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正交频分复用（ＯＦＤＭ）在水声通信中的应用摘要：本文介绍了正交频分复用(OFDM)技术的基本原理，介绍了水声通信的历史，水声通信的发展特点。
讨论了OFDM系统在水声系统实现方法，分析了水声正交频分复用的调制和解调过程，并简要分析了OFDM水声通信系统的性能特点。
关键词：正交频分复用（OFDM）；水声通信；调制；解调1引言在水声通信中，随着探潜区域从沿海大陆架延伸到深水区，以及探潜距离和精度的提高，要求水声数据传输的传输距离更远，传输速率更高，传输误码率更低。
同时水下武器系统的日益智能化，要求对其进行相应的指挥控制。
对水下航行器和探测器进行监测和导航，以及对潜通信等使得水下通信技术的研究得到人们的高度重视，水声通信技术的重要性也日益突出。
与此同时，其他领域的技术，尤其是电信、电子以及计算机技术的飞速发展给水声通信的研究提供了强大的技术支持并极大的促进了水声通信的发展。
近10多年来，水声通信发生了深刻的变化。
其研究手段和实现方法发生了根本的变化。
在水声通信系统中，如何高速和可靠地传输信息成为人们关注的一个焦点。
虽然现在数据传输理论和实践已经取得了相当大的进展，但是随着通信的发展，特别是无线通信业务的增长，可以利用的频率资源日趋紧张。
OFDM调制技术的出现为实现高效的抗干扰调制技术和提高频带利用率开辟了一条的新路径。
OFDM调制技术的应用可以追溯到二十世纪60年代，主要用于军用的高频通信系统，也曾被考虑应用于高速调制解调器。
目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频和视频领域和民用通信系统中，主要的应用包括：非对称的数字用户环路（ADSL）、ETSI标准的数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网（WLAN）等。
2OFDM基本原理OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。
这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。
水声通信技术研究进展及应用摘要：水声通信是当前唯一可在水下进行远程信息传输的通信形式，由于其在民用和军事上都有重大意义，水声通信的研究一直是国内外研究的热点。
文章介绍了水声通信的历史，分析了水声通信发展的关键技术，讨论了水声信道的特点、系统组成和国内外的发展现状。
最后对未来的水声通信技术作了预测。
关键词：水声通信，通信信道，声纳，正交频分复用，声纳信号处理1 引言当今世界已进入了飞速发展的信息时代，通信是这一进程中发展最为迅速、进歩最快的行业。
陆地和空中通信领域包括的两个最积极、最活跃和发展最快的分支--Internet网和移动通信网日臻完善，而海中通信的发展刚刚崭露头角。
有缆方式的信息传输由于目标活动范围受限制、通信缆道的安装和维护费用高昂以及对其他海洋活动（如正常航运）可能存在影响等缺点，极大地限制了它在海洋环境中的应用。
另外由于在浑浊、含盐的海水中，光波、电磁波的传播衰减都非常大，即使是衰减最小的蓝绿光的衰减也达到了40dB/km，因而它们在海水中的传播距离十分有限，远不能满足人类海洋活动的需要。
在非常低的频率（200Hz以下），声波在海洋中却能传播几百公里，即使20 Hz的声波在水中的衰减也只有2—3dB/km，因此水下通信一般都使用声波来进行通信。
而在这个频率范围内，声波在水中（包括海水）的衰减与频率的平方成正比，声波的这个特性导致了水下声信道是带宽受限的。
采用声波作为信息传送的载体是目前海中实现中、远距离无线通信的唯一手段。
海洋水下信道是一个极其复杂的时间-空间-频率变化、强多径干扰、有限频带和高噪声的信道，这是至今还存在的难度最大的无线通信信道。
研究水声通信必须综合物理海洋学、声学、电子技术和信号处理等多种学科和技术的知识，现在水声通信的研究已经成为各国科学和工程技术人员研究的热点之一。
