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【作 者】
蒯小燕
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【学位年度】2017
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【学位授予单位】厦门大学
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【导师姓名】程恩
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【 关键词 】直接序列扩频正交频分复用水声双扩展信道脉冲噪声PSP
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【摘 要】
近年来，为了提高海洋信息获取能力，部署在目标海域的水声网络成为研究热点。网络中节点间需要具有信息交互的能力，常用的是水下声通信方式，可以实现大范围的信息互联，比如网络中簇内主节点向传感器子节点发送数据请求命令，传感器子节点将遥测数据返回。针对控制类信号传输，需要低速鲁棒的通信才能满足应用；而遥测数据类信号传输，需要高速的通信需求。明显地，已有的任何一种通信体制都不能有效地满足应用。因此，论文中控制类信号传输采用直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum， DSS...
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近年来，为了提高海洋信息获取能力，部署在目标海域的水声网络成为研究热点。网络中节点间需要具有信息交互的能力，常用的是水下声通信方式，可以实现大范围的信息互联，比如网络中簇内主节点向传感器子节点发送数据请求命令，传感器子节点将遥测数据返回。针对控制类信号传输，需要低速鲁棒的通信才能满足应用；而遥测数据类信号传输，需要高速的通信需求。明显地，已有的任何一种通信体制都不能有效地满足应用。因此，论文中控制类信号传输采用直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum， DSSS）调制技术，将窄带信号波形扩展到大的带宽上发送，满足低速通信的情况下，充分利用带宽资源，降低接收端对信噪比的要求，是常用的低速鲁棒通信方式；而高速通信采用正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM）调制信号传输，在较高信噪比情况下，OFDM调制是非常具有竞争力的水下高速通信方式。论文针对水声DSSS通信和OFDM通信，为克服水声信道大的传播时延、快信道时变及外部干扰等不利因素，分别研究了有效的接收机设计方式。对水声信道参数化建模，建立系统的输入输出关系，在理论推导的基础上，并通过数值仿真和外场实验数据验证提出的接收机性能。论文的主要创新点如下：（1）提出一种水声低扩频比DSSS通信中的PSP（Per-Survivor Processing， PSP）检测接收机设计。首先，论文研究了水声DSSS通信中的PSP检测处理，扩频因子设计在几十的数量级，联合PSP检测与稀疏信道估计处理，在较低信噪比的快速变化信道下，接收机具有稳健地通信性能。为了提高通信速率，减小数据的传输时延，进一步研究了水声低扩频比DSSS通信。随着扩频因子减小，传统的PSP检测接收机复杂度呈指数性增长。为了克服传统PSP检测接收机中扩频因子的约束问题，论文提出一种并行分支处理结构的PSP检测接收机设计。注意，传统已存在的接收机设计都使用了几十或几百的扩频因子，而论文中提出的接收机设计只使用个位数大的扩频因子，这种扩频因子设计是介于传统的DSSS通信与单载波通信之间；然后，扩频系统中加入信道编码模块，传统的PSP检测接收机中没有信道编码，提出的接收机在每个分支上，单独地执行联合信道估计和有干扰消除的PSP检测，将每个分支上计算出的对数似然比信息，通过最大比合并后输出用于信道译码；最后，基于仿真和美国马莎葡萄岛（Martha's Vineyard）沿海岸的外场实验数据，验证提出的接收机在时变水声信道下仍具有鲁棒的通信性能，提出的有干扰消除的PSP检测接收机性能优于没有干扰消除的接收机，在低扩频比下，传统的RAKE 接收机不能有效的工作，提出的接收机比传统的RAKE接收机具有更优的性能。（2）提出一种水声OFDM通信中的脉冲干扰消除接收机设计。首先，论文提出一种基于LS处理的联合多普勒频移与脉冲噪声估计接收机，具有较低的复杂度；然后，基于非迭代处理获得的信道估计与判决符号，提出一种迭代处理的接收机设计；最后，基于收集的实际噪声样本，采用混合高斯分布对其进行拟合，拟合的参数用于产生仿真测试中的脉冲噪声。基于仿真和台湾海峡外场实验数据，验证了提出的接收机设计能有效地消除脉冲噪声的干扰，特别地，提出的迭代接收机性能接近没有脉冲噪声干扰的参考接收机性能。
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【文献类型】
学位论文
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