实时OFDM水声移动通信系统关键技术研究

摘要

正交频分复用(OFDM)由于具有频带利用率高、抗多途等优势，被广泛用于高速水声通信中，但是对频率偏移非常敏感。由于水声信道存在明显的多普勒效应，将会导致各子载波发生非一致性的频率偏移，严重破坏子载波的正交性，并带来子载波间干扰(ICI)，从而降低传统数据检测方案的性能。
　　对于OFDM水声移动通信系统，本文将针对多普勒效应对OFDM系统的影响进行分析，并对克服上述影响的关键技术进行研究，提出一种实时、可靠的多普勒估计与补偿方案。
　　论文的主要工作如下:
　　1.系统地介绍了国内外多普勒估计与补偿算法及OFDM水声移动通信系统的研究概况;
　　2.根据水声信道的特点，分析了由海浪起伏与收发两端相对OFDM水声移动通信系统系统造成的影响，并对OFDM水声通信系统进行简要的介绍与分析;
　　3.根据“初始角频率可调的FFT变换（FFTω）”多普勒估计算法的特点，将其与抛物线拟合算法相结合，提出了一种计算量较少、便于工程实现的多普勒估计算法，并通过实验验证了基于FFTω的抛物线拟合多普勒估计方法的可行性与有效性;
　　4.利用空子载波估计残余多普勒扩展因子，与传统的利用空子载波估计残余频偏方法相比，略微加大了运算量，提高了估计精度与补偿效果;
　　5.对多普勒效应带来的相位旋转问题进行分析，并利用残余多普勒扩展因子的估计结果进行相位补偿，进一步提高系统性能;
　　6.在厦门港附近海域对所构建的OFDM水声移动系统进行了实验验证。实验结果表明，构建的OFDM水声移动通信系统在收发端相对运动的条件下，能够对多普勒效应进行有效的补偿，实现了无编码与分集时，通信系统的误码率为10-2数量级。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要内容

第二章 水声信道特性与OFDM系统基本原理

2．1 水声信道的基本特性简述

2．1．1 声传播损失

2．1．2 海洋背景噪声

2．1．3 多途效应

2．1．4 多普勒效应

2．1．5 仿真信道建模

2．2 OFDM基本原理与技术特点

2．2．1 OFDM基本原理

2．2．2 OFDM基本结构

2．2．3 OFDM差分系统

2．2．4 OFDM水声移动通信系统的关键技术

2．3 本章小结

第三章 大尺度多普勒估计与补偿

3．1 多普勒效应对OFDM系统的影响分析

3．2 OFDM水声移动通信系统结构

3．3 基于初始角频率可调FFT的多普勒估计算法

3．4 抛物线拟合优化算法

3．5 多普勒扩展因子估计方案设计与仿真

3．5．1 方案设计

3．5．2 仿真结果

3．6 多普勒效应补偿

3．7 本章小结

第四章 残余多普勒估计与补偿

4．1 基于空子载波的残余频偏估计与补偿

4．2 基于空子载波的残余多普勒估计与补偿

4．3 多普勒相位旋转补偿

4．3．1 多普勒相位旋转理论分析

4．3．2 相位补偿方法

4．4 系统结构与仿真

4．4．1 仿真系统结构

4．4．2 仿真结果

4．5 本章小结

第五章 海洋实验结果与分析

5．1 2016年3月22日海洋实验结果与分析

5．1．1 实验条件

5．1．2 多普勒估计与补偿结果和系统误码性能

5．2 2016年5月8日海洋实验结果与分析

5．2．1 实验条件

5．2．2 多普勒估计与补偿结果和系统误码性能

5．3 海洋实验总结

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要研究工作总结

6．2 下一步研究工作

参考文献

致谢