另外，海洋声学技术尤其是水声通信技术是国际发达国家对我国实行封锁的领域，因此研制具有自主知识产权的水声通信技术意义深远。
水下声学通信技术研究及其应用水下的声学通信技术是国际上研究的热点，也是我国海洋战略发展中不可或缺的一环。
随着海洋资源的日益枯竭以及深海石油、天然气等领域的日益开发，对水下声学通信的需求也越来越大。
一、水下声学通信技术的研究概况水下声学通信技术是指在水下介质中利用声波进行通信的技术。
光在水中衰减速度较快，而声波在水中衰减相对较慢，能够在水下传输相对远的距离。
因此，水下声学通信技术具有跨越水下距离、实现海洋探测和通信等方面的优势。
水下声学通信技术的研究一直处于探索阶段，目前主要包括声学信号调制技术、声波信号传输技术、水下信号接收技术等方面。
其中，声学信号调制技术主要针对制定合适的调制方案，实现信号传输的效率和可靠性。
声波信号传输技术则主要研究信号在不同水下环境下的传输特性，包括衰减、散射、多径等；并利用水下聚合物、水声波导等材料，优化声波传输效果。
水下信号接收技术主要研究信号检测、波形重构等技术，提高信号的可靠性和精度。
二、水下声学通信技术的应用领域水下声学通信技术具有广泛的应用，特别是在海洋探测与开发领域。
首先，水下声学通信技术可用于海洋资源开发，包括深海油气开发、海底矿床开采等；其次，水下声学通信技术也被广泛应用于海洋探测领域，例如海洋水文测量、海底地质勘探、海洋生物生态监测等。
在深海油气开发领域，水下声学通信技术可以实现深海油井和地面设备之间的数据传输，实现远程控制和数据采集。
同时，水下声学通信技术还可以用于海洋矿产资源勘探和开采领域，通过声学信号的传输，实现海洋底层物质的勘探和开采。
在海洋探测领域，水下声学通信技术的应用也非常多样化。
例如，在海洋水文测量中，水下声学通信技术可用于实时传输海洋温度、盐度、流速等水文参数。
在海底地质勘探中，水下声学通信技术可以应用于高分辨率测量和地层成像。
在海洋生物生态监测领域，水下声学通信技术则可实现对海洋生态环境及其变化的实时监测。
三、水下声学通信技术的展望与前景随着国家对海洋资源开发的重视和需求的不断增加，水下声学通信技术的应用前景广阔。
水下通信信道建模与信号处理技术研究水下通信是一门研究如何在水下传送信息的科学。
水下信道是与陆地信道不同的，接收到的信号会受到海水的散射、衰减和多径效应等因素的影响，从而导致信号的失真和传输质量的下降。
因此，如何建立水下信道模型和采用合适的信号处理技术，成为实现有效水下通信的关键。
一、水下信道模型建立准确的水下信道模型是水下通信研究的重点。
由于海洋环境比较复杂，建立精确的信道模型具有一定难度。
通常使用的水下信道模型包括大尺度特征、小尺度特征和多路径传播特征。
1. 大尺度特征大尺度特征是指水下信道因深度和地理位置等因素产生的损耗。
常用的大尺度特征模型有海洋传播损耗模型、深度损耗模型和远场传输模型。
其中远场传输模型是一种较为精确的大尺度特征模型，它可以通过测量传输距离和传输损耗得到，是目前常用的水下信道模型。
2. 小尺度特征小尺度特征是指水下信道因多径散射和相干成分引起的时变性等因素带来的波形失真。
在小尺度特征模型中，常见的是波束走时差、相位噪声模型以及抖动噪声模型等。
3. 多路径传播特征多路径传播特征是指水下通信信号会经过多条路径到达接收器，产生信号的多径效应，从而引起信号的衰落和失真。
因此，在水下通信系统中，对传播路径的研究尤为重要。
传播路径的影响因素包括，水下环境的不均匀性、海底地形结构以及水下天线的方向等。
二、信号处理技术信号处理技术是指对收到的水下通信信号进行处理，以恢复原信号的技术手段。
常用的信号处理技术包括扩频技术、自适应均衡技术和Turbo码技术等。
1. 扩频技术扩频技术是通过将低速码流扩展到较宽的频带上，在信号传输过程中，使信号抗干扰性能更好。
水下通信扩频技术有直接序列扩频技术和频率同步扩频技术，分别适用于不同的水下场景。
2. 自适应均衡技术自适应均衡技术是基于反馈和纠错的思想，运用数字信号处理技术将接收到的失真波形恢复为原始值。
