基于信道信息的變速率水聲通信研究及DSP實(shí)現(xiàn).pdf

1、21世紀(jì)人類開(kāi)始全面開(kāi)發(fā)和利用海洋資源，而水聲通信作為水下唯一的無(wú)線通信方式受到越來(lái)越多的重視。相比于傳統(tǒng)無(wú)線信道，水聲信道更為復(fù)雜，具有時(shí)-空變、高噪聲背景、強(qiáng)多徑干擾以及多普勒現(xiàn)象嚴(yán)重等特點(diǎn)。即使同樣的傳輸距離下，若只采用一種調(diào)制解調(diào)方式難以適應(yīng)復(fù)雜的水聲信道，極大的限制了水聲通信的性能。為提高水聲通信系統(tǒng)的魯棒性，以及滿足不同數(shù)據(jù)類型對(duì)通信可靠性和傳輸速率的不同要求，本文研究了多種調(diào)制解調(diào)方式和信道估計(jì)技術(shù)，并據(jù)此設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于

2、信道信息的變速率水聲通信樣機(jī)。
　　本文主要研究了多種調(diào)制解調(diào)方式以及信道估計(jì)技術(shù)，根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果選擇合理的通信方案，并且基于DSP TMS320C6748設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了半雙工的變速率水聲通信樣機(jī)，通過(guò)水池和海試實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了測(cè)試。全文主要的研究?jī)?nèi)容和研究成果如下:
　　1.研究了基于Chirp擴(kuò)頻思想的二進(jìn)制正交鍵控(CSS-BOK)、基于保護(hù)間隔的多載波MFSK以及基于判決反饋均衡和數(shù)字鎖相環(huán)相結(jié)合(DFE-PLL

3、)的QPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)。仿真表明CSS-BOK具有非?？煽康耐ㄐ判阅苣軌蜻m應(yīng)復(fù)雜的信道環(huán)境;非相干多載波MFSK系統(tǒng)同樣具有較為可靠的通信性能以及更高的頻帶利用率，而基于DFE-PLL的QPSK相位相干系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸，但其對(duì)信道條件有更高的要求。通過(guò)比較三種調(diào)制解調(diào)技術(shù)給出了不同信道條件下如何選擇合理的通信方案。
　　2.對(duì)信道參數(shù)估計(jì)技術(shù)進(jìn)行了研究，包括信噪比、多普勒頻偏和多徑時(shí)延的不同估計(jì)算法。仿真結(jié)果表明，M2

4、M4信噪比估計(jì)算法在較高信噪比條件下性能較好。頻率估計(jì)算法研究了基于FFT的Rife和ZoomFFT算法以及基于特征子空間類的MUSIC算法，時(shí)延估計(jì)方法本文研究了LS、OMP信道估計(jì)技術(shù)以及基于Chirp信號(hào)的快速相關(guān)方法。綜合估計(jì)精度和工程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，本文采用了M2M4信噪比估計(jì)算法，利用Rife算法進(jìn)行頻率估計(jì)，時(shí)延估計(jì)采用基于Chirp信號(hào)的快速相關(guān)方法。為了實(shí)現(xiàn)變速率通信，設(shè)計(jì)了水聲通信樣機(jī)發(fā)送端和接收端的半雙工通信方式。

5、r>　　3.基于DSP TMS320C6748設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了水聲通信樣機(jī)的發(fā)送端和接收端。詳細(xì)介紹了DSP的片內(nèi)外設(shè)McBSP、EDMA控制器與音頻編解碼器TLV320AIC23B的接口設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)采集傳輸功能。利用DSP實(shí)現(xiàn)了信道估計(jì)以及調(diào)制解調(diào)算法。
　　4.對(duì)水聲通信樣機(jī)進(jìn)行了水池和海試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能有效的實(shí)現(xiàn)變速率通信的要求，其中CSS-BOK以及MFSK通信誤碼率能夠達(dá)到10-3，而QPSK在