水声通信体系中64qam调制解调技术概述与实现

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1、水声通信体系中64QAM调制解调技术概述与实现第1章绪论1.1论文研究背景及意义作为一个海洋大国，我国拥有广阔的海域面积，领海主权海域和内水总面积达到38万平方公里，并且具有长度为1.8万公里的大陆海岸线[1]。因此对于海洋的开发与保护，国家和社会越来越重视。立足于对海洋的探索，水下通信也由此得到了快速发展。水下通信[2]的应用最开始只在军事领域，近年来，在商用和环保领域也大力发展，比如海上石油产业的控制、水中污染检测和对海底工作站的记录等等。由于人们对海洋的全力开发，水下通信技术的发展具有巨大的前景。高速水下通信[3](HighSpeed

2、UnderunicationHSUFSK(multiplefrequency-shiftkeying)能消除载波相位敏感并有效克服水声信道的多途扩展，水声通信多采用此种调制方式，曾一度得到推崇。水声信道的带宽很窄，由于多进制频移键控在频带利用方面效率很低，所以不能满足高速的水声通信系统的要求。.第2章高速64QAM水声传输系统2.1系统基本原理近距离高速水声通信自上世纪90年代开始广受关注[19]。高速水声通信技术领域对于传输距离较近时，多进制相位键移和正交幅度相位调制这两种方式被广泛使用。本文把高速水声通信在短距离传输这种通信模型做为核心

3、研究内容，当在水下环境中，短距离范围内信号幅度会在一个狭小的区间内浮动，信息传输的载体可以选择信号幅度。由于水下环境复杂，造成水声通信的带宽受限。在这样的条件下，我们选择频谱利用率高，传输速率快的QAM调制系统。正交振幅调制[20]QAM(QuadratureAmplitudeModulation)是应用两路相互无关且互不干扰另一路的数字信号对两个彼此正交的相同频率载波做抑制载波处理的一种调制方式，同一带宽内的频谱正交性通过这种已调信号达到，这样就可以传输两路并行的数字信息。M-QAM调制的状态符号集中共有M个状态符号，因此正交幅度调制是一

4、种频带利用率很高的调制方式。通常情况下，在信道传输[21]的过程中，二进制字符在每个码元时间内含有一比特信息，而如果M进制字符，在每个码元时间内含有的信息量为k=log2M。由于QAM应用码元为M进制，当带宽相同时，数据速率与二进制字符传输相比增加k倍，因此在确定数据传输率的时候，应用M进制正交幅度调制将是二进制情况下所用带宽的1/k。64QAM信号共有64个信号点，组成一个64进制信号集。2.2高速64QAM调制系统信道是通信系统所必须的组成部分。在所有通信系统信道中，水声信道是最复杂的信道之一。海洋做为介质，是一个非常难以控制的声传播信

5、道，受到各种各样的自然因素、地理情况和随机因素的影响，以至于造成它的物理性质有相当大的不稳定性[24]。从通信的角度看，水声信道最主要的特点[25]有：有限带宽，水声信道的多径效应，信道环境噪声和多普勒频移。水声通信的带宽是由声波在水中的衰减程度决定的，因此可以根据所应用环境的传播距离来进行信号带宽的选取。当进行100km通信时,可用带宽只有大约1kHz左右。但在近距离通信时,不意味着可用带宽就可以随意选取。当进行近距离通信是,信号带宽受限制于发射换能器的发射频率特性。因此评估水声通信性能的一项重要指标就是频带利用率[27]。海洋噪声的有自

6、然噪声和人为噪声，不同的噪声源呈现出不一样的特性，包括方向性和频率性。这些噪声影响很广，包括发射功率、作用距离、接收信噪比和可靠性等。海洋环境噪声是指以安静的环境作为背景下的噪声，是由于洋流波浪、雷雨和行船噪声等引起的。在作用范围为10kHz到100kHz内，浅海噪声的功率谱比深海噪声的功率谱平均高10dB以上，并且深海环境要比浅海环境在噪声特性方面稳定得多。与深海环境噪声进行对比，浅海环境噪声不仅包含了深海噪声的噪声源，同时浅海区由于风暴、降雨和船只活动等因素，它的噪声谱级比深海噪声谱级要强很多。同时，由于人类众多活动和潮汐影响，随着空间

7、和时间的变换，浅海区的环境噪声引起很大的变化，因此仅仅能粗略地计算出浅海中的平均噪声谱级[28]。第3章64QAM水声系统建模与仿真.....223.1调制系统设计与仿真.......223.2水声信道的仿真模型设计与实现.......233.364QAM信号解调系统设计与仿真......253.3.1最大平均功率定时同步算法的仿真......253.3.2载波恢复算法的仿真与改进........263.3.3Bussgang盲均衡算法的仿真与比较.......303.4本章小结......33第4章DSP开发环境搭建与系统实现......

8、..344.1硬件开发平台........344.2DSP集成开发环境CCS简介....374.3水声通信系统DSP实现......3844.4本章小结......49第4章DS