隨著人們對海洋的開發(fā)和探索,水聲通信技術(shù)在過去的十幾年中得到了快速發(fā)展。然而水聲信道作為水下聲波傳播的物理媒介,被認(rèn)為是自然界中最具挑戰(zhàn)的無線信道之一。水聲信道的復(fù)雜性是由海洋環(huán)境的物理性質(zhì)決定的,主要受到三個因素制約:聲波在水中的傳播速度較慢(1500m/s);路徑損耗會隨著信號頻率的增加而增加,導(dǎo)致可用帶寬嚴(yán)重受限;以及時變的多徑時延和多普勒擴(kuò)展,這些因素導(dǎo)致水聲信號處理面臨許多技術(shù)難點。首先水聲信道的容量可能是十分有限的,這取決于通信的距離,然而傳輸信號較低的中心頻率同樣是不可忽略的,因此水聲通信系統(tǒng)本質(zhì)上是寬帶的,傳統(tǒng)適用于窄帶的信號處理方法并不能直接用于水聲通信。其次基于單載波的水聲通信系統(tǒng)通常采用判決反饋均衡器來抵抗由于時延擴(kuò)展導(dǎo)致的符號間干擾,但是均衡器設(shè)計的復(fù)雜度會隨著通信速率的提高而提高。多載波調(diào)制技術(shù)中的正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù),作為一種低復(fù)雜度的高速通信技術(shù),具有很強(qiáng)的抗多徑和噪聲的能力,但是OFDM技術(shù)的缺點是對頻偏十分敏感,由于時變水聲信道使信號在傳輸中產(chǎn)生多普勒擴(kuò)展,導(dǎo)致各子載波間經(jīng)歷了不同的頻率偏移,破壞了子載波之間的正交性,產(chǎn)生了子載波間干擾。因此精準(zhǔn)的多普勒補(bǔ)償技術(shù)和信道估計技術(shù)對于實現(xiàn)高速、穩(wěn)健的水聲通信系統(tǒng)至關(guān)重要,本文研究的水聲信道時變抑制技術(shù)也主要關(guān)注這兩個方面,下面是本文研究的主要內(nèi)容。論文研究了水聲通信中的多普勒抑制技術(shù),由于聲波較慢的傳播速度,水聲通信系統(tǒng)中的多普勒擴(kuò)展現(xiàn)象比無線電系統(tǒng)更為嚴(yán)重,而且多徑信道不同路徑還會受到不同的多普勒影響,傳統(tǒng)的多普勒補(bǔ)償技術(shù)通常無法區(qū)分多徑信號不同的多普勒擴(kuò)展,導(dǎo)致多普勒擴(kuò)展不能有效的補(bǔ)償。為了解決這個問題,本文提出了一種基于正交角域子空間投影算法的接收機(jī)設(shè)計。首先根據(jù)水聲信道的特性對信道建模,推導(dǎo)出信道的輸入輸出關(guān)系,隨后利用陣列接收機(jī)具有的角域分辨力,通過正交投影變換將接收到的多徑信號劃分為幾個子空間信號,利用不同子空間中的角域信息分別對子空間信號進(jìn)行多普勒估計和補(bǔ)償。仿真結(jié)果驗證了相比于傳統(tǒng)方法本文方法可以更為有效的估計和補(bǔ)償不同傳播路徑的不同的多普勒擴(kuò)展,使系統(tǒng)性能得到了有效的提高。水聲OFDM系統(tǒng)的性能同樣還依賴于信道估計的性能,由于水聲信道的稀疏性,將壓縮感知用于信道估計,可以在導(dǎo)頻數(shù)量較少時也能得到準(zhǔn)確的估計結(jié)果。本文分析了幾種基于壓縮感知理論的常用算法,并利用時延-多普勒參數(shù)的稀疏性推導(dǎo)了信道估計的系統(tǒng)模型,然后針對水聲信道的簇稀疏特性,提出一種基于塊正交匹配追蹤(BOMP)的低復(fù)雜度信道估計算法。本文針對傳統(tǒng)恢復(fù)算法計算復(fù)雜度高的問題,首先注意到內(nèi)積運算中大量重復(fù)計算的部分,利用分組FFT運算的思想,降低了內(nèi)積運算的復(fù)雜度。其次通過在算法每次迭代中選取多個匹配塊,使算法收斂速度更快,減少算法的迭代次數(shù)。最后仿真結(jié)果表明,在匹配塊選取個數(shù)小于3時,算法性能沒有損失,然而算法復(fù)雜度相比原算法有較大的降低。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.3
【部分圖文】：

信道特性可以用作無線通信的介質(zhì)主要有電磁波、光波、聲波等。由于電磁波在導(dǎo)電的�？�，即使是用低頻長波無線電，傳播距離也超不過 10 米。而光通信也不適用于大境，海水中的隨機(jī)物質(zhì)懸浮物等對光波也有大量衰減。因而聲波被認(rèn)為是最適合水下通信的傳播媒介。然而選用聲波也會面臨一些挑戰(zhàn)，其中最重要的是聲波的慢，帶寬嚴(yán)重受限，使得傳輸和接收之間的延遲較大并且通信速率不高。其次是復(fù)雜性，尤其是淺海環(huán)境對聲傳播帶來較大影響。淺海環(huán)境由于對聲波傳播的吸成的傳播損失較大；在多方向傳播中邊界對聲波的多次反射造成的多徑效應(yīng)極為的不均勻性以及起伏的海面使得水聲信道時變性較強(qiáng)[33]。圖 2.1 給出了淺海水聲

