多載波定向水聲通信系統(tǒng)均衡器的設計與實現(xiàn).pdf

1、隨著人們對海洋的開發(fā)和利用,水下通信成為人們在民用及軍事活動中必不可少的一項技術。不同于空氣等無線電傳播介質,海洋及湖泊環(huán)境中,聲波是目前唯一可以有效進行遠距離傳播的媒介,而OFDM技術可以有效適應水聲信道多途干擾強、可利用帶寬少的特點。然而為了盡可能地提高水聲通信的性能,增強對頻率選擇性衰落的抵抗、避免碼間干擾,還必須設計良好的信道估計及均衡器。
　　本文在通用的OFDM水聲通信系統(tǒng)模型的基礎上,對信道估計器和均衡器的算法及結構

2、進行了研究,結合不同的信道環(huán)境通過仿真對比不同算法結構下接收機的性能。以此為基礎,在考慮 FPGA硬件資源的前提下設計出可以在硬件平臺上工作并具有較好效果的接收機均衡器,主要完成的工作包括:簡單介紹了OFDM水聲通信系統(tǒng)的基本原理及發(fā)展現(xiàn)狀,對目前國內(nèi)外在信道估計及均衡方面的研究現(xiàn)狀做了闡述和概括;分析了OFDM技術在水聲通信中的優(yōu)勢以及信道估計和均衡對于提高水聲通信性能的重要性;結合水聲信道的特點,針對其可利用帶寬窄、多途干擾大、頻率

3、選擇性衰弱強的特點,研究了信道估計及均衡算法的原理,歸納了常用算法的優(yōu)點和缺陷,提出了適用于本OFDM水聲通信系統(tǒng)的信道估計器及均衡器的幾種算法和結構作為重點研究對象。在Matlab中建立OFDM水聲通信系統(tǒng)接收機的整體模型,并在其中加入信道估計及均衡模塊,通過調(diào)整信道參數(shù)模擬不同的信道環(huán)境,將不同的算法及其經(jīng)過改良后的設計通過Matlab進行仿真,通過對比不同信噪比下的誤碼率提出最終適合在 FPGA硬件系統(tǒng)上進行實現(xiàn)的算法。根據(jù)仿真結

4、果,設計了可以在FPGA平臺上實現(xiàn)的均衡器以及相應的信道估計和均衡算法,并將其加入接收機系統(tǒng)進行聯(lián)調(diào)。通過分析硬件資源使用情況驗證計算復雜度。開發(fā)了FPGA與上位機PC之間的數(shù)據(jù)緩沖器以便于進行實驗和應用。最后將設計好的均衡器連同發(fā)射機接收機一起進行水桶及淺水實驗,并利用水聲發(fā)生陣列進行普通情況的水聲傳輸及定向傳輸,驗證了所設計的解決方案確實可以有效對抗多徑干擾及頻率選擇性衰落,保證良好的誤碼率。
　　通過均衡器的加入,可以顯著改