深海走航剖面儀目標(biāo)探測(cè)信號(hào)傳輸率優(yōu)化仿真.docx

1、第34卷第11期計(jì)算機(jī)仿真2017年11月文章編號(hào)：1006-9348(2017)11-0184-06深海走航剖面儀目標(biāo)探測(cè)信號(hào)傳輸率優(yōu)化仿真鄭羽'，尚應(yīng)生I宋國(guó)民I,李紅志2(1.天津工業(yè)大學(xué)電信學(xué)院，天津300387；2,國(guó)家海洋技術(shù)中心，天津300112)摘要:現(xiàn)有單赦波傳輸方式下，深海走航投弁式剖面儀的信號(hào)幅值會(huì)隨信號(hào)速率增大而劇烈衰減，從而使得信號(hào)傳輸準(zhǔn)確性降低,嚴(yán)重影響了信號(hào)傳輸速率的提高，提出了對(duì)抗信道衰落和窄帶干擾的正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing.OFDM)技術(shù)，以增加載波數(shù)址來(lái)提高倡道帶寬利用率，在保證準(zhǔn)確

2、性的同時(shí)提高投棄式溫鹽深剖面(ExpendableConductivity-Temperature-Deplhprofiler.XCTD)信號(hào)傳輸速率。設(shè)計(jì)基于SIMLLINK平臺(tái)的OFDM算法仿真系統(tǒng)，從XCTD信道模型入手.針對(duì)不同的傳輸頻率、探測(cè)深度和噪聲量級(jí),分析了OFDM算法與ASK、DPSK單載波的傳輸方式。通過(guò)OFDM算法與單裁波傳輸方式對(duì)比的仿食結(jié)果表明.OFDM算法對(duì)于提高XCTD信號(hào)傳輸速率具有較高的可行性和有效性,對(duì)提高深海走航投棄式剖面儀信號(hào)傳輸速率的研究提供(種新的思路。關(guān)鍵詞：正交頻分復(fù)用;投奔式溫鹽深剖面儀;帶寬利用率;傳輸速率中圖分類號(hào):TN802文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

3、TheOptimalSimulationofTransmissionRateofInvestigatedSignalofDeep-SeaUnderwayProfilerZHENGYu1,SHANGYing-sheng1,S()NGGuo-min1,LIHong-zhi2(1.SchoolofInformationandElectricalEngineering,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China；2.NationalOceanTechnologyCenter,Tianjin300112,China)ABSTRACT:Inthemod

4、eofexistingsingle-carriertransmission,theamplitudeofthesignalofdeep-seaunderwayexpendableprofilerwillbeseverelyattenuatedwiththeincreaseofthesignaltransmissionrate,whichresultsinloweraccuracyofdatatransmission.Sothesituationseriouslyaffectstheraiseofsignaltransmissionrate.ThispaperpresentedOFDMtechn

5、ologywhichcanconfrontchannelfadingandnarrowbandinterference.ItimprovesthesignaltransmissionrateofExpendableConductivity-Tempfratun;-Depthprofilerundertheconditionofensuringtheaccuracywiththeincreaseofbandwidthutilizationbyincreasingthenumberofcarriers.WedesignedthesimulationsystemofOFDMalgorithmbase

6、dontheSIMULINKsimulationplatform.StartingwiththeXCTDchannelmodel,accordingtodifferenttransmissionfrequency,investigationdepthandnoiselevel,thepaperanalyzedOFDMalgorithmandthesingle-carriertransmissionmodeofASK,DPSK.thesimulationresultsthatOFDMalgorithmiscomparedwiththeexistingsingle-carriertransmiss

7、ionmodeshowthatOFDMalgorithmhashighfeasibilityandeffectivenessforimprovingsignaltransmissionrateofXCTD.Itprovidesanewmethodfortheresearchofimprovingthetransmissionrateofdeep-seaunderwayexpendableprofiler.KEYWORDS:Orthogonalfrequencydivisionmultiplexing(OFDM);Expendableconductivity-temperature-depthp

