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基于OFDM的水声通信关键技术研究

作　者: 孙崇强
导　师: 赵书俊
学　校: 郑州大学
专　业: 核技术及应用
关键词: 水声通信正交频分复用压缩传感多普勒估计
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

OFDM技术是当今水声通信研究的热点技术,本文首先对OFDM基础技术进行了介绍,然后针对OFDM关键技术进行理论研究和相关实验。并在OFDM关键技术中提出了自己的理论方法,也给出了仿真及海试验证结果。本文所做的主要贡献如下：针对宽带水声通信遇到的多普勒效应问题,提出了一种利用多音频信号估计多普勒因子的新方法。根据水声信道的稀疏特性,提出了一种新的估计精度更高的稀疏信道估计方法。该方法通过在系统中插入少数导频,利用阶数递归的正交匹配追踪算法重构信道的非零系数,避免了直接对矩阵求逆,降低了计算复杂度,有利于工程实现。分析了水声信道遇到的问题,提出了采用OFDM技术的通信系统,并设计了相应的发射信号形式。对上述理论进行了仿真研究、海试验证。水声通信试验研究。针对OFDM系统的关键技术和整体性能,分别进行了水池试验和海上试验。数据处理结果充分验证了本文所提出的基于多音频信号的多普勒估计算法和阶数递归的正交匹配追踪算法的有效性和稳定性。试验结果表明,该系统能以较低发射声源级和误比特率,在浅海水域实现通信距离为3.7kmm、有效数据传输速率为187.5bps的数据传输。结合上述验证过的OFDM通信算法在论文的最后对当前水声通信研究的热点UUV互通通信进行了系统设计和通信方案设计,给出了详细的系统设计和理论推导过程,并开创性的采用PC104总线板卡,对大家研究UUV互通通信提供了可行性的参考方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第1章绪论  12-19
  1.1 引言  12-15
    1.1.1 水声通信技术发展概况  12-15
  1.2 OFDM水声通信技术发展  15-16
  1.3 研究的背景及意义  16-18
  1.4 论文的章节安排  18-19
第2章 OFDM技术基础  19-30
  2.1 子载波的正交性  20-22
  2.2 子载波调制  22
  2.3 OFDM的DFT实现  22-23
  2.4 保护间隔  23-25
  2.5 通信机设计  25-29
    2.5.1 信号设计  26-27
    2.5.2 物理层的收发流程  27-29
  2.6 本章小结  29-30
第3章 OFDM关键技术研究  30-68
  3.1 帧同步  30-34
  3.2 多普勒估计  34-45
    3.2.1 系统模型  36-38
    3.2.2 基于FFT的多普勒粗搜索  38-40
    3.2.3 基于黄金分割法的多普勒细搜索  40-41
    3.2.4 计算复杂度分析  41
    3.2.5 性能仿真结果分析  41-42
    3.2.6 海试实验验证  42-45
  3.3 重采样  45-50
  3.4 信道估计  50-66
    3.4.1 系统模型  52-55
    3.4.2 基于压缩感知技术的信道估计  55-64
    3.4.3 性能仿真分析  64-65
    3.4.4 实验结果  65-66
  3.5 本章小结  66-68
第4章 UUV互通通信系统设计  68-88
  4.1 引言  68-69
  4.2 系统的设计指标  69-73
  4.3 硬件设计  73-83
    4.3.1 系统结构  73
    4.3.2 换能器  73-74
    4.3.3 通信前端机  74-75
    4.3.4 功放  75-76
    4.3.5 换能器匹配网络  76-77
    4.3.6 前放  77
    4.3.7 收发转换网络  77-78
    4.3.8 信号处理模块  78-83
  4.4 软件设计  83-84
    4.4.1 软件架构  83
    4.4.2 驱动层  83-84
    4.4.3 协议层  84
    4.4.4 算法层  84
  4.5 信号处理机部分搭建  84-87
  4.6 本章总结  87-88
参考文献  88-91
攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目  91-92
个人简历  92-93
致谢  93

基于OFDM的水声通信关键技术研究

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