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当前面向国家海洋工程应用的无线通信技术面临着高带宽、大容量、低成本、频谱利用率高等挑战,而传统的单载波调制技术已经无法胜任,采用OFDM正交频分复用技术已经成为主流的选择。OFDM技术利用正交子载波进行数据调制、允许子载波频谱重叠,具有很高的频谱利用率；其更长的符号周期及循环前缀的引入能有效对抗多径衰落信道的影响,从而无需复杂的接收均衡过程。然而OFDM通信系统对同步误差极其敏感,后者将造成严重的符号间干扰(ISI)及子信道间干扰(ICI),系统将面临严重的地板效应,因此严格的同步过程是OFDM基带信号处理的基础与前提。本文以面向浅海蛙人对船舰的无线桥接通信应用为背景,采用OFDM多载波调制技术,重点解决OFDM系统中面临的严重同步问题。在考虑收发过程中面临的非理想因素基础上,详尽分析了包括符号定时偏差、载波频率偏差、采样时钟偏差等非理想因素对OFDM系统本身的影响,研究了基于循环前缀、训练符号、导频信号的同步偏差估计算法,分析并比较各类算法的性能特征,在此基础上提出了在OFDM符号的时域及频域内进行同步偏差补偿的算法结构,最后为实际系统制定了完整的同步方案及基带信号处理流程。为了验证同步性能,在系统核心参数及性能指标基础上设计了物理层帧结构、符号率等,并采用软件无线电技术(SDR)设计以XILINX XC6SLX75 FPGA为核心的接收机信号处理平台。为了提高系统灵活性,设计了基于中频带通采样结构的数字前端,中频窄带信号经过带通采样后进行数字下变频及采样率变换,得到满足OFDM基带处理要求的数字序列,而为了改善级联的CIC抽取滤波器通带不平坦问题,设计15Tap的FIR滤波器予以补偿,其通带波纹为0.03173dB。为了验证系统端到端的传输性能,以BMP图像为传输对象,采用USB 2.0总线将接收机信号处理板的解调数据上传到PC上位机软件进行图像恢复及统计分析,测试结果表明OFDM同步过程及基带信号处理满足性能要求,端到端传输误比特率小于10-2。