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甚低频水声通信Modem的研究与设计

赵阳  
【摘要】:近年来,无线传感器网络的应用已经变得越来越普遍,给许多问题带来革命性的解决办法,虽然其主要应用于地面环境,但是近些年人类加快了对海洋的开发,对于应用于水下的无线网络的需要也越来越大。调制解调器是构成水下无线网络的基础,具有重要研究价值。由于水下环境特殊,用于空间无线通信的电磁波在水中衰减快,无法进行远距离通信,使用光纤通信成本高昂,组网的灵活性受到限制。声信号被认为是工作在水下环境令人满意唯一可行的介质。在现有的技术上,声学调制解调器可以在水下环境中实现高带宽和长距离通信。然而,声学调制解调器也有传输损耗,传播延迟和多普勒效应,温度和压力变化引起的折射,多径效应和频率衰减等问题,要实现远距离的通信是很困难的。由于水声信道的衰减和噪声特性,要想实现远距离通信必须使用甚低频信号。但是相比于中高频水声信号,甚低频水声信号的多径效应更严重;环境噪声影响更大;带宽更窄,通讯速率更低,实现难度更大。本论文的研究目标是设计甚低频水声通信Modem完成远距离水声通信,研究内容是甚低频水声modem的硬件结构和调制解调方案。为了进行甚低频水声通信modem的硬件结构的研究设计,验证其硬件设计方案的可行性,搭建了水声实验平台进行硬件调试。为了研究甚低频水声通信modem的调制解调方案,在水声通信实验平台上了测试了调频、调相、chirp等调制解调方案,研究其收发特性。文章首先介绍了甚低频水声通信modem的国内外研究现状、水声信道的特点以及水声通信调制解调技术。其次具体介绍了所设计的甚低频水声通信实验平台的具体硬件实现,其以TMS320C6747 DSP为核心搭建数字信号处理平台并结合外围收发电路与水声换能器实现其功能。接着讲述了甚低频水声通信实验平台的嵌入式软件设计过程以及通信算法的嵌入式实现基础。最后设计实验对该实验平台的功能进行综合测试以测试硬件设计方案是否可行,在此基础上测试了调频、调相、chirp调制等调制技术用于甚低频水声通信的收发特性。


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