8、rofiler(XCTD);BandwidthutilizationTransmissionrate1引言深海走航投棄式剖面儀是國(guó)外研制成功并得到快速發(fā)展的一種先進(jìn)剖面探測(cè)設(shè)備，其具有走航、實(shí)時(shí)、大面積、低基金項(xiàng)目：天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃(I4JCYBJC16300)；國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510058035)收稿日期：2016-10-17修回H期：2016-11-10成本和高精度測(cè)量的特點(diǎn)，其主要的產(chǎn)品類型為溫度剖面儀(XBT)、溫鹽剖面儀(XCTD)、聲速剖面儀(XSV)和海流剖面儀(XCP)等，其中XCTD是典型應(yīng)用之一,近幾年一直受到海洋學(xué)家及研究學(xué)者的高度

9、重視IX)o日本的鶴見(jiàn)精機(jī)有限公司(TSK)以及美國(guó)的洛克希德馬丁斯皮坎公司(LockheedMartinSippican)在XCTD技術(shù)上一直處于也界領(lǐng)先水平，它們所生產(chǎn)的產(chǎn)品基本上壟斷了全球的市場(chǎng)，然而其核心技術(shù)卻對(duì)非盟友國(guó)家實(shí)行封鎖。國(guó)外海洋儀器研發(fā)機(jī)構(gòu)出于商業(yè)考慮，未對(duì)這類問(wèn)題的研究成果進(jìn)行過(guò)公開(kāi)。近年來(lái)我國(guó)在研究XBT基礎(chǔ)上加快了XCTD的研究步伐。2009年9月，陳雷等S研究XCTD數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)線材質(zhì)的特殊性和導(dǎo)線長(zhǎng)度的時(shí)變性，研制了基于ASK調(diào)制的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)2010年6月，賈志成等提出了基于曼徹斯特編碼的單載波基帶數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),但仍然無(wú)法解決單載波傳輸方式下,XCTD信道傳輸速率

10、低下的問(wèn)題。目前XCTD信道主要采用單載波ASK、DPSK傳輸方式，但單載波傳輸方式下提高信道的傳輸速率，信號(hào)的幅值將大大減小。本文針對(duì)單載波傳輸方式下信號(hào)速率受限的難題，提出了可以對(duì)抗信道衰落和窄帶干擾的OFDM技術(shù)，其在水聲、深空、光通信領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值8-，,o本文搭建了基于SIMULINK平臺(tái)的OFDM算法仿真系統(tǒng)，從信號(hào)的不同傳輸速率、探測(cè)深度及信噪比等角度進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證了OFDM算法對(duì)于提高深海走航投奔式剖面儀的傳輸速率的可行性和有效性。本文基于XCTD信道模型的OFDM算法仿真系統(tǒng)對(duì)XCTD傳輸速率的研究具有重要的參考價(jià)值。2XCTD信道的傳遞函數(shù)建立XCTD類儀器傳輸

11、信道具有相同的特點(diǎn)，考慮到儀器成本、重量以及特殊的工作環(huán)境等原因,XCTD類儀器信道傳輸線采用了直徑約為0.1mm的單根雙股漆包線。傳輸線以螺旋電感的形式纏繞成兩個(gè)線軸分別安裝在水下探頭和船上發(fā)射裝置內(nèi)部，在探頭下降過(guò)程中，水上和水下線軸在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中同時(shí)不斷釋放線纜,水中展開(kāi)線纜長(zhǎng)度不斷增加，兩個(gè)線軸上的線纜長(zhǎng)度不斷減少。根據(jù)放線過(guò)程中各參數(shù)的變化規(guī)律，對(duì)課題組之前的電路模型【進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如圖1所示。XCTD的信道由水下線軸、展開(kāi)傳輸線和水上線軸三部分組成，因而建立的信道電路模型由三個(gè)子模塊組成。其中L1、R1是水下線軸的電路參數(shù),R3、R4為放出的平行導(dǎo)線的電阻,C3為放出的平行線的分布電

