基于多载波直扩码分多址的水声通信技术研究与实现

论文摘要

随着水声通信的应用领域越来越广泛,水下通信系统的研究得到了较快的发展。水声信道是一个非理想的随机信道,具有非平稳和频率选择性快衰落特性,由于受到海水各种条件的影响,使该信道的有效带宽严重受限,并具有多普勒不稳定性,为水下通信数据传输带来了巨大的挑战。于是本文提出了直接序列扩频系统和多载波直扩CDMA系统,旨在提高信息传输速率和频带利用率,并用于在低信噪比条件下的中、远距离通信。本文的研究工作有以下几个方面:1、本文首先从概念上引出了水声通信中的多载波扩频技术,结合其发展过程,系统性地对本论文所做课题进行了阐述与定位。2、通过对传统DS-SS理论及扩展频谱原理的分析,研发了以QPSK调制发射、RLS（最小二乘）均衡接收及M序列的生成等技术关键为基础的直接序列扩频系统,仿真结果的对比验证了该系统在应对复杂传输环境的性能可行性。3、设计开发了基于匹配滤波相关原理的非相干调制方式和基于单载波DS-SS技术的相干调制方式的两种多载波扩频系统。仿真模拟水声信道环境,对比了两种系统在不同条件下的通信传输性能。4、参与设计了以ADI-561DSP为核心处理芯片的硬件系统平台,并开发实现了直接序列扩频技术和多载波直扩CDMA技术的软件系统功能,完成了水声通信系统平台的软、硬件联调。5、通过水池实验和湖上实验的系统通信验证,证明了两种系统在真正复杂水声信道下传输数据的系统能力,对严酷水声环境干扰具有一定的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 多载波扩频技术概述
• 1.3 国内外研究水平与发展现状
• 1.3.1 水声通信技术
• 1.3.2 水声扩频技术
• 1.3.3 水声通信中的多载波技术
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 直接序列扩频系统方案
• 2.1 直接序列扩频理论基础
• 2.1.1 扩频通信概念
• 2.1.2 理论模型
• 2.1.3 处理增益
• 2.1.4 码分多址（CDMA）
• 2.2 扩频序列----M 序列
• 2.2.1 M 序列定义
• 2.2.2 M 序列性质
• 2.2.3 本系统M 序列的产生
• 2.3 直接序列扩频系统实现
• 2.3.1 直扩系统总述
• 2.3.2 直扩系统发送信号的调制
• 2.3.2.1 发送数据流程
• 2.3.2.2 QPSK 调制发送
• 2.3.3 直扩系统的接收均衡
• 2.3.3.1 均衡接收流程
• 2.3.3.2 RLS 最小二乘均衡解调
• 2.4 本章小结
• 第3章 多载波直扩码分多址系统方案
• 3.1 多载波通信技术概念
• 3.1.1 多载波调制技术
• 3.1.2 多载波调制技术分类
• 3.2 多载波CDMA 技术
• 3.2.1 多载波扩频方式
• 3.3 多载波扩频序列选择----平衡Gold 序列
• 3.3.1 Gold 序列族
• 3.3.2 平衡Gold 序列
• 3.3.3 本系统平衡Gold 码的生成
• 3.4 多载波直扩码分多址系统实现
• 3.4.1 多载波直扩码分多址系统模型
• 3.4.2 非相干调制的多载波扩频系统
• 3.4.2.1 非相干调制系统总述
• 3.4.2.2 匹配滤波捕获原则
• 3.4.2.3 副本相关实现
• 3.4.3 相干调制的多载波扩频系统
• 3.4.3.1 相干调制系统总述
• 3.4.3.2 相干解扩实现
• 3.4.3.3 数据包的同步
• 3.4.4 两种调制方式系统性能比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 水声通信系统开发平台
• 4.1 引言
• 4.2 水声通信硬件平台
• 4.3 水声通信平台软件功能开发
• 4.3.1 基于ADI-561 的功能开发
• 4.3.2 直接序列扩频系统软件设计
• 4.3.3 多载波扩频系统软件设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统通信实验验证
• 5.1 水池实验验证
• 5.1.1 试验内容
• 5.1.2 实验测试结果
• 5.2 千岛湖实验验证
• 5.2.1 试验内容
• 5.2.2 实验测试结果
• 5.2.3 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