水声信道中MFSK通信研究

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随着水下资源勘探和海上军事安全的急切要求,水下通讯技术的探索与应用实践受到极大关注。特别是近些年水下通信网络的广泛关注,使可靠水声通信成为了研究热点。  水声信道具有传播衰减、噪声干扰、多径效应严重、多普勒效应、时变等物理特点,同时多径传播和多普勒扩展会导致信号衰落,给数据的准确传输带来巨大的挑战。分集技术通过提供独立衰落的副本的方式,可有效抵抗信道衰落,改善通信质量。  多进制频移键控(MFSK)通信系统以其稳健易于实现的特点,广泛用于完成水下通信设备的导航、指令等要求高可靠的传输工作中。为实现在复杂水声环境中进行高可靠低误码的数据传输,本论文采用MFSK非相干调制作为通信系统体制。同时在传统的MFSK通信系统中结合分集技术、信道编码技术等相关技术,设计了一套MFSK非相干通信系统。  为克服多径效应和信道衰落对数据可靠传输的影响,在系统设计中采用卷积码编码解码、Hadamard编解码、循环前缀、多普勒补偿、帧同步等多种通信技术,并结合OOK(ON-OFF-Key)调制方式提高传输速率和进行频率分集。该MFSK非相干系统既继承了传统通信体制的稳定性,又兼容了分集技术和多种通信技术抗多径及衰落的优势。同时设计了一种联合软判决译码算法,该算法同时完成卷积码和Hadamard码的译码,可有效降低误码率(BER)。  通过计算机仿真,验证了本文设计的MFSK非相干通信系统具有较强的抗多径和衰落的能力,在低信噪比(SNR)条件下仍具有较好的性能。经过两次湖试和对湖试采集的数据的分析,验证了整套系统的可行性和有效性,可实现信息的可靠传输。
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