号存在时，最多两次捕捉即可解调成功。
[0037]根据本发明的基于声波通信的OFDM符号同步捕捉方法，介绍一具体实施例，
[0038]假设每帧发送256bit原始声音数据(信道编码后扩展为1024bit)，使用16个数据传输子载波，使用QPSK星座图(2bit)，则每帧数据有32个OFDM符号(1024/16/2 = 32)，数字音频信号的采样精度为16bit、采样频率为44.1kHz,以640采样点为一个OFDM符号，则每帧信号的长度为:32*640/44100?0.4644 (秒)，数据帧同步捕捉的过程为，
[0039](I)信号扩展
[0040]将256点通过IDFT单元生成的数字音频信号，做如图4所示的方式扩展，
[0041](2)同步捕捉与滑动
[0042]当使用256点样本窗口作DFT单元解调时，解调窗口其实位置落点，如图6所示，解调DFT解调窗口的起始位置在A与B之间时可与正确解调，如图5所示，在C与D之间无法正确解调，AB = CD，即初次捕捉有50%的概率捕捉成功，当初次捕捉失败时，只需向后滑动320个样本即可100 %捕捉成功，平均1.5次捕捉即可实现符号同步，符号同步效率高，在这里通过具体的数值介绍符号同步的情况，即IDFT生成的样本长度为X，通过扩展后的长度为x+x+x/2+x/4 = 2.75x，由于前后2个OFDM符号的过渡区域交叠在一起，故2个OFDM符号头部的间距为2.75x-x/4 = 2.5x，每次解调的DFT解调窗口长度为X，滑动距离为2.5x/2=1.25x，上面举例中的数值即为按照这种比例设置，就可以达到平均1.5次捕捉即可实现符号同步的效果。
[0043](3)帧同步
[0044]当依次收到帧内第13个OFDM符号时，巴克码出现尖锐峰值，依此便可判断帧开始与结束位置。
[0045]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.基于声波通信的OFDM符号同步捕捉方法，其特征在于:包括以下步骤， 步骤(I)，从接收到的数字音频符号选择一个区域作为傅里叶变换的DFT解调窗口 ； 步骤(2)，对各OFDM符号进行DFT傅里叶变换，并进行同步捕捉，设有两种捕捉情况， (1)若步骤(I)的DFT解调窗口所包含的抽样值为对应的OFDM符号内的值，则不存在产生符号间的干扰，正确解调，同步捕捉成功； (2)若步骤(I)的DFT解调窗口所包含的抽样值包含有下一个OFDM符号的值，则存在符号间的干扰，同步捕捉失败，需要将DFT解调窗口通过滑动单元向后滑动，再次解调，以便正确解调，同步捕捉成功； 步骤(3)，将捕捉成功的各OFDM符构成的数据帧，进行译码，还原成原始数据。
2.根据权利要求1所述的基于声波通信的OFDM符号同步捕捉方法，其特征在于:所述将DFT解调窗口通过滑动单元向后滑动，滑动位移的计算过程为， (1)设有DFT单元生成信号样本的长度为L，则扩展后数据的长度为2.75L ； (2)两个OFDM符号的过渡区域交叠在一起，过渡区域为0.25L，则两个OFDM符号头部的间距为 2.75L-0.25L = 2.51； (3)DFT解调窗口长度为L，滑动距离为2.5L/2 = 1.25L。
3.根据权利要求1所述的基于声波通信的OFDM符号扩展方法，其特征在于:所述步骤(I)，从接收到的数字音频符号选择一个区域作为傅里叶变换的DFT解调窗口选择过程为，从收到的数字音频信号开始处取数量为L长度的样本作为解调窗口。
【文档编号】H04L27/26GK104301277SQ201410500398
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】陈景竑, 陈相宁, 冯静衠 申请人:陈景竑