水声通信信号采集与处理分析
发布时间：2021-10-07 18:57
随着人类社会的不断发展,资源的利用逐渐从陆地转向更大面积的海洋,水声通信系统的发展使得我们对海洋资源的探索日益增加,伴随着人类探索海洋的活动逐步深入,可靠的水声通信网络就成为了海洋研究的热点。但是针对不同的海域,试验海况也是不尽相同的。本文主要是对青岛胶州湾海域进行海上水声通信试验,在此过程中我们发现了误码、丢帧、无法正常通信等情况。为了找到具体影响因素,对试验中传输的声信号进行了采集和处理分析。论文以水声通信试验为研究背景,首先对水声通信系统进行了详细概述,并对水声通信系统的信道特性进行总结,主要有传播损失、阴影衰落、多普勒效应、多径传播和环境噪声等五方面。针对水下复杂的通信环境,本文在调制技术应用中引入了对于相位和幅值失真不敏感的MFSK,并对其调制解调方式进行详细研究。其次通过测试多普勒频移和时延差做自相关得出的模糊度函数来进一步说明线性调频信号在同步方面的优势,它有很明显的相关峰,可以在接收端很好的实现同步捕获,因此本文采用了线性调频信号（Linear Frequency Modulation,LFM）作为同步信号来实现帧同步,以此确保水下声通信网络的系统性能。然后本文还研究了...
【文章来源】：青海师范大学青海省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下传感器网络拓扑与传统的无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）相比，水下声通信系统具有较大的传播延迟，窄带宽，有限的能量，多径效应，多普勒效应，
水声通信信号采集与处理分析7（3）正交频分复用（OFDM）技术随着通信速率的不断提高，单载波相干水下声通信的符号持续时间越来越短，将引起严重的符号间干扰。多载波调制将可用频带划分为多个子载波，这增加了符号持续时间，并使高速水下声通信成为可能。多载波调制（MCM）技术是通过A/D转换将高速信息数据划分为N个低速率数据，然后将每个低速率数据调制并叠加在N个子载波上，然后并行传输。此时，子数据速率为1/N，即符号周期扩大了N倍，这比通道的最大延迟扩展大得多。这样多载波调制（MCM）就把一个宽带频率选择性信道划分成N个窄带平坦衰落信道，因此，正交频分复用（OFDM）技术具有抑制多径衰落和抗脉冲干扰的能力，尤其适用于高速无线数据传输[10]。接收端还需要相同数量的载波来接收，并且对低速率信号进行相干调制，然后D/A将其转换为原始数据。其优点在于降低了数据速率，从而增大了码元周期，只要其时延扩展和码元周期相比小于一定比值，就不会有码间干扰。OFDM是一种多载波调制技术，其最大优势是其具有极高的频带利用率。OFDM将给定的信道划分为多个较窄的子载波，并保证子载波之间的正交性。子载波之间不会互相干扰，因此OFDM系统中的子载波可以消除载波间干扰[11]。如图2-2和2-3所示，分别表示了OFDM子载波为4时的时域图和频域图。图2-2OFDM时域子载波示意图
青海师范大学硕士学位论文8图2-3OFDM频域子载波示意图2.3水声通信信道特性许多通信理论的研究和应用都是基于信道研究基础上的，因为信道是可靠通信系统的重要组成部分，对于水声通信而言，也同样如此。由于声波是目前能够进行水下长距离通信的有效载体之一，并且海洋环境复杂多变，它在水下的主要传输方式是折射，散射和反射。水声信号在水下传输模拟图如图2-4所示。图2-4水声信号在水下传输模拟图水声通信信道对在水下传输的声波的影响主要有以下几方面：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于“信号与系统”的Matlab GUI实验仿真平台设计[J]. 王焕友,谭乔来. 电脑与信息技术. 2019(03)
[2]简析OFDM在水声通信中的应用[J]. 陈瑶,石丛玮,李越. 现代信息科技. 2019(11)
[3]水声通信技术进展[J]. 朱敏,武岩波. 中国科学院院刊. 2019(03)
[4]水声信号监测系统设计与实现[J]. 郭燕子,丁翠环,李国良. 舰船电子工程. 2018(04)
[5]MATLAB在数字信号处理中的应用[J]. 赵平,兰青,倪宁. 通讯世界. 2018(01)
[6]信道编码技术新进展[J]. 白宝明,孙成,陈佩瑶,张冀. 无线电通信技术. 2016(06)
[7]MFSK调制电路的FPGA设计与仿真[J]. 雷能芳. 电子设计工程. 2011(14)
[8]RS码及卷积码在PDS水声通信体制中的应用[J]. 陈凯,赵安邦,陈阳,解立坤. 吉林大学学报(信息科学版). 2010(02)
[9]MATLAB在数字信号处理中的应用[J]. 巩萍,赵杰. 长沙大学学报. 2009(05)
[10]基于VHDL的MFSK调制电路设计与仿真[J]. 孙志雄,李太君. 通信技术. 2009(02)
博士论文
[1]水面母船与水下平台间水声通信技术研究[D]. 张晓.哈尔滨工程大学 2016
硕士论文
[1]基于参量阵的MFSK水声通信关键技术研究[D]. 李伦.电子科技大学 2016
[2]水声信道的建模和估计方法的研究[D]. 陆思宇.南京邮电大学 2015
[3]基于声波的近距离无线通信系统研究与设计[D]. 高绍斌.太原理工大学 2014