可通過如下經(jīng)驗公式求得聲速c：2 3c 1449.2 4.6T 0.055T 0 x 00029T (1.34 0.01T )( S 35) 0.016zT 為海水的溫度（單位℃），z 為海洋深度（單位 m），S 為鹽度（單位 ppt）。在海聲速大約有 1520m/s，而且聲速會隨著溫度、鹽度和深度的增加而增加，水溫上升大約會增長 4m/s，鹽度增加一個單位，聲速大約會增長 1.4m/s，深度每增加 1km長 16m/s[34]。一種典型的聲速與海洋深度的關(guān)系圖如圖 2.3 所示。圖 2.2 環(huán)境參數(shù)與海水深度關(guān)系圖

圖 2.4 水聲信道時延多普勒擴(kuò)展示意圖海洋傳播介質(zhì)本身的變化外，還有就相關(guān)，引起時間選擇性衰落。如圖符號長度為T ，接收的信號的符號長運動，聲波在水中的傳播速度為c， / c )T 。收發(fā)平臺的相對運動會引起水頻率較低的和帶寬受限的水聲信號，是簡單的多普勒頻移，是不同頻率的多普勒比例因子定義多普勒擴(kuò)展vac 于多普勒因子，相對于無線通信系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)為例，高速列車以 3水聲通信系統(tǒng)，其收發(fā)平臺相對運
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 朱敏;武巖波;;水聲通信技術(shù)進(jìn)展[J];中國科學(xué)院院刊;2019年03期

2 王海斌;汪俊;臺玉朋;張仁和;;水聲通信技術(shù)研究進(jìn)展與技術(shù)水平現(xiàn)狀[J];信號處理;2019年09期

3 徐立軍;鄢社鋒;曾迪;張震;奚鈞壹;毛琳琳;;全海深高速水聲通信機(jī)設(shè)計與試驗[J];信號處理;2019年09期

4 宋琳娜;;現(xiàn)代水聲通信技術(shù)發(fā)展初探[J];通訊世界;2019年09期

5 王從俠;;深度學(xué)習(xí)技術(shù)在水聲通信體制識別中的應(yīng)用[J];數(shù)字通信世界;2018年06期

6 高涌;張宏滔;;水聲通信網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究綜述[J];聲學(xué)與電子工程;2016年04期

7 喬鋼;劉凇佐;劉奇佩;;水聲通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、仿真與試驗綜述[J];水下無人系統(tǒng)學(xué)報;2017年03期

8 趙紅光;;淺談我國水聲通信技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J];黑龍江科技信息;2015年23期

9 王曉亮;曾啟帆;劉海軍;蔡郭棟;;水聲通信遠(yuǎn)程在線控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J];科技資訊;2012年30期

10 韓晶;黃建國;鐘永信;;水聲通信網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問控制協(xié)議的設(shè)計與仿真[J];電聲技術(shù);2010年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 吳金秋;多載波水聲通信峰均比抑制技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

2 王馳;基于差分頻分復(fù)用技術(shù)的水聲通信研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

3 王永剛;基于認(rèn)知的變換域水聲通信技術(shù)[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

4 景連友;水聲通信中信道估計與均衡及功率分配技術(shù)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2017年

5 楊健敏;基于定向收發(fā)的水聲通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2019年

6 李霞;水聲通信中的自適應(yīng)均衡與空間分集技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2004年

7 朱彤;基于正交頻分復(fù)用的水聲通信技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2004年

8 孫桂芝;水聲通信網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2006年

9 程恩;水聲電子郵件傳輸研究[D];廈門大學(xué);2006年

10 殷敬偉;多途信道中Pattern時延差編碼水聲通信研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 曾曉輝;基于NS-3的水聲網(wǎng)絡(luò)硬件驗證系統(tǒng)[D];華南理工大學(xué);2019年

2 王振忠;水聲通信中基于最小誤碼率的稀疏均衡[D];華南理工大學(xué);2019年

3 王詩雨;水聲通信自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)與MAC協(xié)議研究[D];上海交通大學(xué);2018年

4 李云飛;基于Zadoff-Chu序列的水聲通信同步算法[D];上海交通大學(xué);2018年

5 曹鼎;水聲FTN系統(tǒng)中雙向軟信息迭代接收算法[D];華南理工大學(xué);2019年

6 凌志強(qiáng);水聲通信中低計算復(fù)雜度的信號檢測與同步技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2019年

7 向彥博;基于Chirp擴(kuò)頻的OFDM水聲通信技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2019年

8 覃浩;水下移動節(jié)點通信可靠性研究[D];電子科技大學(xué);2019年

9 毛姍姍;基于握手機(jī)制的動態(tài)退避水聲網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議[D];華南理工大學(xué);2019年

10 楊鴻;利用傳播時延并發(fā)傳輸?shù)乃曂ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究[D];浙江大學(xué);2019年

本文編號：2852491