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时反OFDM水声通信方法及实验研究

作　者: 徐来贵
导　师: 潘翔
学　校: 浙江大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 水声通信 OFDM 时反处理 多普勒估计 实验研究
分类号: TN929.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


水声通信也是一个快速发展的科研领域。它的工程应用不仅局限于军事,而且也在向商业领域延伸,包括海洋数据采集、海洋资源开发、海洋环境监测等方面。由于海洋信道带宽受限,严重的时延多径和信道起伏,严重阻碍传统的单载波通信进行高速通信。正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)通信,相比于传统的单载波通信,具有频谱利用率高,抗多径能力强,通信速率高,硬件实现简单等特点。但是在信道时延扩展超长的水声信道中,由于保护间隔必须大于多径时延,因此OFDM的传输效率显著降低。时反处理(time reversal processing, TRP)具有空时聚焦特性,可以利用多径提高接收信噪比。本文将时反处理和OFDM联合进行水声通信研究。本文首先基于简正模声传播模型阐述了时间反转处理的原理,并用数值仿真和实验数据验证其时反聚焦性能。其次在分析OFDM水声通信性能的基础上,进行多普勒估计和补偿研究,进一步用导频方法进行信道参数估计。将时反处理作为均衡器用于OFDM水声通信,在降低误码率的同时实现高速水声通信。实验室波导实验和千岛湖湖上实验结果验证TR-OFDM水声通信的优越性。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 研究背景及立题意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 研究内容  12-14
  1.4 本章小结  14-15
第二章 时反水声通信  15-31
  2.1 浅海水声信道  15-18
    2.1.1 浅海信道环境噪声  15-16
    2.1.2 浅海信道传输损耗  16
    2.1.3 浅海信道多径效应  16-17
    2.1.4 浅海信道多普勒效应  17-18
  2.2 声传播模型  18-23
    2.2.1 波动方程  18-20
    2.2.2 简正波模型  20-23
  2.3 时间反转处理原理  23-26
    2.3.1 波动方程的解  23
    2.3.2 波动方程时不变性  23-24
    2.3.3 空间互易性定理  24
    2.3.4 时反聚焦  24-26
  2.4 宽带信号的时反处理  26-27
  2.5 时反水声通信原理  27-29
  2.6 本章小结  29-31
第三章 OFDM水声通信  31-49
  3.1 OFDM在水声通信中应用  31
  3.2 OFDM关键技术  31-33
  3.3 OFDM的基本模型  33-35
  3.4 OFDM信号的表示及其DFT实现  35-36
  3.5 保护间隔和循环前缀  36-38
  3.6 OFDM水声通信中多普勒估计与补偿  38-45
    3.6.1 多普勒因子估计和宽带多普勒补偿  40-42
    3.6.2 CFO估计与补偿  42-45
  3.7 OFDM水声信道估计  45-48
    3.7.1 导频符号插入方式  45-47
    3.7.2 基于导频符号的OFDM信道估计算法  47-48
    3.7.3 内插滤波器的设计  48
  3.8 本章小结  48-49
第四章 时反OFDM水声通信及数值仿真  49-61
  4.1 时反OFDM水声通信原理  49-51
    4.1.1 信号处理流程  49
    4.1.2 模块功能  49-51
    4.1.3 时反OFDM水声通信优点  51
  4.2 时反通信仿真  51-55
    4.2.1 阵形和时反聚焦  51-53
    4.2.2 主动时反通信仿真  53-54
    4.2.3 被动时反通信仿真  54-55
  4.3 OFDM水声通信仿真  55-57
  4.4 时反OFDM水声通信仿真  57-59
  4.5 本章小结  59-61
第五章 水声通信实验研究  61-75
  5.1 波导水池实验研究  61-66
    5.1.1 时反水声通信水池实验  61-63
    5.1.2 时反OFDM水池实验  63-66
  5.2 湖上实验研究  66-73
  5.3 本章小结  73-75
第六章 总结和展望  75-77
  6.1 研究工作总结  75
  6.2 研究方向展望  75-77
参考文献  77-83
作者简介  83

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 水下通信（声纳通信）
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