基于喷泉码的水声通信系统研究与设计

【摘要】：水声信道因极其复杂多变,使得水声通信具有可利用带宽小、传输延迟大、严重的噪声干扰、在时域和频域同时呈现严重的选择性等特点。在水声信道中实现高速率的可靠通信是极为困难的,在水声信道中传输信息引起的传输差错是不可避免的,因此需要性能优良的差错控制方案来提高水声通信的质量。由于水声通信中传播延迟较长使得ARQ(自动反馈重传)是不可行的,FEC(前向纠错)则是一种较为可行的信道纠错方案。喷泉码是一种新型低密度低误码率的信道编码方案,其特点是发送端无需知道信道状态条件,就可以自动进行链路速率匹配。这种码的编译码算法具有线性的复杂度,纠错效果卓越,特别是其自适应链路速率匹配(即无码率)的特点得到了国内外的学者的广泛关注。考虑到OFDM可以克服频率选择性衰落,是目前水声通信的研究热点,因此本论文将喷泉码应用于水声OFDM通信系统。本论文首先分析了水声信道的物理特性及其常用的调制技术,为后面的水声仿真提供理论基础,接着针对现有的三种喷泉码的编译码理论进行详细介绍,然后在MATLAB中建立了水声仿真模型,并分析OFDM-LDPC码、OFDM-LT码和OFDM-Raptor码的性能。仿真结果表明:喷泉码作为水声通信中的信道编码是可行的,虽然它的误码率性能稍逊色于LDPC码,但喷泉码能够利用其无码率的特性自动调整码率来保证在水声低信噪比的信道条件下数据可以可靠地传输,因此它对水声信道具有自适应的特性。在论文的最后构建了可用于水声通信的硬件系统并进行测试,实验结果表明喷泉码技术可以很好地保证水声系统的可靠性。