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基于OFDM的水声通信技术研究

张智敏  
【摘要】:相比于陆地上的无线电通信,水声通信的通信速率还很低,由于声波在水中传播速率较低,水声信道多径效应严重,高速水声通信面临严重的码间干扰。以正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)为代表的多载波调制技术通过将数据调制到多路载波上并行发送,降低了码元速率,能有效对抗多径干扰。现有的水声OFDM调制系统,对于IFFT得到的两路数据,大多数通过I-Q正交调制将两路数据都发送传输,其系统的成本和复杂度都较高;少数采取频域补零取实部发送的方法进行传输,但这会占用额外的子载波频率,同时造成了发射功率的浪费。对此,本文对比研究现有的水声OFDM调制方案,提出了通过频域补零、补共轭再经IFFT处理后取实部发送的调制传输方案。同时,依据实际情况拟定了水声OFDM通信系统的参数,并完成了发射机的FPGA设计实现及片上验证。为了在接收端精准定位OFDM符号的起始位置,研究了水声OFDM通信过程中的同步技术,提出了通过混沌角调制序列相关检测,来完成帧同步的方法,并设计生成了混沌角调制同步序列。为了能正确接收、恢复出发送数据,研究了水声OFDM通信的信道估计与补偿技术,选择了适合本文的块状导频估计方案,并对LS、MMSE、LMMSE三种信道估计算法的估计效果进行仿真,最终选定用LMMSE来估计本文的信道频率响应函数,完成补偿处理。最后,搭建了完整的水声OFDM通信试验系统,进行了通信实验,实验结果表明,依据本文拟定调制传输方法及参数,实现了水声OFDM通信,传输距离为1.3m,频谱效率为0.74bps/Hz,误码率为0.074,验证了所提出的调制传输方案的有效性。


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