12、容,L2、R2為水上線軸的電路參數(shù)，負(fù)載端選用1MQ的電阻R0。由于XCTD信道傳輸線為平行雙股漆包線，纏繞方式、工作環(huán)境等影響因素完全相同,所以電路模型具有上下對(duì)稱且對(duì)稱參數(shù)數(shù)值相等的特點(diǎn)。圖1XCTD信道的電路模型優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)XCTD信道的電路優(yōu)化模型及傳遞函數(shù)的計(jì)算方法,XCTD信道的傳遞函數(shù)如式(1)所示。"(Z)=(I-Z七蒞)(S|f)(S|,+(1)(1-S2)(S2-S3)如也(1-)(sts2-S$3-+«32)3其中參數(shù)的表達(dá)式如式(2)所示，電容電感電阻等參數(shù)的作用見(jiàn)圖1所示。bl+b2b=1r+363o-t9加了=_6：(氣l).季(3屈.3)186

13、,2aT6-M招_3代b,(Ai+i)b2+6M廠一團(tuán).3壓+3)-呻=+少(氣D.6b188；。+礦粉。.矗-費(fèi)+哉by=4L)LjCyb2=2CJL1(/e0+2R2)+4(2&+2R)b】=2C3(«,+«)(«o+2R,)+2(4+右)bo=R。+2R+2R2+2RR=R3=Rt(2)結(jié)合XCTD信道的傳遞函數(shù)，對(duì)XCTD信道在2000m深度范圍內(nèi)進(jìn)行多次測(cè)量,其電感、電容、電阻值的變化趨勢(shì)如圖2所示。線軸在水下放線過(guò)程中，線圈纏繞電感值L1J2的變化區(qū)間為1.734H10.150,7,分布電容值C3的變化區(qū)間為0.10958/zF2.19160“

14、FWm,在XCTD信道測(cè)俄中電感的變化量與放線長(zhǎng)度成反比，而電容的變化鼠則與放線長(zhǎng)度成正比。電阻只與傳輸線的長(zhǎng)度和材質(zhì)相關(guān)，在整個(gè)工作過(guò)程中為恒定值，其中展開(kāi)線的電阻值R3、A4的變化區(qū)間為4529040,線圈中電阻值R1、R2的變化區(qū)間為4294。0/20通過(guò)對(duì)XCTD信道的阻抗參數(shù)的變化趨勢(shì)分析以及本課題組之前的研究報(bào)道3叫.XCTD信道的特點(diǎn)如下:高階線性時(shí)變性;低通窄帶衰落特性;傳輸信號(hào)信噪比低?；赬CTD信道的特點(diǎn)，單載波傳輸方式下，信號(hào)的幅值隨傳輸頻率和測(cè)量深度增大而變化的特性曲線如圖3所示。在同一探測(cè)深度下,信號(hào)的幅值隨著傳輸頻率的增大而劇烈衰減;在一定的傳輸頻率下，隨著探測(cè)深

15、度的增大，信號(hào)的幅值衰減越大;在保持相同的幅值條件下，隨著探測(cè)深度的增大，信號(hào)傳輸?shù)膸挻蟠蠼档?。因此在單載波傳輸方式下,XCTD信道衰落特性嚴(yán)重影響了XCTD信號(hào)傳輸速率的提高。25-probingdepth/m圖2XCTD信道的電感、電容和電阻參數(shù)的變化趨勢(shì)圖制,然后將N個(gè)已調(diào)的子載波信號(hào)合并.構(gòu)成-個(gè)OFDM符號(hào)為N.1=£&尸4,0，W7；(3)A(>將OFDM符號(hào)用離散化的方法表示.設(shè)抽樣周期為7定義R=n*(l/T5)=n/NT,對(duì)SgN)進(jìn)行采樣，在一個(gè)符號(hào)周期Ts內(nèi)的第n個(gè)抽樣值可表示為v-ixS“g(kT)=£尤廣置/=(4)0對(duì)式(4)的快

16、速離散傅里葉變換"77算法如式(5)所示V-ISg(k)=土£&叩了，&=1(5)JN其中X600&株率/Hz4MOOHz飛.M-200m*®-1000«:-200>一.Ii圖3信號(hào)的幅值隨傳輸頻率和測(cè)量深度增大而變化的特性曲線-1000aZOOHz0f-1200Hz-2001*>(“|/旦I*1S-iooofH知0008；1sK-IS0O2000OSi(05幅值/V-!tOOfttK-IIOOmOFDM是多載波調(diào)制的一種典型應(yīng)用f圈，其可以有效對(duì)抗信道衰落及窄帶干擾。通過(guò)OFDM技術(shù)可以充分利用XCTI)的有限帶寬，