在水下通信中，自适应均衡技术能够有效地抑制多径干扰和相干成分的影响。
基于OFDM的水声通信系统设计作者：张海宁吴介军段渭军黄亮来源：《现代电子技术》2013年第21期摘要：正交频分复用技术（OFDM）具有抗频率选择性衰减和提高频带利用率的良好特点。
设计了基于OFDM技术的水声通信系统，此系统通过IFFT/FFT算法来实现，利用保护间隔的循环前缀来克服码间干扰，并通过Matlab仿真说明OFDM系统在水声通信中有抗多径干扰性能。
OFDM技术受到高速率数据传输系统的青睐，在水下通信中具有很好的应用前景。
关键词： OFDM；水声通信； Matlab； IFFT/FFT；循环前缀中图分类号： TN914⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）21⁃0031⁃040 引言浅海高速水声通信面临最困难的就是强多途和由于海洋表面反射，内波等引起的快速时变。
其中自多途引起的接收信号的振幅衰落，多途引起接收信号的码间干扰，再加上海洋环境噪声、低的载波频率、极为有限的带宽以及传输条件的时间⁃空间⁃频率变化特性，使得水声信道成为迄今为止最困难的无线通信信道[1⁃2]。
水声信道多径时延严重，一般的多载波技术在接收端需要很好的信道估计均衡技术才能达到很小失真的回复信号，正交频分复用技术由于发射端信号中加入了循环前缀使得抗多径特性大大提高。
该技术的主要思想是将所能利用的频带信道划分成多个正交子信道，在每个划分子信道上进行并行传输，降低信道上信号传输的速率，信号带宽小于信道的相干带宽，从而大大消除符号间干扰，并且子信道上的载波间有部分重叠而使频带的利用率得到提高。
这种技术在水下通信中得到广泛应用。
1 OFDM原理Weinstein提出了利用DFT（Discrete Fourier Transform）实现OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）系统的调制和解调[3]。
在发射端传送二进制数据，首先通过对各子载波调制将该组数据映射成为一组复数序列[{d0，d1，…，dN-1}]，其中[dn=an+jbn，]如果对上面的复数序列进行IDFT变换，就会得到新的复数序列[{S0，S1，…，SN-1}]，其中：在接收端，对收到的信号以时间间隔为[Δt]进行采样，然后进行DFT变换，就能恢复出原来的复数序列[{d0，d1，…，dN-1}]，然后经过解载波逆映射，就能恢复出原始的二进制数据。
水声通信系统设计与性能评估水声通信是一种利用水中的声波传递信息的技术。
它在水下通信、海洋资源开发、水下探测等领域有着广泛的应用。
本文将从水声通信系统的设计和性能评估两个方面进行探讨。
一、水声通信系统设计1. 调制方案设计水声通信系统的调制方案是决定通信性能的关键因素之一。
常见的调制方案有频移键控（FSK）、相移键控（PSK）、正交频分复用（OFDM）等。
在设计水声通信系统时，需要根据通信距离、带宽要求、抗干扰性能等因素选择合适的调制方案。
2. 天线设计水声通信系统中的发送和接收天线是实现信号传输的关键部件。
合理设计天线的辐射特性可以提升水声通信系统的传输距离和抗干扰能力。
常见的水声通信天线包括单元贴装式振动器（PZT）、水面振动器（STV）等，设计时需要考虑天线的频率响应、辐射指向性等因素。
3. 信道编码设计水声通信系统在传输过程中容易受到声波传播过程中的多径效应、海洋环境影响等干扰。
为提高通信系统的抗干扰能力和可靠性，需要使用差错控制编码技术，如卷积编码、纠错码等。
设计时需要根据传输距离、码率、误码率等要求选择合适的编码方案。
4. 链路层协议设计链路层协议负责管理数据传输过程中的帧同步、流量控制、差错检测等功能。
设计水声通信系统时需要根据传输要求选择合适的链路层协议，如传统的停止等待协议、选择重传协议、自适应协议等。
合理设计链路层协议可以提高通信效率和稳定性。
二、水声通信系统性能评估1. 传输性能评估传输性能是衡量水声通信系统优劣的重要指标之一。
