【摘 要】
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随着人们对海洋资源的探索和开发,全球海洋产业发展迅速,代表产业有水产养殖、水下物联网及潜水旅游业,对于水下通信网有着巨大的需求。然而水下信道环境复杂,其有限的信道带宽、随机时空频变和多径信道的特性,一直制约着水声通信的发展。为满足中低端领域水声通信的市场需求,本文设计并实现了一种低成本、具有适当性能的高质量声学调制解调器。本文基于水下通信理论模型,确定了几项系统指标和参数,并依此设计了一套 Con
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随着人们对海洋资源的探索和开发,全球海洋产业发展迅速,代表产业有水产养殖、水下物联网及潜水旅游业,对于水下通信网有着巨大的需求。然而水下信道环境复杂,其有限的信道带宽、随机时空频变和多径信道的特性,一直制约着水声通信的发展。为满足中低端领域水声通信的市场需求,本文设计并实现了一种低成本、具有适当性能的高质量声学调制解调器。本文基于水下通信理论模型,确定了几项系统指标和参数,并依此设计了一套 Convolutional Code-Block Interleaving-Frequency Hopping-MFSK（CCBIFH-MFSK）水下通信方案,研究了几项水下通信的关键技术并实现。使用了低成本、外设资源丰富、高性能、低功耗的嵌入式微控制器（MCU）STM32F767作为声学调制解调器的核心处理器,最大限度利用处理器的资源,在发射端实现了信号的信道卷积编码和交织、扩频、调制等关键技术,及PWM调制D类功放的硬件实现。在接收端实现了信号实时准确捕获、信道译码及去交织、解扩频、解调等关键技术,及放大滤波电路的硬件实现。本文最后进行了系统测试。对声学调制解调器的各项参数进行测试,结果与设计的理论值一致。在水池利用标准水听器测试了发射声源级,在中心频率40kHz时声源级为140dB左右。通信性能测试分为仿真测试和外场测试两部分。仿真测试中,系统误码率与理论值基本一致。外场测试中,我们利用多套声学调制解调器组成了通信系统,水库测试结果表明通信距离在200m-300m时,信噪比在20dB左右,误码率为0.15%。经过水池、水库等多次测试,测试结果证明我们的声学调制解调器工作正常,具有低功耗、良好性能、高可靠等特性。
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