17、以降低單個(gè)子載波傳輸速率的方式來(lái)獲得更高的信噪比增益，以增大子載波的數(shù)雖來(lái)提高信道帶寬利用率，在保證準(zhǔn)確性的同時(shí)提高XCTI)信道數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?基于XCTD信道的OFDM傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1OFDM基本原理解析OFDM的基本思想是在頻域內(nèi)將XCTL)信道分成若干正交子信道,在每個(gè)子信道上進(jìn)行獨(dú)立的子栽波調(diào)制，各子載波均為并行窄帶傳輸，信號(hào)帶寬小于信道的相干帶寬，因此可以大大消除符號(hào)間干擾。水F探頭內(nèi)置的傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后傳入XCTD信道的輸入的信息序列為如，然后將比特碼組映射為星座中的某個(gè)星座點(diǎn)。如果XCTD子信道個(gè)數(shù)為N,符號(hào)周期為Ts匕為第個(gè)子載波的載波頻率,5頑為第個(gè)子載波

18、的星座映射點(diǎn)，則N個(gè)子載波在每個(gè)符號(hào)周期孔內(nèi)會(huì)形成由So，Sl'，Sz復(fù)數(shù)構(gòu)成的N個(gè)星座映射點(diǎn)，分別對(duì)N個(gè)復(fù)數(shù)了載波叫。2矽G,expQ2矽.,叫。2心_/)進(jìn)行調(diào)炊=性(6)在接收端，為了恢復(fù)出子載波的星座映射點(diǎn)S'.,對(duì)S"k)進(jìn)行FFT變換如式(7)所示I偵S=tfEsmWm=0,1,1(7)JN&o星座映射點(diǎn)Sn經(jīng)過(guò)星座圖解映射得到輸出信息序列6；,比較信源序列如與輸出序列的誤碼率情況.進(jìn)而通過(guò)調(diào)整相關(guān)參數(shù)來(lái)修正系統(tǒng)，同時(shí)從式(7)可以看出，OFDM信號(hào)相鄰子載波間的間隔滿足0=】/八時(shí).正交關(guān)系如式(8)所示%*伊仇5出=1，；=七,k=0,1,.1

19、(8)so*0,j9k式(8)說(shuō)明只要使各個(gè)子載波之間的間隔為Ts的倒數(shù)的整數(shù)倍時(shí)就保證了各個(gè)子載波之間的正交性，這種正交性使頻譜相互重疊的各個(gè)子載波信號(hào)在接收端能被正確地分離出來(lái).使得OFDM技術(shù)H有較高的頻譜利用率。3.2OFDM傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)XCTD信道的窄帶特點(diǎn)，符號(hào)周期、保護(hù)間隔、延時(shí)以及子載波數(shù)量的設(shè)計(jì)為OFDM算法在XCTD信道中應(yīng)用的關(guān)鍵，該參數(shù)的大小取決于XCTD信道的調(diào)制方式、每幀數(shù)據(jù)此以及信號(hào)的傳輸速率。為了更好地分析不同深度下XCTI)信道的特性，本文選取了不同深度和不同信號(hào)速率進(jìn)行分析。由于XCTD國(guó)內(nèi)最大測(cè)量深度為1000m,傳輸速率為800bps,因此本文選用其

20、作為OFDM算法的對(duì)比技術(shù)指標(biāo)；由于IF"運(yùn)算的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為2的整數(shù)次幕，所以每幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度應(yīng)選為2的整數(shù)次果;在探測(cè)深度為1000m時(shí)，若以信號(hào)的最小分辨率ImV為基準(zhǔn),則信道帶寬為10kHz,由于XCTD信道帶寬有限，為了最大程度地利用信道資源,經(jīng)多次信道測(cè)試選擇16作為每幀數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。考慮到目前XCTD單載波方式F調(diào)制方式、時(shí)變信道特點(diǎn)及海洋環(huán)境噪聲的復(fù)雜性，本文選用低階的QPSK調(diào)制方式;經(jīng)星座圖映射，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉?lái)的一半，故子裁波個(gè)數(shù)為原來(lái)幀長(zhǎng)度的一半。符號(hào)周期為傳輸-幀數(shù)據(jù)所用的時(shí)間，同時(shí)為保證各子載波間正變性，相鄰子載波間的頻率間隔不能小于符號(hào)周期的倒數(shù)，旦只能取其整數(shù)倍

