基于水声直接扩频序列通信的MODEM设计与实现

摘要

直扩序列扩频技术是水声通信网中常用的技术手段之一。但是，不同于与传统的无线电通信网络系统，在水声信道条件下由于受信道多途、时变、衰落等因素影响，信号在传输过程中易产生码间干扰，误码率高，通信质量不够理想。对此，美国科学家M.Stojanovic提出的码片假设反馈均衡(CHF)，通过对传输序列的码片级自适应均衡和假设判决反馈，能够有效跟踪补偿信道快速时变引起的相位误差并降低码间干扰，相对传统的判决反馈均衡技术，在性能上拥有很大的提升。另一方面，在传统的水声通信网节点建设中，组网所用的水声MODEM由于受处理器性能、体积、功耗等多方面因素影响，在实际成品项目研发中存在很多的制约。
　　为研发一款以水声直接序列扩频技术为通信手段，能够实现低误码、高效实时性的小型化、高速率、低功耗型水声MODEM。本文首先在M.Stojanovic提出的CHF算法基础上，以Gold码和Chaotic码为扩频码，结合编码、匹配滤波、同步、恒虚警率检测等技术手段建立一套对比性的水声直接序列扩频通信仿真平台，其次，选取美国 TI公司推出的双核(DSP C6748+ARM926EJ-STM)、高效、低功耗处理器OMAPL138应用于MODEM设计，通过对设计MODEM功能的需求分析，在满足通信高精度发射接收的基础上，采用高精度定时同步设计，减小系统设计误差。最后，为提高MODEM实时性、降低系统运算量，在实时性算法设计中涉及卷积部分采用重叠保留法并巧妙分配系统内存，降低资源冗余度。信道水池实验结果表明：一方面，本文设计MODEM能够稳定、高效的工作于多途、衰落环境下的水声信道，高精度时钟同步的方式降低了系统误差对算法实现的干扰，CHF算法应于MODEM的实时性接收解算，均衡过程显著降低多途、衰落条件下的传输误码。另一方面，通过Gold码和Chaotic码扩频下的MODEM通信数据对比，得出Chaotic码扩频平均均方误差(MSE)相对Gold码扩频低约7dB，应用于CHF均衡能够获取更快的自适应递归收敛速度，降低均衡中前馈/反馈滤波器抽头长度需求的实验结论，为MODEM的实时性优化给出指导性建议。

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第1章 绪论

1.1 论文背景及研究意义

1.2 水声直扩通信发展现状

1.3 水声通信MODEM发展现状

1.4 论文主要研究内容

第2章 水声直扩通信理论

2.1 直接序列扩频系统

2.2 直扩系统的发送与接收

2.3 信道编码与交织

2.4 同步

2.5 直扩系统的时域均衡技术和自适应算法

2.6 本章小结

第3章 水声直扩通信MODEM硬件设计与实现

3.1 总体方案概述

3.2 处理器简介

3.3 外部存储模块设计

3.4 数据采集模块设计

3.5 发射驱动模块设计

3.6 接收调理模块设计

3.7 D/A控制模块设计

3.8 外部通信模块设计

3.9 高精度定时模块设计

3.10 温度检测模块设计

3.11 电源模块设计

3.12 本章小结

第4章 水声直扩通信MODEM软件设计与实现

4.1 总体方案概述

4.2 同步检测算法设计

4.3 调制解调算法设计

4.4 系统时域均衡算法设计

4.5 PWM发射驱动设计

4.6 A/D采集驱动设计

4.7 本章小结

第5章 水声直扩通信MODEM系统实验

5.1 系统实验概述

5.2 系统参数设计

5.3 实验数据处理及分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录