常见的性能指标包括传输速率、误码率、传输距离等。
通过测量和分析这些指标，可以评估通信系统的质量，为后续的系统优化提供指导。
2. 抗干扰性评估水声通信系统在水下环境中受到种种干扰，如声波传播的多径效应、水体吸收等。
抗干扰性评估是评估系统在复杂海洋环境中表现的重要指标。
可以通过实验和模拟方法来评估和改善系统的抗干扰能力。
3. 可靠性评估水声通信系统的可靠性是指系统在一定条件下能够持续有效地传输数据的能力。
基于OFDM的水声通信算法韩文斌;刘建明【摘要】在水声通信领域,基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的通信技术是最直接和最有效的手段之一.但是水声通信信道是多变的和复杂的,在传输的过程中可能会受到多途扩展严重、可用带宽有限和高噪声等不理想因素的影响,导致无法恢复出原始数据,所以保证数据的可靠性传输是极其重要的.本文在原有的OFDM通信基础上加入了交织技术、chirp扩频技术、加窗以及chirp同步技术,并通过对MATLAB的仿真和实验分析,验证了该系统的可行性,最后通过对比加入噪声、多径和多普勒效应的误码率曲线图,说明了该系统的性能和抗干扰能力.%In the field of underwater acoustic communication, communication technology based on OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is one of the most direct and effective means. But the underwater acoustic communication channel is changeable and complicated. In the process of transmission, it may be affected by the multipath propagation, the limited available bandwidth and the high noise, which cause the original data not been recovered. So it is very important to ensure the reliability of data transmission. On the basis of the original OFDM communication, this paper adds the weaving technology, chirp spread spectrum technology, the window and the chirp synchronization technology. And through the simulation and analysis of MATLAB, the feasibility of the system is verified. At last, the performance of the system and the ability of anti-jamming are illustrated by comparing the error rate curves of adding noise, multipath and Doppler effects.【期刊名称】《计算机系统应用》【年(卷),期】2017(026)004【总页数】6页(P135-140)【关键词】OFDM;水声通信;交织;chirp扩频;加窗【作者】韩文斌;刘建明【作者单位】桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,桂林 541004;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,桂林 541004【正文语种】中文海洋环境中多径效应、多普勒效应以及海洋环境噪声的存在注定了水声信道是一个复杂的和时变的信道. 