21、，因此經(jīng)多次測(cè)試選擇子載波間隔為1kHz。在OFDM應(yīng)用中，循環(huán)前綴保護(hù)間隔K度一般為符號(hào)周期長(zhǎng)度的1/8-1/4,由于在OFDM符號(hào)之間插入了循環(huán)前綴保護(hù)間隔，因此OFDM符號(hào)定時(shí)同步的起始時(shí)刻可以在保護(hù)間隔內(nèi)變化，因而可以有效避免XCTD的線性時(shí)變特性所產(chǎn)生的ISI和ICI對(duì)子載波之間的正交性的影響.保證了基于XCTD信道的OFDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。OFDM算法的參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。表1OFDM算法參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置每幀數(shù)據(jù)昆N16符號(hào)周期Ts/ms20子載波數(shù)量N8子載波間隔"kHz1信道帶寬B/kHz10由于XCTD信道是電阻電感電容組成的物理信道.多徑衰落和多普勒頻移對(duì)其數(shù)

22、據(jù)傳輸?shù)挠绊憳O小，因此本課題組未采用傳統(tǒng)的信道估計(jì)和均衡技術(shù)來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)，根據(jù)OFDM算法的設(shè)計(jì)原理和表1的參數(shù)設(shè)置，本文設(shè)計(jì)并搭建了基于XCTD信道的OFDM傳輸系統(tǒng)，如圖4所示，該傳輸系統(tǒng)由信源、延時(shí)模塊、QPSK調(diào)制映射和解調(diào)逆映射模塊.OFDM發(fā)送和接收模塊.XCTD信道、噪聲模塊、誤碼率計(jì)算模塊組成c«aMwi|)|l2圖4基于XCTD物理信道的OFDM傳輸系統(tǒng)4傳統(tǒng)單載波調(diào)制方式與OFDM算法仿真結(jié)果的對(duì)比分析4.1傳統(tǒng)ASK頻帶傳輸方式下的誤碼率分析目前ASK是國(guó)產(chǎn)XCTD通信系統(tǒng)中常用技術(shù)之一，本文者重分析了隨機(jī)噪聲、信號(hào)傳輸速率和探測(cè)深度對(duì)ASK頻帶傳輸?shù)挠绊懀鶕?jù)A

23、SK在實(shí)際通信系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，本文選取了300bps.1200bps為信號(hào)傳輸速率,分別測(cè)出了兩種速率下探測(cè)深度和隨機(jī)噪聲對(duì)ASK解調(diào)影響的誤碼率分析圖(如圖5所示)。由于海水為弱導(dǎo)體，可視作地線處理,水下噪聲源在海水中傳播時(shí)通過(guò)海水的地線作用其能量會(huì)大大減弱.因而隨機(jī)噪聲的雖級(jí)較小，但XCTD信號(hào)上傳到海面后，會(huì)受到船體設(shè)備工頻噪聲等形成的突發(fā)噪聲的影響，噪聲址級(jí)會(huì)大大提高，將淹沒(méi)有效信號(hào)。為了保證模擬噪聲的有效性，根據(jù)國(guó)家海洋技術(shù)中心的海洋噪聲研究工作者的建議，本文選用-6()dB、-20dB兩個(gè)噪聲量級(jí)來(lái)模擬信道噪聲的缺級(jí)，其中信號(hào)的歸一化功率量級(jí)為OdB。圖5探測(cè)深度、信號(hào)傳輸頻率、

