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基于正交频分复用的水声通信技术研究

朱彤  
【摘要】:受限的信道带宽和由于信号多途传输造成的码间干扰一直是水声通信的主要障碍。正交频分复用(OFDM)具有良好的抗频率选择性衰落性能和充分的带宽利用率。本文以克服多途干扰、实现高可靠性的水声通信为出发点,研究了OFDM在水声通信中应用的有关问题,并通过仿真和试验验证了这种通信技术的良好性能和可行性。本文所作的工作主要有以下几个方面: 1、提出了一种应用于水下通信的改进的OFDM系统实现方法,通过在所要传输的数据前后添加适当的零值的办法,经过IFFT变换就将信息直接调制到合适的频带上去,并且只需要将变换后结果的实部或者虚部进行发送即可。与传统方法相比,简化了电路,避免了由于收发端各自的本地振荡器之间的频率误差导致OFDM系统性能的降低。 2、对降低OFDM信号峰均值功率比(PAR)进行了研究,提出了两种新算法:改进的PTS算法和分数指数压缩扩展算法。改进的PTS算法是在PTS算法基础上又利用了相同信息分布在不同子载波上时产生不同结果的随机性。分数指数压缩扩展算法采用了分数指数函数曲线进行压缩扩展。两种方法机理不同,都能够获得较好的降低PAR性能,计算复杂性却大为降低。 3、针对频率偏移对OFDM系统性能的影响进行了研究,并且提出了一种新的利用循环前缀抗频率偏移影响的方法,利用接收到信号的循环前缀推导出信号在一个符号周期内的相位偏移估计量,在以此对接收到的数据进行相位修正,从而降低频率偏移的影响。 4、对水下扩频通信技术进行了研究,设计了几种基于OFDM的多载波水下扩频通信系统。在多载波扩频方法中,扩频码被调制到多个正交的子载波上进行并行传输,从而有效地降低了码间干扰的影响。仿真证明,这种水下扩频通信方案与传统单载波水下扩频通信系统相比,具有优良的抗多途衰落性能的同时,实现简单,灵活性更大。 5、设计、实现了一套基于专用语音处理芯片和DSP芯片的水下语音OFDM通信硬件系统。 6、在吉林松花湖进行了水声通信试验,试验证明了这种基于OFDM的通信方案可以有效克服信号多途传输造成的影响,达到很好的通信效果。在湖


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