移動水聲OFDM通信系統(tǒng)多普勒效應(yīng)估計(jì)補(bǔ)償算法研究.pdf

1、水聲通信技術(shù)在軍事、民用、海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境考察等方面具有非凡的意義。移動水聲通信技術(shù)在水下軍事領(lǐng)域、海洋信息采集與傳輸?shù)葘?shí)際的水下通信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。移動雙方如何做到高速、高效、高精度的通信是水聲通信領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向之一。較之于無線電波，聲信號的傳播速度僅為約1500m/s，在水聲信道環(huán)境下，收發(fā)端的任何相對移動都會給水聲通信系統(tǒng)帶來強(qiáng)烈的多普勒效應(yīng)，造成接收信號的頻率移位和擴(kuò)散。而OFDM系統(tǒng)作為高速水聲通信的主要解

2、決方案之一，僅可以容忍遠(yuǎn)小于其子載波間隔的頻偏（頻偏容限為子載波間隔的2％），任何殘余頻偏都會破壞子載波間的正交性，造成子載波間干擾而造成系統(tǒng)的高誤碼平臺，嚴(yán)重惡化系統(tǒng)性能。因此在高噪聲、高頻率選擇性衰落、多普勒效應(yīng)強(qiáng)烈的水聲信道環(huán)境下，要實(shí)現(xiàn)移動水聲OFDM通信系統(tǒng)，多普勒效應(yīng)的估計(jì)與補(bǔ)償是亟待解決的關(guān)鍵問題。
　　本文在研究傳統(tǒng)多普勒估計(jì)算法的基礎(chǔ)上，提出了一種新的基于快速傅立葉變換(FFT)的多普勒因子估計(jì)算法。提出的算法在

3、保持原有有效數(shù)據(jù)長度的基礎(chǔ)上，解決了由FFT頻譜泄漏帶來的估計(jì)精度受限的問題。同時，借鑒無線OFDM通信系統(tǒng)的載波偏移補(bǔ)償算法及前人在移動水聲OFDM通信系統(tǒng)的研究成果，根據(jù)水聲OFDM通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文采用了“兩步走”——將重采樣算法及OFDM系統(tǒng)載波偏移補(bǔ)償算法相結(jié)合的水聲多普勒效應(yīng)補(bǔ)償方案，構(gòu)建了移動水聲OFDM通信系統(tǒng)，并在廈門港附近海域進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。海試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的算法能夠良好的估計(jì)出收發(fā)兩端的相對運(yùn)動速度;構(gòu)建的

4、通信系統(tǒng)能夠在其工作頻段(10～15kHz)上，在10kn的相對運(yùn)動速度下，實(shí)現(xiàn)單發(fā)單收、非編碼系統(tǒng)的誤碼率為10-2數(shù)量級、信息傳輸速率為5.80kbps的移動通信。
　　論文的主要研究工作如下:
　　1.系統(tǒng)介紹國內(nèi)外多普勒效應(yīng)估計(jì)與補(bǔ)償算法及移動水聲OFDM通信系統(tǒng)的研究概況;
　　2.針對水聲信道強(qiáng)多普勒、強(qiáng)多徑效應(yīng)等特點(diǎn)，研究并建立了水聲多徑多普勒信道的信道模型;
　　3.分析了FFT的頻譜泄漏及柵欄效

5、應(yīng)。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了“初始角頻率可調(diào)的FFT變換”，并基于此提出了新的多普勒效應(yīng)估計(jì)算法，實(shí)現(xiàn)了在保持原有采樣率及有效信號長度的前提下，估計(jì)算法精度的大幅提高;
　　4.在所建立的多徑多普勒信道模型下對提出的多普勒效應(yīng)估計(jì)算法進(jìn)行了性能仿真，并與經(jīng)典算法進(jìn)行了估計(jì)性能對比;
　　5.針對水聲寬帶多普勒效應(yīng)的特點(diǎn)，采用“兩步走”的水聲OFDM系統(tǒng)多普勒效應(yīng)補(bǔ)償方案，構(gòu)建了移動水聲OFDM通信系統(tǒng);
　　6.在廈門港附近海