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高速水下传感器网络信道建模和容量分析

作　者: 杨雪
导　师: 金志刚
学　校: 天津大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 水声通信信道建模射线跟踪信道容量注水算法
分类号: TN929.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

水下传感器网络是传感器技术、无线网络技术与水下通信技术相结合而产生的新研究领域，其中水下通信技术研究的关键环节包括：水声传播模型、水声通信模式和水声换能器等。为了适应水下传感器网络高速率业务的需要，越来越多的通信技术被提出并应用到水声通信中，其中OFDM和MIMO技术因其具有抵御信道频率选择性衰落和成倍的增加系统吞吐量的特性，被多数方案选择为物理层的技术标准。本文对水下传感器网络的底层通信技术进行了研究。首先分析了水声通信的多径传播环境，利用BELLHOP射线跟踪模型分析了水声信号在传播过程中的能量损耗和散射、折射情况，仿真结果表明水声多径传输的波达结构有明显的时延，信道冲激响应具有明显的稀疏特性，能量分布比较分散。课题还对OFDM-MIMO的水声通信的信道容量极限和限制条件进行了研究，分析了在不同MIMO换能器阵元功率分配算法下的信道容量，并推导了当收发节点存在相对运动时MIMO时空相关性改变所导致的信道容量变化。同时，为了实现数据速率的最大化，使用了OFDM注水功率分配算法，使得频谱功率效率得到优化。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 论文研究背景  7-9
  1.2 水声通信研究的历史  9-10
  1.3 水声通信研究的现状  10-12
  1.4 论文主要工作和结构安排  12-14
    1.4.1 论文的主要工作  12-13
    1.4.2 论文结构安排  13-14
第二章 UAC水声多径信道建模  14-28
  2.1 水声信道传播损耗  14-16
    2.1.1 扩展损耗  14-15
    2.1.2 吸收损耗  15
    2.1.3 边界损耗  15-16
  2.2 射线跟踪模型  16-19
    2.2.1 射线跟踪法理论推导  16-17
    2.2.2 BELLHOP射线跟踪模型  17-19
  2.3 基于射线跟踪的信道建模  19-20
  2.4 声场仿真实验与分析  20-27
    2.4.1 实验场景设计  20-22
    2.4.2 实验结果及分析  22-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章 UACMIMO信道容量分析  28-43
  3.1 MIMO信道容量理论  28-31
    3.1.1 等发射功率的MIMO信道容量  29-30
    3.1.2 优化发射功率的MIMO信道容量  30-31
  3.2 空间相关性对信道容量的影响  31-36
    3.2.1 阵元布局和能量模型  31-33
    3.2.2 阵元间距的选择  33-36
  3.3 动态MIMO信道容量分析  36-39
    3.3.1 移动MIMO信道收发模型  36-38
    3.3.2 动态MIMO信道容量推导  38-39
  3.4 水声MIMO信道容量仿真  39-41
  3.5 本章小结  41-43
第四章功率谱优化算法  43-51
  4.1 OFDM功率分配  43-46
    4.1.1 注水算法原理  43-44
    4.1.2 注水功率推导  44-46
  4.2 频域注水算法  46-49
    4.2.1 单路子载波系统模型  46-47
    4.2.2 基于循环预编码的注水算法  47-49
  4.3 OFDM功率优化仿真  49-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章总结与展望  51-53
  5.1 总结  51
  5.2 展望  51-53
参考文献  53-57
发表论文和参加科研情况说明  57-58
致谢  58

高速水下传感器网络信道建模和容量分析

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