MC-MFSK水声通信技术研究及其DSP软件实现

论文摘要

MFSK和FHMFSK通信系统以其稳健易于实现的特点,一度成为水下通信应用设备的首选;由于水声信道有限的通信带宽及严重的多途扩展与多普勒扩展等特性,使其性能下降和频谱利用率降低,无法满足越来越高的通信要求。然而,随着通信技术的不断发展,新兴的多载波调制技术和正交频分复用技术,因其频谱利用率高和抗多途干扰及抗衰落能力强,而在陆地无线通讯领域中得到了广泛的应用。软件无线电是最近些年提出的一种实现无线通信新的体系结构,其基本概念是把硬件作为无线通信的基本平台,而把尽可能多的无线通信功能用软件实现。因此,论文将软件无线电技术和MFSK以及多载波调制技术相结合,设计了一套基于软件无线电平台的MC-MFSK接收系统方案。并对该接收系统进行理论仿真分析和DSP软件设计。同时把该系统扩展到跳频多用户系统,并对多用户系统进行初步的理论仿真研究和软件设计。在软件设计中,根据水声信道的特点,提出一种基于FFT的长帧同步滑动相关检测设计方法。该方法利用DSP中FFT的高效计算能力,解决了常规相关检测算法在DSP中难以实时处理的问题。另外,论文结合MC-MFSK系统的特点,又提出了一种简化快捷的多普勒补偿方法——在解调的同时进行多普勒频移补偿的方法,即在不增加额外计算量的条件下,采用“FFT插值或抽取”的方法来进行多普勒补偿。大大简化了内插和抽取算法的复杂度,特别适用于DSP等软件无线电实现。最后,论文进行了水池试验,验证了基于MC-MFSK的水声接收通信系统和基于FH-MC-MFSK的多用户接收通信系统的实时接收性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 水声通信的研究现状
• 1.2 多载波MFSK的应用
• 1.3 软件无线电在水声通信中的应用
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 MC-MFSK关键技术研究
• 2.1 引言
• 2.2 多速率信号处理
• 2.2.1 抽取
• 2.2.2 内插
• 2.2.3 快速卷积与相关
• 2.3 信道估计
• 2.3.1 基于导频的信道估计方法
• 2.3.2 FFT插值估计
• 2.4 多普勒估计
• 2.4.1 多普勒因子估计
• 2.4.2 多普勒频偏补偿
• 2.5 解调技术
• 2.6 FHMFSK通信系统关键技术
• 2.6.1 跳频序列
• 2.6.2 跳频图案
• 2.6.3 跳频同步
• 2.7 本章小结
• 第3章 MC-MFSK水下通信系统模型
• 3.1 引言
• 3.2 MC-MFSK通信系统基本结构
• 3.3 MC-MFSK水下通信系统参数设计
• 3.3.1 子载波间隔的确定
• 3.3.2 循环前缀长度的确定
• 3.4 MFSK水下通信系统仿真与试验
• 3.4.1 同步偏差下MFSK系统的性能
• 3.4.2 频率偏差下MFSK系统的性能
• 3.4.3 信道估计与分集
• 3.4.4 多普勒仿真与试验
• 3.5 本章小结
• 第4章 MC-MFSK水下接收系统的软件设计
• 4.1 MC-MFSK系统模型的软件化
• 4.1.1 发射
• 4.1.2 接收
• 4.2 MC-MFSK数据帧结构设计
• 4.3 MC-MFSK系统的DSP接收设计
• 4.3.1 MC-MFSK系统接收流程
• 4.3.2 快速帧同步检测
• 4.3.3 基带解调DSP实现
• 4.3.4 一种多普勒补偿方法
• 4.4 FH-MC-MFSK多用户系统的DSP接收设计
• 4.4.1 FH-MC-MFSK系统接收流程
• 4.4.2 FH-MC-MFSK解调DSP实现
• 4.5 水池实时处理
• 4.5.1 接收系统连接
• 4.5.2 串行通信
• 4.5.3 MC-MFSK单用户实时处理
• 4.5.4 FH-MC-MFSK多用户实时处理
• 4.6 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