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《哈尔滨工程大学》 2004年
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相位相干高速水下通信的关键技术研究

刘云涛  
【摘要】:水声通信技术是解决水下信息传送和处理的关键技术,它广泛应用于水下自治机器人(AUV)、水下通讯网路,遥控,和目标检测等领域。在水下通信的初期,扩频和多进制频率调制(MFSK)是主要的调制方式,很适合几比特每秒和几百比特每秒的低、中速中远距离水下通信。当进行高速水下通信时,由于水下信道的频带有限,扩频和MFSK调制方式无法解决高速率信息传输和可利用信道频带窄的矛盾。因此,从上世纪九十年代开始,频谱利用率高的多进制相位调制(MPSK)便成为了高速水下通信的研究热点。 针对水下信道存在随机时变衰落、多径干扰严重、带宽受限等特点,本文对相位相干水下高速无线通信中的关键技术进行了研究,这些技术的应用目的是在满足一定误码率要求的情况下,使水下通信的作用距离与信息速率的乘积达到最大。 本文的主要工作和贡献如下: 第一,对相位调制水下高速通信中的关键技术,包括信道仿真、信道编码、自适应均衡技术、分集技术、Doppler补偿算法进行了研究。阐述了这些算法的基本原理和作用,并根据高速水下通信(High Speed Underwater Communication HSUWC)的系统要求,分别给出这些算法在水下信道的仿真性能分析。 第二,在系统发送端的发射机波形设计中,本文提出了一种能够抑制多径干扰的基带波形设计方法。该方法是通过保持传输信息速率不变,在成形滤波器第二个零点叠加信号来实现的。以QPSK方式采用这种波形结构进行了仿真实验和湖水试验,获得了比传统的波形结构更低的误码率。试验结果表明该波形设计方法能够提高水下通信系统的性能。 第三,在系统接收端的处理算法中,本文提出角度分集的算法。该算法的实现方式是采用预置多波束算法形成若干路不相关的波束信号,然后进行 哈尔滨工程大学博士学位论文 自适应空时判决反馈均衡处理。在无信道编码的实际的水下QPsK调制高速 无线通信系统中把这种算法与空间分集算法进行了相同条件下的湖水试验, 试验结果表明该算法在水下无线通信系统中是可行的并获得了比空间分集算 法低十倍的误码率,文中给出了角度分集算法与空间分集算法的试验对比结 果。 第四,在对这些算法性能仿真的基础上,搭建和实现了一套QPsK水下 高速无线通信软硬件系统,并使用该系统进行了三次湖试,对实现的HSUWC 关键技术算法进行了试验测试和验证,并对试验结果进行了分析。 关键词:高速水下通信;相干解调;分集接收;自适应均衡
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN929.3

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