水声通信网及多址接入技术的研究

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由于通过无线浮标,水下声通信网可接入到现有的立体信息网中,从而形成真正的覆盖全球的立体信息网,故近年来,随着世界各国海洋开发步伐的加快,水下声通信网的研究成为世界各国科学家的热点研究课题。水声通信网研究面临的主要困难是:海洋声信道的长延时、可用频带有限、严重的时变多途影响、功耗限制、网络安全性等。我国水下数字通信技术的研究起步于八十年代中后期,目前水下通信网络的研究尚未有取得实验成果的报道。因此,迅速开展对水下通信网的研究具有重大意义。本文研究了水声通信网络的分层结构及拓扑结构,研究了通信网的码分多址(CDMA)系统中几种不同的扩频序列及其相关性,重点对三种不同多载波CDMA接入技术进行了研究,在分析水下无线通信的特殊环境后,选择了OFDM与CDMA技术结合的MC-CDMA技术为本研究的水下通信网的多址接入技术,并选择适合的传输方式及相关协议构建了一个水下通信网MC-CDMA传输系统。本文利用matlab仿真工具,研究了m序列以及Gold序列的相关特性,完成了MC-CDMA水声通信系统在高斯信道、多径确定性信道下的节点对节点数据传送,得出了各种不同信道下该系统的仿真结果:1.在多径确定性信道下的误码率明显要大于在高斯信道中的误码率,随着PN码长的增大,系统的误码率会减小。2.随着PN码长的增大,系统要处理的数据加倍,系统复杂性增加,降低系统的传送数据的速率。本文还仿真了MC-CDMA水声通信系统在理想信道以及多径确定性信道下多个用户同时接入信道时,系统分别采用m序列以及Gold序列进行解调后的系统的误码率。以及在Simulink环境下仿真了数据链路层的协议MACAW。本文同时采用实验室自行研制的水声通信系统DSP硬件平台,进行了实验室水池试验。实验结果表明与软件仿真的情况相同:随着PN码长的增大,系统的误码率会减小。从实验结果可以看出:子载波数目N的进一步增大带来了系统误码率的大大改善,然而随着由此引起的系统复杂性的增加,系统处理与传送信息的速率也下降了许多,这必然地同时降低了水声通信网的平均吞吐量,因此子载波数N的选择应该在系统的可靠性和有效性之间折衷考虑。
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