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水下E-mail传输系统研究

作　者: 林耿超
导　师: 许克平
学　校: 厦门大学
专　业: 无线电物理
关键词: 多途径效应频率分集跳频技术 E-mail
分类号: TN929.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

长久以来人们希望能建立起一个陆、海、空三维空间移动互联通信网，使人们可以在任何时间，任何地点与任何人进行通信。当代移动技术，使人们能够方便地实现陆地和空中通信。但是水下通信成为制约三维移动互联通信网的最大障碍。水声信道是一个复杂的时、空、频变参随机多径传输的信道。而且，存在着环境噪声高，带宽窄，可用载波频率低和传输时延大等诸多不利因素。这些因素极大增添了水下通信的难度，使得一些通用的成熟技术无法直接应用。因而，实现误码率低，数据率高的水声数据通信是非常困难的。本文从分析浅海水声信道的传输特性入手，针对多途径效应引起的幅度衰落及码间干扰问题，提出一种适用于水声E-mail通信的十六进制(或八进制)数字频移键控(MFSK)传输系统。采用频率分集技术及跳频技术相结合的办法来抗多途干扰。详细阐述了频率分集和跳频技术的基本原理，重点分析了水声通信中频率分集在解决幅度衰落问题和跳频技术在处理码间干扰问题上的有效作用。本文的创新之处是：解决多径干扰引起的幅度衰落，通常是采用幅度判别来取舍接收信号，然而这种方法不适用于MFSK信号检测，针对如何判定MFSK传输系统中频率分集的最优分集支路问题，本文提出了一种新的、有效的、切实可行的判别方法——瞬时相位抖动值判别法。该方法起到保证MFSK传输系统使用频率中文摘要统使雨频率分集技术能得以有效的实现；并可用于提高MFSK信号检测精度，因此在频率信号检测中它有广泛应用意义，它是本文重要创新之处。在2000年，美国海军成功通过水声链路并接入Internet 网络发送E－mail，这具有重要的战略意义；从科学技术发展的角度来看是喜讯，但对我们这样一个海洋大国来说，更现实的意义在于鞭策自己的科研工作。为此，本研究的水声数字信号频带传输方案直接应用于水下E－mail的传输上，为陆、海、空三维空间移动互联通信网的建立迈出坚实的一步。该论文给出了具体的系统设计方案及相应的软硬件实现方法。并对在论文完成过程中出现的一系列问题进行了详细分析。本研究在实验室完成了水声链路的 E－mail传送，其接收数据，检测准确、可靠、重复性好，达到预期目标。后续的工作只要把十六进制改为八进制（此工作不难）的数字频移键控传输系统，借以提高跳频的子带数目，即增加跳频点，可期适于海上的应用。

全文目录

前言  9-11
第一章海洋的声学特性  11-20
  1．1．海水中的声速  11-14
    1．1．1．声速经验公式  11-12
    1．1．2．海洋中的声速变化  12-14
      （一）海洋中声速的垂直分层性质和声速梯度  12
      （二）海洋中声速的基本结构  12-14
  1．2．浅海声信道的物理特性及解决方法  14-19
    （一）多途径效应  14-17
    （二）多途径效应的影响  17-18
    （三）浅海声信道的其他特性  18-19
  1．3．结论  19-20
第二章水声数据通信系统中的分集技术  20-36
  2．1．分集技术  20-22
    （一）空间分集  20
    （二）时间分集  20-21
    （三）极化分集  21
    （四）频率分集  21-22
  2．2．分集技术中的接收方法  22-23
    （一）选择分集  22
    （二）反馈或扫描分集  22
    （三）最大比率合并  22-23
    （四）等增益合并  23
  2．3．频率分集技术的实现  23-27
    （一）同步的分集实现  23-24
    （二）数据的分集实现  24
    （三）频率分集的实验数据  24-27
  2．4．多进制数字移频键控双重频率分集的判定准则  27-34
    （一）瞬时相位抖动值判定准则  27-33
    （二）鉴频技术  33-34
    （三）瞬时相位抖动值判别法的实现方法  34
  2．5．结论  34-36
第三章水声数据通信系统中的跳频技术  36-45
  3．1．扩频调制技术  36-40
    （一）扩频数字通信系统的模型  36-37
    （二）跳频通信的基本原理  37-39
    （三）扩频信号的同步  39-40
  3．2．跳频通信系统的实现  40-43
    （一）跳频系统的方案  40-42
    （二）跳频系统同步的实现  42-43
  3．3．分集技术与跳频技术的系统实现  43-44
  3．4．结论  44-45
第四章电子邮件发送与串口通信  45-52
  4．1．电子邮件的发送  45-49
    （一） TNMSMTP的属性  45-46
    （二） TNMSMTP的函数  46
    （三） TNMSMTP的事件  46-47
    （四）使用TNMSMTP的技术要点  47-49
  4．2．串口通信  49-52
    （一） MSComm控件的重要属性  49-50
    （二）使用MSComm控件的技术要点  50-51
    （三）串口通信的使用技巧  51-52
第五章水下E-mail实验通信机研制  52-68
  5．1．水下E-mail通信机发射部分  52-56
    （一）发射方案  52
    （二）系统框图及软、硬件组成  52-56
  5．2．水下E-mail通信机接收部分  56-66
    （一）接收端的系统框图及各功能模块实现  56-66
  5．3．结果  66-68
第六章总结  68-69
参考文献  69-70
致谢  70-71
附录一：水下E-mail发射机PC机程序  71-74
附录二：水下E-mail发射机单片机程序  74-80
附录三：水下E-mail接收机同步-单片机程序  80-83
附录四：水下E-mail接收机解码-单片机程序  83-91
附录五：水下E-mail接收机PC机程序  91-96

水下E-mail传输系统研究

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