24、嗅聲級(jí)對(duì)ASK頻帶傳輸誤碼率影響的柱形圖信號(hào)傳輸速率為300bps時(shí)探測(cè)深度和隨機(jī)噪聲對(duì)ASK解調(diào)影響的誤碼率分析圖如圖5(A)所示。在探測(cè)深度為200m,隨機(jī)噪聲為-60dB時(shí)，經(jīng)過(guò)ASK解調(diào)后信號(hào)誤碼率為0.1509,由圖5(A)_a可知在小深度低頻小噪聲環(huán)境下，解調(diào)信號(hào)存在一定失真；固定探測(cè)深度不變，將隨機(jī)噪聲增加到-20dB時(shí),對(duì)比圖5(A)-b與圖5(A)-a可知，ASK解調(diào)信號(hào)的誤碼率增加到0.3672,信號(hào)傳輸準(zhǔn)確性大大降低；固定隨機(jī)噪聲為-60dB,探測(cè)深度由200m增加到1800m時(shí)，信道中的容性參數(shù)逐漸增加而感性參數(shù)卻逐漸減小，信道時(shí)變特性明顯，對(duì)比圖5(A)-c與圖5(A

25、)-a可知,ASK解調(diào)信號(hào)的誤碼率降為0.0003，同時(shí)對(duì)比圖5(A)-c與圖5(A)-b可知在增加探測(cè)深度的同時(shí)減小隨機(jī)噪聲，誤碼率降低99.92%；固定探測(cè)深度為1800m,隨機(jī)噪聲增加為-20dB時(shí),對(duì)比圖5(A)-d與圖5(A)-c可知誤碼率增加到0.4399,對(duì)比圖5(A)-d與圖5(A)-b可知在低頻大噪聲傳輸中增加探測(cè)深度誤碼率增加16.53%,對(duì)比圖5(A)-d與圖5(A)-a可知在低頻傳輸中同時(shí)增加隨機(jī)噪聲與探測(cè)深度誤碼率增加65.70%o信號(hào)傳輸速率為1200bps時(shí)探測(cè)深度和隨機(jī)噪聲對(duì)ASK解調(diào)影響的誤碼率分析圖如圖5(B)所示。在探測(cè)深度為200m,隨機(jī)噪聲為-60dB

26、時(shí)，解調(diào)信號(hào)誤碼率為0.1512,如圖5(B)-a所示；保持探測(cè)深度不變，隨機(jī)噪聲增加為-20dB時(shí),對(duì)比圖5(B)-b與圖5(B)-a可知解調(diào)信號(hào)誤碼率增加到0.4630；隨機(jī)噪聲為-60dB,探測(cè)深度增加到1800m時(shí),對(duì)比圖5(B)-c與圖5(B)a可知解調(diào)信號(hào)誤碼率降為0.0002；保持探測(cè)深度不變，隨機(jī)噪聲增加到-20dB時(shí)，對(duì)比圖5(B)-d與圖5(B)-c訶知解調(diào)信號(hào)誤碼率增加為0.4662,對(duì)比圖5(B)-d與圖5(B)-b可知在高頻大噪聲傳輸中增加探測(cè)深度誤碼率增加了0.69%,對(duì)比圖5(B)-d與圖5(B)-a可知在高頻傳輸中同時(shí)增加隨機(jī)噪聲與探測(cè)深度誤碼率增加了67.58

27、%。通過(guò)圖5(A)和(B)的對(duì)比分析可知，在整個(gè)探測(cè)過(guò)程中,隨機(jī)噪聲、信號(hào)傳輸速率是影響ASK傳輸?shù)臏?zhǔn)確性的主要因素，其中在相同信號(hào)傳輸速率下，噪聲是影響ASK傳輸準(zhǔn)確性的最主要的因素；在同一噪聲環(huán)境下，隨著信號(hào)傳輸速率的增大,信號(hào)傳輸準(zhǔn)確性大大降低。因此ASK單載波傳輸方式下，為保證一定的信號(hào)傳輸準(zhǔn)確性,XCTD信號(hào)的傳輸速率受到了極大的限制。圖5(A)選用的傳輸速率為300bps,圖5(B)選用的傳輸速率為1200bps,橫坐標(biāo)中a表示探測(cè)深度200m,隨機(jī)噪聲-60dB；b表示探測(cè)深度200m,隨機(jī)噪聲-20dB；c表示探測(cè)深度1800m,隨機(jī)噪聲-60dB；d表示探測(cè)深度1800m,隨

