RAKE接收技术在水声通信中的应用

摘要

水声信道中广泛存在的多径传播效应是水声通信所面临的主要障碍之一,由多径所产生的信号衰落效应是影响水声通信系统性能的主要因素之一.自适应波束形成、自适应均衡、分集、阵列处理等技术都是解决多径干扰常用的技术.扩频技术特别是直接扩频技术也是对抗多径干扰的一种非常有效的技术,其中的RAKE接收技术不但能够抑制干扰;而且还能利用多径干扰的能量提高信噪比,极大的改善了系统的性能,并且扩频技术是现在唯一能工作在负信噪比条件下的通信技术,所以扩频技术在水声通信中的应用也越来越受到关注.另外,扩频技术对实现水下多址通信和建立水声通信网络也有着很大的意义.目前.扩频技术在水声信道中的应用远没有在空间中成熟,这方面的研究也比较少,因此,这是一个充满了挑战的研究领域.论文首先总结了前人关于海洋水声通信系统设计的经验,讨论了海洋水声信道的特点.接着对扩频系统的基该知识作了粗略的介绍,并从水声信道的特点出发比较了直扩与跳频的优缺点,选择了直扩的方式作为本论文水声扩频系统的主要扩频方式.然后介绍了RAKE接收技术的基本原理,并对RAKE接收系统中的路径搜索和同步系统进行了讨论和仿真分析,另外还对RAKE接收技术在低速水声通信系统中的应用作了仿真分析,并讨论了一些影响RAKE接收系统性能的主要因素.最后对RAKE接收系统进行了空间实验,提出了实验中存在的问题以及需要改进的方向,并就系统中的基于BPSK扩频假设检验的路径搜索装置进行了FPGA仿真.

目录

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第一章绪论

1.1水声通信系统工作指标、分类以及对不同系统的基本要求

1.2水声通信的意义及其发展现状

1.2.1水声通信的意义

1.2.2水声通信的发展现状

1.2.3扩频技术特别是RAKE接收技术在水声通信中的应用

1.3本论文的主要研究内容

第二章水声信道

2.1海洋水声信道的一般特性

2.2水声信道模型

2.3小结

第三章扩频通信系统

3.1扩频通信系统的基本模型

3.2扩频通信的主要性能指标

3.3扩频通信的几种方式

3.4 DS与FH的比较和水声扩频通信系统扩频方式的选择

3.4.1 DS与FH扩频系统的比较

3.4.2水声通信系统中扩频方式的选择

3.5 DS系统

3.6扩频码理论

3.6.1 m序列及其相关特性

3.6.2 Walsh序列

3.7小结

第四章RAKE接收系统

4.1导频辅助扩频通信系统的发射结构

4.2 RAKE接收系统模型

4.2.1固定抽头的RAKE接收机

4.2.2导频辅助的RAKE接收机(抽头非固定)

4.3合并技术

4.3.1合并信号的表达式

4.3.2信号合并准则

4.3.3最大信噪比准则下的信号合并方法

4.4限带传输的基带脉冲成形

4.4.1数字基带信号传输的无失真条件

4.4.2升余弦(RC)滤波器

4.5小结

第五章信道路径搜索与同步的设计与仿真

5.1 BPSK扩频假设检验

5.2路径搜索仿真

5.3码跟踪技术

5.3.1 DLL环

5.3.2 T型抖动环

5.4载波跟踪技术

5.4.1基于最大似然估计的载波相位提取电路

5.5 PN码载波联合同步系统仿真

5.5.1 PN码载波联合同步方案

5.5.2 PN码载波联合同步系统仿真

5.6小结

第六章水声扩频系统的RAKE接收仿真与性能分析

6.1引言

6.2 RAKE接收在低速水声扩频系统中的仿真

6.2.1发射与接收信号的特性

6.2.2误码率测试以及性能分析

6.3小结

第七章RAKE接收试验

7.1实验名称及日期

7.2实验说明

7.3实验条件

7.4实验情况以及实验数据描述

7.5接收结果及其数据分析

7.6小结

第八章基于BPSK扩频假设检验的路径搜索器的FPGA仿真

8.1路径搜索的实现方案

8.2各模块的实现

8.3路径搜索算法VHDL程序的功能验证

8.4小结

第九章全文总结

附录A不同系统参数设置下的误码率测试结果

参考文献

致谢

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