基于FPGA的水声通信技术研究与实现

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1、基于FPGA的水声通信技术研究与实现摘要随着海洋开发和信息产业的发展，利用海洋信道传输数据信息的需求大为增加。在这种需求的牵引之下以及海洋通信本身所具有的挑战性，使得在海洋中实现高速率、高可靠性的信息传递成为当今人类的重要研究课题。本论文针对国家863科研项目——基于传感器网络的深远海环境监测体系结构及关键技术研究开展工作，主要致力于水声通信系统的研究和设计。根据水声通信的特性和国内外水声通信的研究成果及研究方法，本论文提出了基于SoPC技术的水声通信系统总体设计方案并开发实现，为项目整体功能的实现以及相关

2、网络通信协议的正常运行，提供了通信保证。本论文主要工作之一，是结合当前水声通信领域取得的成果，提出了4FSK调制方式结合曼彻斯特编码的水声通信算法。利用频率调制本身对于相位变换不敏感的特性，抑制了水声信道中多途效应引起的相位偏移以及能量衰减。并且利用曼彻斯特编码作为信源编码，为信号传输的可靠性提供保证，同时为解调过程提供了充分的同步信息。本论文的另一个主要工作，是采用基于FPGA的硬件开发平台，利用SOPC技术，具体实现了水声通信过程主要模块的逻辑设计，以及相关的软件控制功能设计。同时，设计水声通信数据采样

3、存储功能，保证水声通信数据的实时采样与存储。设计和开发过程中采用软硬件协同方式，使系统达到了高性能处理、高灵活性、可移植、可裁剪及降低成本的要求。最后，论文通过大量的计算机仿真工作，以及现场实验，验证了算法的可行性以及实现方式的可靠性。根据本系统实际研究开发的结果，总结分析了系统的特点，并根据目前设计中的遇到的问题提出了下一步研究的建议。关键字：水声通信；四载波频率调制；曼彻斯特编码方式；可编程片上系统；软硬件协同设计TheUnderwaterCommunicationTechnoIogy’SResearc

4、handRealizationBasedonFPGAABSTRACTWRhtherapiddevelopmentoftheocea,nandinformationtechnology,therequirementoftransmittingthedatathroughtheunderwaterchannelisincreasinggreatly,anditbecomesaveryimportantprojectforUStomakehighdata-rateandhighreliableinformatio

5、ntransmissionintheoceantoday．Asthesub·projectofthenational863project，thisthesismainlyconcentratesontheresearchanddevelopmentoftheunderwateracousticcommunications)，stem．Accordingtotheunderwatercommunication’Scharacterandtheoutcomeofthedomesticandinternation

6、alresearch．thisthesisputsforwardthetotaIdesignmethodbasedonSOPCtechnique．TKsthesisenablesthe863project’Srealizationandthecommunicationprotocol’Srunningbetweenrelativenetworks．firstimportantcomentofthisthesisiStoputforwardthe4FSKmodulationalgorithmwithManch

7、esterCodingasthemaincommunicationmethod，accordingtotheresultinunderwatercommunicationfield．Becausethefrequencymodulationisn’tsensitivewiththechangeofthephase，itCanovercometheswiftofphaseandfadingofenergywhichiScausedbywaterchannel．111eManchesterCodingCanpr

8、ovideenoughsynchronousinformationandassureforreliabilityofthesignaltransmission．Anotherimportantcontentoft11iSthesisistousetheFPGAplatform．inadditionSOPCtechnology,andtorealizethelogicdesignofthemainmoduleoft