水聲通信網(wǎng)中的mc-cdma技術(shù)研究

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1、廈門大學(xué)學(xué)位論文著作權(quán)使用聲明本人完全了解廈門大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。廈門大學(xué)有權(quán)保留并向國家主管部門或其指定機構(gòu)送交論文的紙質(zhì)版和電子版，有權(quán)將學(xué)位論文用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文進入學(xué)校圖書館被查閱，有權(quán)將學(xué)位論文的內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，有權(quán)將學(xué)位論文的標題和摘要匯編出版。保密的學(xué)位論文在解密后適用本規(guī)定。本學(xué)位論文屬于2、不保密(0作者簽名：徼未。數(shù)日期：加腳r月習(xí)日導(dǎo)師簽名：餌互日期：伽驢年f月匆日第一章緒論1．1引言早在第二次世界大戰(zhàn)之后，水聲通信就已出現(xiàn)。水聲通信最初主要是應(yīng)用于

2、軍事領(lǐng)域，最近十幾年來，隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)和利用，如近年來環(huán)境系統(tǒng)的污染監(jiān)測、海上石油工業(yè)的遙控以及不回收儀器設(shè)備而直接獲取海底工作站記錄的科學(xué)數(shù)據(jù)等等，使得水下信息通信技術(shù)的商用前景越來越廣闊，相應(yīng)地，也促進了水下通信技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)在水聲通信已廣泛應(yīng)用于潛艇之間的通信、水面艦艇與潛艇的通信、海上遙控和遙測、遙感、水下測量設(shè)備記錄數(shù)據(jù)回送、水下圖像傳輸、語音傳輸和水聲局域互聯(lián)網(wǎng)(ALAN)等多個方面。這些技術(shù)的發(fā)展和成熟，使得水聲通信已經(jīng)發(fā)展到建立水聲網(wǎng)絡(luò)的階段【II。近年來，隨著世界各國海洋開發(fā)步伐的

3、加快以及水聲通信技術(shù)和水聲Modem技術(shù)的不斷發(fā)展，世界各國對海洋信息獲取、環(huán)境監(jiān)測、海岸防御等要求急速增長，對水下傳感器網(wǎng)絡(luò)、水下監(jiān)視系統(tǒng)、水聲預(yù)警網(wǎng)絡(luò)等等的需求也愈來愈迫切，使得海洋水聲通信網(wǎng)絡(luò)這一概念一經(jīng)提出就被廣為接受并成為世界范圍內(nèi)的研究熱點【1。9J。1．2研究背景和意義1．2．1水聲通信網(wǎng)發(fā)展概況水聲通信網(wǎng)這一概念是由Wood’SHoleOceanographicInstitution(WHOI)于1994年提出的【9】，從1994年到現(xiàn)今的短短十幾年時間，水聲網(wǎng)絡(luò)在世界范圍內(nèi)受到了極大的關(guān)注并得到

4、了迅速的發(fā)展。在國外，迄今為止已研究出的、規(guī)模最大的水聲網(wǎng)絡(luò)是美國的Seaweb網(wǎng)絡(luò)[10-11]。Seaweb網(wǎng)絡(luò)首先在舷外可部署自治分布系統(tǒng)(DeployableAutonomousDistributedSystems，簡稱DADS)中應(yīng)用。DADS固定部署在水深50m--一300m的海底處，傳感器節(jié)點間距為2--一5km，由潛艇、水面艦艇或飛機布放，也可由水聲通信網(wǎng)中的MC．CDMA技術(shù)水下自治運載器(autonomousunderseavehicles，AUVs)或無人水下航行器(unmannedunde

5、rseavehicles，UUVs)布放，再利用水聲Modem進行通訊。這種靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)允許任意選擇節(jié)點類型、節(jié)點密集程度和覆蓋范圍，信息速率可以在800bit／s至300bit／s之間變化，因而可以不斷地擴展。美國空海作戰(zhàn)系統(tǒng)中心(SPAWAR)和海軍研究署已于1998年開始對Seaweb網(wǎng)絡(luò)進行了連續(xù)幾年的試驗，Seaweb2000的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點已達17爪【81，而Sebweb2004年的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點已經(jīng)高達40爪【10I。這些試驗結(jié)果證明，在淺海惡劣環(huán)境條件下利用水聲網(wǎng)絡(luò)在廣闊海域進行高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸是可行的。美國

6、在MontereyCanyon建立了深水聲通信局域網(wǎng)絡(luò)，這是第一代的ALAN網(wǎng)絡(luò)，其監(jiān)測范圍為5．10公里，水下節(jié)點與海面浮標之間利用10．30kHz的垂直聲信道、浮標與岸基通過射頻的方式通信。目前對水聲自組網(wǎng)絡(luò)研究最為前沿的是美國Northeastem大學(xué)的EthemM．Sozer,MilicaStojanovic和JohnGProakis，他們最早提出了水聲組網(wǎng)通信的概念【31，他們在文獻[3】中借鑒了現(xiàn)有成熟的無線網(wǎng)絡(luò)技能和關(guān)鍵技術(shù)，具體描述了水聲網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計原理，探討其網(wǎng)絡(luò)的多路訪問、媒體接入、自動重傳請求

7、以及路由選擇方法，并給出了一個淺海水聲網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計實例，利用OPNET工具測試了該網(wǎng)絡(luò)的性能。歐共體在MAST(MarineScienceandTechnologyProgramme)計劃的支持下，發(fā)展了一系列化的水聲通信網(wǎng)絡(luò)研究計劃：ACMEProject，LOTUSProject，SWAN(ShallowWaterAcousticcommunicationNetwork)Project，ROBLINKS(LongRangeShallowWaterRobustAcousticCommunicationLinks)

8、Project等等。其中，ACME計劃的目標是適用于淺水通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健通信和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)中最小節(jié)點數(shù)3個，水深6．10米，節(jié)點距離200—2000米，比特率最高為lkbit／s。LOTUS計劃適于超淺信道中的長距離通信，其點對點通信距離可達10公里，載波頻率8kHz，通信速率最高4kbit／s，該系統(tǒng)針對超淺水域中存在強烈、時變的混響干擾以及多用戶同時發(fā)射會造成嚴重的串