基于声矢量传感器的OFDM多普勒补偿研究

发布时间：2017-04-28 03:14

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【摘要】：水声通信面临着可用带宽有限、多径效应严重、接收端信噪比低以及多普勒频移等困难。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术有频谱利用率高,对抗多径效应等优点这有利于克服水声通信中带宽窄,多径效应严重等问题,目前国内外研究已验证OFDM是一种比较有效的水下通信方式。多普勒效应是OFDM应用在水声通信中面临的主要困难之一。本文从多普勒效应出发以传统的OFDM系统为基础展开研究,目的是在低信噪比的环境下可以对多普勒进行有效的补偿,降低OFDM系统的误码率,实现可靠的通信。本文先介绍OFDM的基本原理以及关键技术如循环前缀、同步技术和基于导频的信道估计。除此之外还介绍三种发送OFDM实信号的方法,本文采用第三种方法发送实信号。本文重点研究矢量传感器以及它在水声通信中的应用。矢量传感器不仅可以测量声压同时还可以测量质点振速。利用其指向性可以有效的提高接收信号的信噪比,并且将时反镜技术和空间分集技术应用在矢量传感器中可以聚焦多途能量。在此基础上,本文重点分析了在不同噪声场下,声压与振速联合处理的最大输出信噪比,并且验证了基于矢量传感器的空间分集合并处理的性能。除此之外矢量传感器还可以进行方位估计,本文分析了复声强器法,并说明了为什么只取其实部就可以估计方位角。为了解决水下多普勒频移严重的问题,本文重点研究了传统的宽带多普勒补偿技术:频域抽值多普勒补偿技术,并仿真分析其补偿效果。仿真结果表明该算法虽然可以快速的补偿多普勒,但补偿后系统的误码率仍然比较高。因此,为了改善系统的误码率,本文实现了一种基于空间分集的频域抽值多普勒补偿法,并形成了基于矢量传感器的OFDM水声系统的多普勒补偿系统。仿真证明了该算法不仅可以实时地补偿多普勒,同时可以进一步的降低系统的误码率,且实施简单、计算量小,具有一定的实用价值。
【关键词】：水声通信 OFDM 矢量传感器 多普勒补偿
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.3;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 OFDM水声系统抗多普勒研究研究现状10-11
• 1.2.2 矢量传感器在水声通信中的应用的研究现状11-12
• 1.3 水声通信面临的主要困难12-13
• 1.3.1 多径效应12-13
• 1.3.2 多普勒效应13
• 1.4 论文的主要研究内容与结构安排13-15
• 第2章 矢量传感器下OFDM的基本原理及关键技术15-25
• 2.1 引言15
• 2.2 OFDM的基本原理15-17
• 2.2.1 OFDM的调制与解调15-17
• 2.3 基于IFFT/ FFT的OFDM发射/ 接收实现17-19
• 2.3.1 正交调制法17-18
• 2.3.2 频域补零法18-19
• 2.3.3 复共轭对称矩阵法19
• 2.4 OFDM的关键技术19-22
• 2.4.1 保护间隔和循环前缀19-20
• 2.4.2 同步技术20-21
• 2.4.3 信道估计技术21-22
• 2.5 矢量传感器22-24
• 2.5.1 矢量传感器的指向性23
• 2.5.2 矢量传感器的电子旋转性23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第3章 矢量传感器在水声OFDM下的应用25-39
• 3.1 引言25
• 3.2 单矢量传感器在点对点通信中的应用25-34
• 3.2.1 信源方向估计25-28
• 3.2.2 不同噪声场下矢量传感器的输出信噪比28-32
• 3.2.3 基于单矢量传感器的空间分集合并32-34
• 3.3 矢量传感器在OFDM系统中的应用34-36
• 3.3.1 提高OFDM信号的信噪比34-35
• 3.3.2 基于矢量传感器的OFDM的信道均衡35-36
• 3.4 仿真研究36-38
• 3.4.1 不同噪声场下声压与振速的不同组合方式的输出信噪比36-37
• 3.4.2 基于矢量传感器的空间分集合并技术仿真37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 OFDM的多普勒补偿技术研究39-55
• 4.1 引言39
• 4.2 水声信道建模仿真39-41
• 4.3 多普勒效应对OFDM信号的影响41-42
• 4.4 多普勒估计42-45
• 4.4.1 块多普勒估计42-44
• 4.4.2 FFT测频法44-45
• 4.5 宽带多普勒补偿技术45-50
• 4.5.1 OFDM信号的重采样45-46
• 4.5.2 频域抽值法46-48
• 4.5.3 改进的基于空间分集的频域抽值多普勒补偿法48-50
• 4.6 仿真研究50-54
• 4.6.1 OFDM帧结构50-51
• 4.6.2 基于空间分集的频域抽值补偿算法仿真51-54
• 4.7 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-61
• 致谢61

【参考文献】

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1 乔钢;王巍;郭冉;Rehan Khan;王s

本文编号：332021