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水下电流场通信技术相对于传统水声通信技术具有隐蔽性强,不易受到环境干扰影响,多径干扰小的特点,受到广泛的关注和重视,是“非声”水下通信重要通信方式。但是由于水下电流场通信载波较低,带宽资源有限,传输效率较低,所以研究具有更高传输效率和频谱利用率的水下电流场通信方式更具有重要意义。本文提出并行组合多载波水下电流场通信模型和方式,具备更高的频谱传输效率和频率使用便利性,因此可以在水下通信环境中具有更广泛应用前景,可以在军事和民用水下通信领域应用。
首先,本文提出和建立并行组合多载波水下电流场通信方式和通信模型,通过对比一次传输数据信息量具有更高的传输效率。如在M=16个载波选择r=3个载波并行组合进行发送,一次发送可以传输的信息量是9bits,而在相同的并行发送r=3个载波情况下,并行多载波水下电流场通信方式一次发送可以传输的信息量是3bits,传输效率提高2倍。当选取M增大而r值固定时,可以更高的提升传输效率,但同时解调端需要更多的混沌解调模块进行解调,由于混沌解调需要进行四阶龙格库塔求解,需要消耗更多的乘累加器,对系统FPGA芯片的资源有较高的要求,在综合考虑通信有效性和可靠性等系统性能的基础上,选取M=16,r=3情况进行并行组合多载波水下电流场通信较为合适。针对并行组合多载波水下电流场通信特有结构和通信方式,提出使用具有极窄带宽的混沌解调器进行解调和最终软判决,实现2kHz-4kHz频率范围内,相互频率间隔100Hz的16个频率信号的解调。相对于传统的正交解调具有较好的接收性能,而且由于使用混沌解调器进行解调,可以使系统可使用的载波数量较多,具有较好的应用价值和推广应用前景。
本论文在基于Duffing混沌振子检测识别微弱接收信号基础上,分析推导了通信系统在高斯白噪声环境及窄带干扰噪声环境条件下完成混沌振子的接收性能,对窄带形式干扰噪声和具有信号间相互干扰情形下的Duffing混沌振子形态进行分析讨论,理论分析和仿真结果表明Duffing混沌振子在高斯白噪声情况下以及窄带形式干扰噪声情况下具有较高的抗噪声特性,且相近频率信号间相互干扰较小。
本文最后设计了基于Duffing混沌振子解调的并行组合多载波水下通信系统,在FPGA芯片上搭建接收端核心算法,利用VerilogHDL语言编程实现本通信系统,验证所提方法实现的正确性。为了降低发送信号的峰平比,提出对于r为奇数个载波同时发送时,采用“倒相削峰法”选取载波相位,使原有r倍的发送信号幅度情况下,降低到70%~80%的载波信号峰平比。通过对并行组合多载波方法的分析,论文对并行组合多载波调制模型和参数进行了优选。
首先,本文提出和建立并行组合多载波水下电流场通信方式和通信模型,通过对比一次传输数据信息量具有更高的传输效率。如在M=16个载波选择r=3个载波并行组合进行发送,一次发送可以传输的信息量是9bits,而在相同的并行发送r=3个载波情况下,并行多载波水下电流场通信方式一次发送可以传输的信息量是3bits,传输效率提高2倍。当选取M增大而r值固定时,可以更高的提升传输效率,但同时解调端需要更多的混沌解调模块进行解调,由于混沌解调需要进行四阶龙格库塔求解,需要消耗更多的乘累加器,对系统FPGA芯片的资源有较高的要求,在综合考虑通信有效性和可靠性等系统性能的基础上,选取M=16,r=3情况进行并行组合多载波水下电流场通信较为合适。针对并行组合多载波水下电流场通信特有结构和通信方式,提出使用具有极窄带宽的混沌解调器进行解调和最终软判决,实现2kHz-4kHz频率范围内,相互频率间隔100Hz的16个频率信号的解调。相对于传统的正交解调具有较好的接收性能,而且由于使用混沌解调器进行解调,可以使系统可使用的载波数量较多,具有较好的应用价值和推广应用前景。
本论文在基于Duffing混沌振子检测识别微弱接收信号基础上,分析推导了通信系统在高斯白噪声环境及窄带干扰噪声环境条件下完成混沌振子的接收性能,对窄带形式干扰噪声和具有信号间相互干扰情形下的Duffing混沌振子形态进行分析讨论,理论分析和仿真结果表明Duffing混沌振子在高斯白噪声情况下以及窄带形式干扰噪声情况下具有较高的抗噪声特性,且相近频率信号间相互干扰较小。
本文最后设计了基于Duffing混沌振子解调的并行组合多载波水下通信系统,在FPGA芯片上搭建接收端核心算法,利用VerilogHDL语言编程实现本通信系统,验证所提方法实现的正确性。为了降低发送信号的峰平比,提出对于r为奇数个载波同时发送时,采用“倒相削峰法”选取载波相位,使原有r倍的发送信号幅度情况下,降低到70%~80%的载波信号峰平比。通过对并行组合多载波方法的分析,论文对并行组合多载波调制模型和参数进行了优选。