因此, 如何保证数据的可靠性传输成为了水声通信中最难以突破的瓶颈. 传统的单载波通信技术可以解决数据的可靠性问题, 但是单载波通信技术却造成了有限带宽的严重浪费, 限制了发送速率, 只适合于低速率的数据传输, 难以满足人们的需求. 21世纪以来, OFDM通信系统开始越来越收到了科研人员的注意, 这正是由于正交频分复用技术把高速的数据流转化为并行低速的数据流, 解决了高速数据流的传输问题, 还可以根据需求对通信系统的带宽进行灵活的调整, 设定频带的分配问题. 但是, 因为OFDM的发送信号是由许多相互正交子载波上的发送信号的叠加而成的, 所以OFDM系统容易受到多普勒频偏的干扰[1].本文针对这一问题提出了基于频域Chirp扩频的OFDM水声通信系统. 该通信系统加入了交织技术,以及结合OFDM和Chirp扩频技术来克服它们的不足,在复杂水声通信信道中, 具有防止突发性错误、强抗多径干扰、抗多普勒效应和抗噪声的特性, 从而一并解决可靠性和高数据流的传输问题.正交频分复用技术(OFDM)是把高速的数据流通过串并转换, 使得每个子载波上的数据符号持续时间相对增加, 可以减轻水声信道的时间弥漫, 信号的带宽小于信道的相干带宽, 从而消除符号间干扰(ISI). OFDM系统在满足子载波正交的情况下, 允许子载波的频谱部分重叠, 并且可以从重叠的子载波中获得数据信息, 频谱的利用率可以得到显著提高. 从发射端发送数据的时候, 经过子载波上的调制, 将数据转换为一组复数序列, 将映射后的数据经过IFFT变换得到一组新的数据. 因此, OFDM 是一种高效的传输方式[2],它的优点有很多, 将其关键技术引入水声通信系统中是很有必要的, 但是需要特别注意的是, 水声环境的复杂性和多变性对整个系统的影响.假设｝是第n帧的OFDM的传输符号中的第k个子载波上的数据, 那么经过OFDM调制以后的数据可以表示为:其中k=0,1…, N-1, Ts是符号的周期, fΔ是子载波的带宽, N是子载波的个数. 为了保证各个子载波之间的正交性, 符号周期必须满足足够的长度. 在数据的接收端可以通过下面公式获得:然后经过数据逆映射, 就可以得到原始的发射数据了. 可以看出子载波的调制其实就傅里叶的正逆变换,对于变换采用的是IFFT/FFT算法是实现的, 这是因为快速傅里叶变换可以减少计算量, 提高运算效率[3].3.1 系统的整体框图基于OFDM的水声通信系统框图如图1所示. 在整个水声通信系统的发射端, 首先将需要发送的数据通过信道编码器进行卷积编码和交织[4], 其目的是为防止突发性错误和随机性错误, 然后通过串并转换将数据转换到每个子载波上进行载波调制, 调制以后的信号就是OFDM的调制信号了, 为了克服多径效应带来的码间干扰(ISI), 可以在OFDM信号的后面加入保护间隔, 保护间隔可以从信号本身的截取(保护间隔的长度理论上应该大于最大时延的长度), 即循环前缀(CP), 加循环前缀的目的是为了克服接收端接受到的信号之间的干扰[5]. 将加入CP以后的OFDM信号进行加窗处理以后, 可以使的频谱能量更加集中, 为了区分噪声和有用信号, 可以在信号的前端加入同步信号.最后, 将处理以后的信号经过上变频后与换能器相匹配, 接收端是发送端的逆过程.3.2 交织技术交织是指通信系统在通信的过程中对数据进行处理的一种技术[5]. 交织的主要目的是防止信号在信道传输时发生连续性错误, 通过解交织把突发性的错误随机化, 再通过解码达到纠错的效果. 交织有规则交织、不规则交织和随机交织三种方式. 本文采用的是5×6规则交织, 这种交织的基本原理是把送入交织器的数据按行存入到5×6的矩阵中, 解交织时按列从5×6矩阵中取出再送出交织器, 即交织时对5×6矩阵进行转置处理, 解交织时进行逆转置处理. 图2为交织的顺序图.根据图2所示, 按行存入到5×6交织器中的比特数据顺序为1、2、3、4、5、6……29、30, 按列从5×6交织器中取出的比特数据顺序为1、7、13、19、25、2……24、30.