28、機(jī)噪聲-20dBo4.2傳統(tǒng)DPSK頻帶傳輸方式下的誤碼率分析目前DPSK是國(guó)產(chǎn)XCTD通信系統(tǒng)中另外一種最常用技術(shù)之一，本文對(duì)隨機(jī)噪聲、信號(hào)傳輸速率和探測(cè)深度對(duì)DPSK頻帶傳輸性能的影響進(jìn)行了分析，由于傳輸信道阻抗的時(shí)變性，傳輸信號(hào)經(jīng)過(guò)信道后頻率和相位會(huì)發(fā)生偏移，根據(jù)之前的研究，相位偏移在大深度測(cè)量時(shí)趨于穩(wěn)定，且采用差分相位方式，因此相位干擾可以忽略，信號(hào)的頻率偏移成為主要問(wèn)題.如果采用與調(diào)制信號(hào)相同的載波數(shù)值,這樣會(huì)帶來(lái)頻率偏差，尤其對(duì)于低頻信號(hào)，這種誤差的影響會(huì)更大，因此本文認(rèn)為接收信號(hào)頻率不變，用載波的偏移量來(lái)模擬信號(hào)的頻偏,重點(diǎn)討論了信號(hào)傳輸速率為1200bps時(shí),調(diào)制載波頻率為60

29、00Hz時(shí)，探測(cè)深度、隨機(jī)噪聲和載波頻偏量對(duì)DPSK解調(diào)影響的誤碼率分析圖，如圖6所示。信號(hào)源速率為1200bps,調(diào)制載波頻率為6000Hz時(shí)，具體分析解調(diào)過(guò)程中載波頻偏產(chǎn)生誤碼率的大小以及在增加探測(cè)深度與隨機(jī)噪聲后對(duì)DPSK解調(diào)的影響，如圖6所示。圖6(a)固定隨機(jī)噪聲的量:級(jí)為-60dB,解調(diào)過(guò)程中載波頻率為60(X)Hz,當(dāng)載波頻率穩(wěn)定在6000Hz時(shí)，誤碼率為0.00008,載波頻率在±30Hz的范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，誤碼率的變化值在2%8%范圍內(nèi)，在探測(cè)深度為1600m后誤碼率在3%5%范圍內(nèi)變化。圖6(b)固定隨機(jī)噪聲的量級(jí)為-20dB,解調(diào)過(guò)程中載波頻率為6000Hz,當(dāng)載波

30、頻率穩(wěn)定在6000Hz時(shí),誤碼率為0.000080載波頻率在±30Hz的范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，誤碼率的變化值在2%8%范圍內(nèi)，在探測(cè)深度為1600m后誤碼率也在3%5%范圍內(nèi)變化，而在實(shí)際的XCTD信號(hào)傳輸過(guò)程中，隨著傳輸頻率的增大，10Hz載波頻偏的誤差即是很難控制的，同時(shí)幅值的抑制更嚴(yán)重。因此DPSK傳輸方式雖然優(yōu)于ASK傳輸方式，但DPSK單載波傳輸方式下，信號(hào)誤碼率會(huì)隨著信號(hào)傳輸速率的增大而進(jìn)一步增大，這極大影響了XCTI)信號(hào)傳輸速率的提高。4.3墓于OFDM算法方式下的誤碼率分析本文提出的基fOFDM算法的XCTD時(shí)變信道誤碼率分析如圖7所示。圖6信號(hào)源傳輸速率為1200bps的

31、DPSK頻帶傳輸誤碼率分析圖圖7(A)為噪聲為0的情況下對(duì)本測(cè)試系統(tǒng)的誤碼率分析圖，在信號(hào)傳輸速率較低時(shí),誤碼率出現(xiàn)了一定幅度的波動(dòng)，其中傳輸速率為1000bps時(shí)誤碼率出現(xiàn)折點(diǎn)，且隨著傳輸速率增大，誤碼率呈緩慢上升的趨勢(shì)，在18002000m時(shí)，信道待性趨于穩(wěn)定的狀態(tài)，在傳輸速率為10kbps時(shí)誤碼率穩(wěn)定在2%以內(nèi)。圖7(B)為噪聲量級(jí)為-60dB時(shí).基于OFDM算法的誤碼率分析圖，在低頻時(shí)，誤碼率出現(xiàn)一定幅度的波動(dòng),其中傳輸速率為1000bps時(shí)出現(xiàn)折點(diǎn)，隨傳輸頻率的提高，在傳輸速率為10kbps時(shí)誤碼率穩(wěn)定在2%以內(nèi).相對(duì)于傳統(tǒng)的DPSK單載波傳輸方式,信號(hào)傳輸速率和準(zhǔn)確性都有了明顯的提

