智能手机声波近场通信系统设计与实现

发布时间：2020-08-23 20:04

【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。目前可实现点对点近距离无线通信的技术包含蓝牙、Wi-Fi(802.11)、ZigBee、红外(IrDA)、近场通信(NFC)等,但是要应用到手机上,则都需要智能手机增加这些硬件模块,由于智能手机的配置情况不一,难以推广,因此需要研究和实现一种所有手机通用的近距离无线通信系统。论文对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。应用该系统在Android平台开发出了具有简单收发功能的APP。主要工作包括以下几个方面:1.研究和分析了OFDM的调制与解调原理,主要分析了影响系统的保护间隔,IFFT过采样,信道估计,以及同步方法。2.分析和比较了常用三种基于训练序列的同步算法。并针对Park算法的不足,提出一种改进的同步算法,减少了定时度量值的计算复杂度和定时误判的概率,与Park算法相比,改进算法的定时性能接近,但是计算复杂度显著降低。3.对使用了本文提出的改进的同步算法的手机近场通信OFDM系统进行详细的功能设计,包括信道的分析、噪声的分析,并基于这些分析,选择了适当的系统参数,然后从发送端和接收端设计了系统。4.在Android平台上实现了手机近场通信OFDM系统的关键技术,并开发出一款具有收发功能的APP,验证了本文所设计的同步算法的有效性。论文所设计的基于OFDM的智能手机声波近场通信系统很好的解决了传统的智能手机实现近场通信对特定硬件的依赖,使得只要手机拥有一个扬声器和一个麦克风就可以实现近距离无线通信,使用过程反应速度快,连接简单快捷,已被应用到一款云助手应用软件上,并得到了推广。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5
【图文】：

保护间隔,通信系统设计,智能手机,符号

智能手机声波近场通信系统设计与实现，在 OFDM 系统中是以增加符号时间来解决此类问题。其做法就是在每M 符号的前端加上一段保护间隔，保护间隔内容则由符号内最后大约 1/容复制而成，如图 2.3[36]所示。也就是 Ttotal=Tu+Δ，其中 Tu为有效符号时保护间隔。

时序图,接收信号,时序图,保护间隔

Δ是保护间隔。图 2.3 OFDM 系统中保护间隔的添加保护间隔中所放置的是有效符号的循环扩展(Cyclic Extension)，使用保护间隔可以解决以下问题：(1)定时时序问题。图 2.4[37]中我们在每个 OFDM 信号前加了一个保护间隔，如果没有时间偏移(Timing Offset)时，则可得到正确的信号，如图 2.4(a)所示。而时间偏移的大小小于保护间隔时，我们仍然可以得到一个循环平移(Cyclic Shift)的信号来除掉时间偏移的效应，如图 2.4(b)所示。但是如果时间偏移超过了保护间隔，则会造成符号间干扰的问题，如图 2.4(c)所示。

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图 2.5 多径传输加入保护间隔示意图虽然加入了保护间隔有以上两个优点，但相对的，保护间隔的加入也使得要多付出传输功率和传输带宽的代价。如果保护间隔取得太小，则仍然存在时序和多径延迟失真的问题，会影响到系统的整体性能；反之，如果保护间的太大，又会使系统的传输功率和带宽增加太多，造成浪费。.1.2 IFFT 变换的过采样在实际应用中，采用 IFFT 运算完成对一个 OFDM 符号的基带调制，当有载波数为 N 时，如果只用 N 点 IFFT 运算完成基带调制，其结果通常不能正映 OFDM 符号的变化情况，尤其是 OFDM 符号中高频子载波的变化情况。假设输入的 N 个表示频域数据的数据符号{bm,m=0,1,…,N-1}，经过 IFFT 变后，得到时域数据符号为{Bk,k=0,1,…,N-1},即：N-1km=01B = bNmkm N W(2

【参考文献】