基于OFDM的远程水声通信关键技术研究

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远程水声通信面临着可用带宽有限、多径效应严重、接收端信噪比低以及多普勒频移等困难。OFDM技术具有抗多径,频带利用率高等特点,有利于克服远程水声通信中带宽窄,多径严重等问题。海水对声波的吸收性是造成远程水声通信困难的主要原因之一,随频率和传播距离增大而增大的信号衰减导致传统OFDM系统很难实现可靠的远程水声通信。本文从海水对声波的吸收性出发,以传统OFDM系统为基础展开研究,目的是在低信噪比环境下仍然能实现可靠的远程水声通信。  首先,介绍了OFDM的基本调制和解调原理以及其关键技术中的循环前缀和基于导频的信道估计。本文根据水声通信的频率低的特点采用直接发送信号的实部或者虚部的方法,并将纠错码和交织技术应用于水声OFDM系统以提高系统误码率性能。  其次,对某海域远距离的水声信道进行了建模仿真,仿真表明传统的OFDM系统无法在接收端信噪比较低时实现可靠的通信。本文以海水吸收声波的经验公式为基础设计了一种基于分组子载波合并的OFDM方案,仿真表明该方案可以有效地改善传统OFDM系统的误码率性能。  然后,在分组子载波合并的基础上引入扩频码形成了分组扩频OFDM系统,仿真表明该方案可以有效地降低发送信号的峰均比,同时具有良好的误码率性能。在此基础之上,本文设计了一种M进制分组扩频OFDM方案以提高传输速率,仿真表明接收端信噪较低时,该方案的性能优于卷积码技术。  最后,将卷积码技术与本文设计的OFDM方案结合起来使用,仿真表明分组扩频OFDM与卷积码结合使用时在低信噪比情况下可以基本无差错地传输数据,M进制分组扩频OFDM与卷积码结合使用时误码率相对高一些,但是传输速率相对更快。  本文通过分析海水对声波的吸收特性,在传统OFDM系统基础上设计出的OFDM方案可以有效提高系统的误码率性能,在仿真中可以实现低信噪比环境下可靠的远距离水下通信。
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