32、高。圖7(C)為噪聲成級(jí)為-20dB時(shí)，基于OFDM算法的誤碼率分析圖.隨著傳輸速率的增加，誤碼率呈現(xiàn)較為明顯的緩慢上升趨勢(shì)，其中傳輸速率在8001200bps范圍變化時(shí),誤碼率在0.9%9%范圍內(nèi)變化，進(jìn)一步增大傳輸速率至2kbps時(shí)，誤碼率在0.9%10%范圍內(nèi)變化，誤碼率隨傳輸速率變化的幅度較小，旦在探測(cè)深度達(dá)到1800m時(shí)，誤碼率仍可在0.9%-4%范圖內(nèi)變化。相對(duì)于傳統(tǒng)的DPSK單載波傳輸方式，誤碼率較為接近的同時(shí)提高了XCTD的數(shù)據(jù)傳輸速率。尤其隨著探測(cè)深度的增加，表現(xiàn)出更強(qiáng)的適應(yīng)性，在較低的誤碼率情況下提高了信號(hào)的傳輸速率,對(duì)深海環(huán)境的勘探有著重要的意義。5結(jié)論現(xiàn)有單載波傳輸方式

33、下，深海走航投棄式剖面儀的信號(hào)幅值會(huì)隨信號(hào)速率增大而劇烈衰減，從而使得信號(hào)傳輸準(zhǔn)確性降低，嚴(yán)重影響了信號(hào)傳輸速率的提高，本文針對(duì)此難題提出了可以對(duì)抗信道衰落和窄帶干擾的OFDM技術(shù)。從XCTD優(yōu)化信道模型入手，設(shè)計(jì)了基于SIMULINK平臺(tái)的OEDM算法仿茸系統(tǒng)，在不同的傳輸頻率、探測(cè)深度和噪聲量級(jí)下，通過(guò)OFDM算法與單載波ASK.DPSK傳輸方式下對(duì)比的仿真結(jié)果表明，OFDM算法在保證信號(hào)傳輸準(zhǔn)確性的同時(shí)大大提高了XCTD信號(hào)的傳輸速率,驗(yàn)證了OFDM算法對(duì)于提高XCTD信號(hào)傳輸速率的可行性和有效性，對(duì)提高深海走航投奔式削面儀的信號(hào)傳輸速率的研究提供了個(gè)新的O0.0713006-c0.05

34、50.04-G0.03/z0.02左ooi000.0.075 0.06.g0.05.u0.G420.03.6 0.02.Uo.oi00.00-400040001200trMimmionrate/bpi-i-*Depth*300mDeptb*800m-Depth"1000m-f-Depth*1300mDepch-1500m->-pcp»»l>00ai圖7基于OFDM算法的XCTD信道誤碼率分析思路。如何在現(xiàn)有的OFDM傳輸系統(tǒng)基礎(chǔ)上通過(guò)添加編碼、過(guò)采樣等技術(shù)提高系統(tǒng)的抗噪聲性能及穩(wěn)定性，在保證更低誤碼率的同時(shí)進(jìn)一步提高XCTD數(shù)據(jù)傳輸速率是今后進(jìn)一步研究

35、的內(nèi)容和方向。參考文獻(xiàn)：1GBaron,DMendoza.ASystemforCalibrationofExpendableConductivity,Temperature,andDepth(XCTD)ProbesC.0-ceans.IEEE,1984,16：210-213.2SKizu,etal.EvaluationofthefallratesofthepresentanddevelopmentalXCTDsJ.DeepSeaResearchPartIOceanographicResearchPapers,2008,55(4)：571-586.3JKMizuno,TWatanabe.Prel

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