图3 为解交织的顺序图. 根据图3所示, 解交织与交织器的顺序相反, 按列存入到5×6解交织器中的比特数据顺序为1、7、13、19、25、2……24、30, 而按行从5×6解交织器中取出的比特数据顺序为1、2、3、4、5、6……29、30.3.3 Chirp扩频技术所谓的扩频技术就是用高速的扩频序列在发射端扩展信号的频谱, 而接收端用同一种序列进行解扩,把原始信号恢复出来. 本文引入了chirp信号扩频技术, chirp信号不但具有抗干扰[6]、抗频率选择性衰落及低功耗的特性, 而且还具有很好的抗多普勒频偏的能力[7].由于在水声通信系统中, 信道的多普勒频偏是不可忽略的, 因此,在通信系统中引入扩频技术是必不可少的. 目前的通信系统中引用较多的是直接扩频技术,虽然直接扩频技术可以满足需求, 但是却存在这一定的缺陷, 如频道数减少、带宽增大和信息量增大的不足. 而本文引入的chirp扩频技术不但可以克服以上缺点, 而且可以极大地提高通信系统的可靠性, 所以,在通信系统中引入chirp扩频技术是很有必要的[8].数据经过交织以后, 将处理的数据进行chirp映射.首先, 初始化频域的上调频信号和频域下调频信号,本文选用的chirp信号的长度是16, 可以达到16倍扩频的效果. 当接收到的比特数为1时, 那么输出保存的是输出的16个上调频数据, 如果接收到的数据是0,那么输出保存的是输出的16个下调频数据, 将所有的比特数据按照上面的方式输出.3.4 加窗技术通常情况下, 在OFDM系统中, 在加入CP以后,并没有再对OFDM信号进行处理. 对于矩形OFDM符号来说, 其功率密度的带外功率密度衰减很慢, 带外的辐射功率会很大. 本文提出了一种可以使功率谱密度衰减很快的方法, 即加窗技术. 对于OFDM信号来说, 加窗就会使得周期边缘的幅度慢慢过渡成0. 在本文中加窗函数选用的是余弦窗函数:其中(t)w表示余弦窗函数,ST表示加入循环前缀以后的数据周期长度, (1)STα+表示加窗以后的符号周期长度. 如果只是加循环前缀, 没有加窗的话, 那么带外功率得不到抑制. 经过处理以后的信号乘以窗函数, 相当于频域就是离散信号的频谱和窗函数频谱的卷积. 加窗以后的的数据:其中是S代表的是加窗以后的数据, win代表的是窗函数, L表示加了CP以后的数据. 从图中我们可以明显看出加窗以后, 带外功率得到抑制.3.5 chirp同步信号在OFDM系统中, 由于该系统发送的是有多个严格相互正交的子载波叠加而成的信号, 所以具有较高的峰均比, 对同步的要求也比较高[9]. 其中传统的串性捕获、并行捕获虽然各自都有优点, 但是相关程度的明显和总的运算复杂度并没有发生变化.本文提出了基于chirp的同步信号, 在非线性信号中, chirp信号的相关性最好, 所以在接收端做相关时, 会有很明显的峰值, 从而检测出峰值定位数据的起始位置. 加入同步信号是因为当接收端开始接受数据时, 由于水声信道存在噪声的影响, 所以接收端开始接收到的数据是包含噪声数据的, 加入同步信号的目的就是为了把噪声信号和有用数据区分开来[1], 程序中所用的chirp信号是由MATLAB生成的, 在非线性信号中, chirp信号的相关性最好, 所以选用chirp信号做同步信号, 加入同步信号后的频谱图如下所示, 右图为峰值检测图,接收端从峰值以后开始接收并处理数据.本文选用的OFDM参数如表1所示.为了验证该OFDM系统的性能, 在程序加入了高斯噪声, 多径以及多普勒的干扰[10], 并通过MATLAB仿真与OFDM系统相比较. 图9为高斯噪声和多径效应下的误码率曲线图. 其中黑色曲线为在高斯环境下不加入多径干扰的误码率曲线图, 其余3条曲线分别表示在不同信噪比时2、3和4径对应的误码率, 其延时分别为0.2ms、0.6ms和1ms. 绿线为2径是对应的误码率曲线图, 红线为3径时对应的误码率曲线图,蓝线为4径时对应的误码率曲线图. 从此图中可以看出, 系统受干扰的程度较小, 这是由于OFDM系统自身具有抗多径干扰的特性. 