[4]水声通信中信道编码的研究与DSP实现[D]. 张启.哈尔滨工程大学 2014
[5]纠错码在水声通信体制中的应用[D]. 邢娜.哈尔滨工程大学 2011
[6]MFSK水声通信信号处理子系统的设计与实现[D]. 陈乃锋.哈尔滨工程大学 2010
[7]水声信号数据采集与处理的关键技术研究[D]. 程立峰.大连海事大学 2008
[8]高速水下声通信技术研究[D]. 马雪利.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3422594
【文章来源】：青海师范大学青海省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下传感器网络拓扑与传统的无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）相比，水下声通信系统具有较大的传播延迟，窄带宽，有限的能量，多径效应，多普勒效应，
水声通信信号采集与处理分析7（3）正交频分复用（OFDM）技术随着通信速率的不断提高，单载波相干水下声通信的符号持续时间越来越短，将引起严重的符号间干扰。多载波调制将可用频带划分为多个子载波，这增加了符号持续时间，并使高速水下声通信成为可能。多载波调制（MCM）技术是通过A/D转换将高速信息数据划分为N个低速率数据，然后将每个低速率数据调制并叠加在N个子载波上，然后并行传输。此时，子数据速率为1/N，即符号周期扩大了N倍，这比通道的最大延迟扩展大得多。这样多载波调制（MCM）就把一个宽带频率选择性信道划分成N个窄带平坦衰落信道，因此，正交频分复用（OFDM）技术具有抑制多径衰落和抗脉冲干扰的能力，尤其适用于高速无线数据传输[10]。接收端还需要相同数量的载波来接收，并且对低速率信号进行相干调制，然后D/A将其转换为原始数据。其优点在于降低了数据速率，从而增大了码元周期，只要其时延扩展和码元周期相比小于一定比值，就不会有码间干扰。OFDM是一种多载波调制技术，其最大优势是其具有极高的频带利用率。OFDM将给定的信道划分为多个较窄的子载波，并保证子载波之间的正交性。子载波之间不会互相干扰，因此OFDM系统中的子载波可以消除载波间干扰[11]。如图2-2和2-3所示，分别表示了OFDM子载波为4时的时域图和频域图。图2-2OFDM时域子载波示意图
青海师范大学硕士学位论文8图2-3OFDM频域子载波示意图2.3水声通信信道特性许多通信理论的研究和应用都是基于信道研究基础上的，因为信道是可靠通信系统的重要组成部分，对于水声通信而言，也同样如此。由于声波是目前能够进行水下长距离通信的有效载体之一，并且海洋环境复杂多变，它在水下的主要传输方式是折射，散射和反射。水声信号在水下传输模拟图如图2-4所示。图2-4水声信号在水下传输模拟图水声通信信道对在水下传输的声波的影响主要有以下几方面：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于“信号与系统”的Matlab GUI实验仿真平台设计[J]. 王焕友,谭乔来. 电脑与信息技术. 2019(03)
[2]简析OFDM在水声通信中的应用[J]. 陈瑶,石丛玮,李越. 现代信息科技. 2019(11)
[3]水声通信技术进展[J]. 朱敏,武岩波. 中国科学院院刊. 2019(03)
[4]水声信号监测系统设计与实现[J]. 郭燕子,丁翠环,李国良. 舰船电子工程. 2018(04)
[5]MATLAB在数字信号处理中的应用[J]. 赵平,兰青,倪宁. 通讯世界. 2018(01)
[6]信道编码技术新进展[J]. 白宝明,孙成,陈佩瑶,张冀. 无线电通信技术. 2016(06)
[7]MFSK调制电路的FPGA设计与仿真[J]. 雷能芳. 电子设计工程. 2011(14)
[8]RS码及卷积码在PDS水声通信体制中的应用[J]. 陈凯,赵安邦,陈阳,解立坤. 吉林大学学报(信息科学版). 2010(02)
[9]MATLAB在数字信号处理中的应用[J]. 巩萍,赵杰. 长沙大学学报. 2009(05)
[10]基于VHDL的MFSK调制电路设计与仿真[J]. 孙志雄,李太君. 通信技术. 2009(02)
博士论文
[1]水面母船与水下平台间水声通信技术研究[D]. 张晓.哈尔滨工程大学 2016
硕士论文
[1]基于参量阵的MFSK水声通信关键技术研究[D]. 李伦.电子科技大学 2016
[2]水声信道的建模和估计方法的研究[D]. 陆思宇.南京邮电大学 2015
[3]基于声波的近距离无线通信系统研究与设计[D]. 高绍斌.太原理工大学 2014
[4]水声通信中信道编码的研究与DSP实现[D]. 张启.哈尔滨工程大学 2014
[5]纠错码在水声通信体制中的应用[D]. 邢娜.哈尔滨工程大学 2011
[6]MFSK水声通信信号处理子系统的设计与实现[D]. 陈乃锋.哈尔滨工程大学 2010
[7]水声信号数据采集与处理的关键技术研究[D]. 程立峰.大连海事大学 2008
[8]高速水下声通信技术研究[D]. 马雪利.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3422594
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