基于ZoomFFT的水声OFDM通信系统设计理论研究

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“十四五”规划纲要指出:发展海洋装备等战略新兴产业,发展海洋经济,建设海洋强国。水声通信是研制海洋装备的关键技术之一。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)在水声通信(Underwater Acoustic Communication,UWA)中具有广阔的应用前景。快速傅里叶变换由于其低复杂度和易于实现而被用作OFDM技术的主要手段。然而,水下声信号的有效信息通常集中在狭窄的频带中。因此,将FFT算法用作水下声OFDM信号解调算法将导致实际有效信息所在的频带的频谱分辨率过低的问题,这将导致实际解调将受到由栅栏效应引起的频谱泄漏和频谱失真的影响,这导致水下OFDM通信系统的声学遭受许多限制,例如窄带干扰。结果,限制了水下声OFDM系统的性能改进。本文针对水声通信物理层调制解调算法的栅栏效应的问题研究了选带傅里叶变换(Zoom Fast Fourier Transformation,ZoomFFT)算法在水声OFDM系统中的应用。本文首先详细研究了ZoomFFT算法的原理及实现。本文详细的比对了ZoomFFT算法的性能和FFT算法的性能的相同点和差别。接下来本文又详细的探究了ZoomFFT算法和FFT算法对通信信号的影响。在完成对ZoomFFT算法原理的研究后。本文开始研究在OFDM通信体制下如何使用ZoomFFT反变换调制发送信号,如何使用ZoomFFT是算法处理接收信号。并详细分析了加入ZoomFFT算法后对整个通信系统产生的影响。最后本文根据前面对ZoomFFT的研究设计了基于ZoomFFT的水声OFDM通信系统。最后本文采用厦门五缘湾实测信道数据和吉林松花湖实测信道数据作为参数值代入水声信道模型中建立仿真信道模型,通过仿真实验的手段测试通信系统的性能。得到了通信系统的性能指标。接着在真实信道环境下对本文提出的通信系统的性能进行了实验,实验结果与预期相符。本文提出的基于ZoomFFT的水声OFDM通信系统,通过使用ZoomFFT算法替代FFT算法实现OFDM通信体制。通过引入ZoomFFT消除水声通信中由频谱失真和栅栏效应引起的窄带干扰等问题。进一步的提高了水声OFDM通信系统的性能。随着人类对海洋的进一步的探索带来的日益增长的对高性能的OFDM通信技术的需求。基于ZoomFFT的水声OFDM通信系统将为满足人们对更高性能的通信系统的追求提供一种思路。
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