但是, 该系统在信噪比等于-17dB时, 误码率接近10-6. 而传统的OFDM系统,在信噪比为-8dB时, 误码率才接近为0. 所以该系统具有非常强的抗多径干扰的能力.图10 为高斯和多普勒环境下该通信系统的误码率曲线图. 其中黑色曲线为高斯环境下不加入多普勒频偏的误码率曲线图, 绿线为频偏0.5个子载波时的误码率曲线图, 红线为频偏0.75个子载波带宽的误码率曲线图, 蓝线为频偏1个子载波的误码率曲线图.传统的OFDM系统, 在通信过程中发生频偏后, 接收端几乎是不可能解调出来原始数据的, 因为OFDM系统对频偏很敏感. 从图中可以看出当信噪比大于-12dB时, 不同频偏下的误码率都为0. 所以通过该误码率曲线图可以表明该通信系统具有比较好的抗多普勒频移的特性.图11 水槽实验, 测试的环境选择的是长150cm、宽70cm、高70cm的透明玻璃水槽中. 将装有调试软件的PC与采集卡用专用USB连线相连; 其次将采集卡的输出与功率放大器的输入相连; 最后将功率放大器的输出与水声换能器相连. 接收端的步骤为: 首先将水声换能器与采集的输入相连; 其次将采集卡与装有调试软件的PC用专用USB连线相连. 为了便于观察随机生成100比特的数据作为比较, 通过比较可以看出发送和接收的比特数据完全相同, 从结果可以看出解调出的数据准确无误. 因此, 从仿真结果和实验结果分析可以得出, 在高斯噪声、多径效应和多普勒效应的影响下, 该系统仍然有较好的抗干扰特性.本文设计的OFDM系统与传统的OFDM通信系统相比, 具有很好的抗干扰能力. 其关键技术已经广泛地应用在无线电中, 但是由于水声信道比较复杂,因此, OFDM 的通信技术很少应用在水声领域中. 本文设计的通信系统中, 在原有的OFDM系统中加入了交织技术、chirp扩频和加循环前缀以及加窗等关键技术, 使得通信变得更加稳定. 并通过MATLAB仿真和分析, 验证了该系统的性能以及抗干扰能力.1 程恩,袁飞,苏为,等.水声通信研究进展.厦门大学学报(自然科学版),2011,50(2):271–275.2 Stojanovic M. Underwater acoustic communication. Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronice Engineering, John Wiley & Sons, Inc., 2015: 98–101.3 卜文强,程恩.基于TMS320C67X的水声语音通信系统的设计与实现[硕士学位论文].厦门:厦门大学,2014.4 Giacoumidis E, Le ST, Phillips ID, et al. Duai_polarization multi-band OFDM signals for next generation core networks. Magnetic Resonance in Medicine, 2014, 52(4): 699–703.5 Guwenkaya E, Arslan H. Orthogonal frequency divisionmultiplexing(OFDM) transmitter and receiver windowing for adjacent channel (ACI) suppression and rejection. N+g+2mN, 2014.6 林晓阳.线性调频信号水声调制技术的研究[硕士学位论文].厦门:厦门大学,2015.7 孙嘉.Chirp超带宽通信的调制和时间同步技术研究[硕士学位论文].成都:电子科技大学,2009.8 Wang J, Chen LY, et al. Implementation of the OFDM chirp waveform on MIMO SAP system. IEEE Trans. on Geoscience & Remote Sensing, 2015, 53(9): 1–11.9 鲁亚丽.OFDM水声系统同步技术的研究[硕士学位论文].武汉:华中科技大学,2012.10 魏莉,许芳,孙海信.水声信道的研究与仿真.声学技术,2008, (1):25–29.。
水声通信信道特性的建模与分析水声通信是一种可以在水下进行的无线通信技术。
由于水声传播环境的特殊性质，水声通信的信道特性与地面无线通信等有很大的不同。
因此，为了优化水声通信系统性能，需要对水声通信信道特性进行建模和分析。
本文将从多路径传播、衰减、拓扑结构等方面对水声通信信道特性进行探讨。
一、水声通信多路径传播水声通信的信道会出现多径传播的问题。
多径传播是指一个信号在传播过程中沿着不同路径到达接收端的现象。
当这些信号到达接收端时，会出现一定的时间差和相位差，导致信号干扰和失真。
因此，需要对水声通信信道中的多径传播进行建模和分析，以便在设计系统时对这些影响进行补偿。
建立水声通信信道多径传播模型需要考虑多种因素，包括水声信号的频率、信道的拓扑结构、传播距离和传播路径等。
多径传播的影响可通过信道衰减、时延扩散等方式进行描述。
其中信道衰减是指水声信号在传播过程中由于能量损耗而逐渐减小，而时延扩散是指信号到达接收端的时间差异。
对于水声信号的频率选择，一般会优先选用非低频信号。
因为在水下的传播中，低频信号会因为衰减和多径传播的影响而表现出明显的失真，使得接收端无法准确地还原原始信号。
而非低频信号在传播过程中会受到少量的衰减和干扰，同时其信号特性不容易被多种复杂的传播环境影响，更容易在水声通信中得到较为准确的还原。
二、水声通信信道衰减水声通信信道中会产生一些因素导致信号的衰减，如传播距离、水下控制和干扰等等。
因此，了解和描述信道衰减的特点对于进行水声通信建模和分析是非常重要的。
在水声通信中，信号会因为许多因素而衰减。
实际上，水声信号的衰减总是存在的，其强度主要受到水中分子的散射和吸收、传播距离的增加、和海底或其他水下装置的干扰等因素的影响，这些因素使得传输过程中的信号强度逐渐减小。
因此，在水声通信中，必须要对信道衰减进行建模和分析。
在数学模型中，通常采用衰减模型、路径损耗模型、能量损耗模型等来描述和处理信道衰减。
OFDM水声通信系统中同步技术研究的开题报告一、选题背景及意义随着水下资源的日益开发，水下通信技术的发展也越来越受到关注。
OFDM技术由于其带宽利用率高、抗干扰能力强等优点，成为水下通信技术中的重要技术之一。
然而，在OFDM水声通信系统中，由于信道复杂、水声信号传播受到很多影响等因素，信号同步成为影响通信质量的关键问题。
因此，对OFDM水声通信系统中的同步技术进行研究，对于提高水下通信的可靠性和稳定性具有重要意义。
二、论文研究内容及目标本论文旨在研究OFDM水声通信系统中的同步技术，包括时间同步、频率同步和符号同步。
主要研究内容如下：1. 分析OFDM水声通信系统的基本框架和信道特点，探究同步技术在系统中的作用和重要性。
2. 研究时间同步技术，包括基于信道估计的同步方法和基于参考信号的同步方法，并结合仿真实验进行性能比较和分析。
3. 研究频率同步技术，包括基于信道估计的同步方法和基于导频信号的同步方法，并结合仿真实验进行性能比较和分析。
4. 研究符号同步技术，包括基于导频信号的同步方法和基于基带信号的同步方法，并结合仿真实验进行性能比较和分析。
通过以上研究，旨在实现OFDM水声通信系统的同步技术优化，提高通信系统的可靠性和稳定性。
三、论文研究方法1. 分析OFDM水声通信系统的基本框架和信道特点，进一步明确同步技术的重要性。
2. 研究时间同步技术，在MATLAB环境下建立模型进行仿真分析，包括利用信道估计的同步方法和基于参考信号的同步方法，并对性能差异进行对比和分析。
3. 研究频率同步技术，在MATLAB环境下建立模型进行仿真分析，包括利用信道估计的同步方法和基于导频信号的同步方法，并对性能差异进行对比和分析。
4. 研究符号同步技术，在MATLAB环境下建立模型进行仿真分析，包括利用导频信号的同步方法和基于基带信号的同步方法，并对性能差异进行对比和分析。
五、预期成果1. 对OFDM水声通信系统中同步技术的研究，可为相关领域的研究提供参考和借鉴。
