OFDM水聲通信 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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ShengliZhou（周勝利），ZhaohuiW 著

圖書標籤:

• OFDM
• 水聲通信
• 調製解調
• 信道估計
• 信號處理
• 通信係統
• 海洋工程
• 水下無綫通信
• 多載波
• 正交頻分復用

店鋪： 文軒網旗艦店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121337048

商品編碼：29003974160

齣版時間：2017-07-01

作  者:周勝利,王昭輝 著；鬍曉毅,任歡 譯 定  價:79 齣 版 社:電子工業齣版社 齣版日期:2018年06月01日 頁  數:296 裝  幀:平裝 ISBN:9787121337048 ●第1章 引言 1
●1.1 研究背景 1
●1.1.1 水聲的早期探索 1
●1.1.2 水聲通信媒介 1
●1.1.3 水下係統和網絡 2
●1.2 水聲(UWA)信道的特點 2
●1.2.1 聲速 2
●1.2.2 傳播損失 4
●1.2.3 時變多徑 6
●1.2.4 聲傳播模型 7
●1.2.5 環境噪聲和外部乾擾 8
●1.3 通帶信道的輸入和輸齣關係 9
●1.3.1 各徑自有多普勒擴展的綫性時變信道 9
●1.3.2 具有共同多普勒擴展的綫性時變信道 10
●1.3.3 綫性時不變信道 11
●1.3.4 幅度和時延變化的綫性時變信道 11
●1.3.5 依頻率衰減的綫性時變信道 11
●1.4 水聲通信中的調製技術 12
●1.4.1 跳頻 FSK 12
●1.4.2 直接序列擴展頻譜 12
●部分目錄

內容簡介

本書以高速OFDM水聲通信技術為主綫，內容涉獵廣泛，概念原理闡述清楚，邏輯性強。從OFDM水聲通信各關鍵技術的原理闡述到OFDM水聲通信接收機的設計方法以及OFDM 水聲MODEM的研製；從單用戶的MIMO-OFDM到多用戶MIMO-OFDM水聲通信的設計應用；從OFDM的中繼傳輸到OFDM網絡編碼以及水聲測距與定位。通過學習本書可以加深對OFDM水聲通信相關原理及係統設計的理解。    本書可作為水聲通信相關專業本科高年級和研究生的教材或參考書，也可供相關專業工程技術人員學習和參考。 周勝利,王昭輝 著；鬍曉毅,任歡 譯 Shengli Zhou（周勝利）教授，IEEE Fellow。1995年於中國科技大學獲得學士學位，2002年於美國明尼蘇達州立大學獲得博士學位。現任美國康涅狄格州立大學電子計算機工程學院教授，同時擔任無綫通信研究實驗室（WCRL）主任和水下傳感器網絡實驗室（USWN）主任。目前主要研究領域為水聲通信和網絡、編碼理論和應用、傳感器網絡、無限定位和目標追蹤。現任IEEE Journal of Oceanic Engineering 和 IEEE Trans. On Signal&nbs;等

《水聲通信係統設計與優化》 本書概覽 《水聲通信係統設計與優化》是一部麵嚮水聲通信領域研究人員、工程師以及相關專業學生的著作。本書係統地闡述瞭水聲信道特性、信號處理技術、調製解調方案、多址接入技術、信道編碼、以及實際應用中的係統設計原則與優化策略。旨在為讀者提供一個全麵深入的理解，使其能夠獨立設計、分析和優化水聲通信係統，應對水下環境帶來的嚴峻挑戰。本書理論與實踐並重，既涵蓋瞭深厚的理論基礎，又融入瞭豐富的工程實踐經驗，旨在培養讀者解決復雜水聲通信問題的能力。 第一章 水聲信道特性分析 水聲通信是信息在水中傳播的通信方式，其信道特性與無綫電通信存在顯著差異。本章首先從物理層麵深入剖析水聲傳播的基本原理，包括聲波的産生、傳播介質（海水）的聲學特性（如聲速、密度、粘滯性、溫度、鹽度和壓力梯度對聲速的影響），以及不同深度和區域的海水特性差異。 我們將詳細探討水聲信道的關鍵衰減機製，包括吸收衰減、擴散衰減、以及海底和海麵的反射與散射。這些衰減機製共同決定瞭水聲信號在傳輸過程中的能量損失，是影響通信距離和數據率的主要因素。 其次，本章著重分析水聲信道的時變性與復雜性。我們將深入研究多徑效應，這是水聲信道最顯著的特徵之一。由於海底、海麵以及水中聲速層狀結構的存在，信號會經過多條路徑到達接收端，形成延遲擴展，導緻碼間乾擾（ISI），嚴重影響信號的恢復。我們將分析不同類型的多徑，如直達波、海底反射波、海麵反射波等，並討論其對信號的影響。 此外，水聲信道的噪聲是另一個關鍵挑戰。本章將詳細介紹各類水聲噪聲源，包括自然噪聲（如海浪、降水、海底地質活動、生物噪聲）和人為噪聲（如船舶、聲納、水下設備），並分析這些噪聲的頻譜特性和統計特性。瞭解噪聲特性有助於設計更有效的抗噪聲算法。 最後，本章將介紹水聲信道建模的常用方法，包括基於物理原理的射綫理論模型、簡正波模型，以及基於統計特性的經驗模型。這些模型有助於我們模擬和預測水聲信道的行為，為係統設計提供理論依據。 第二章 水聲信號處理基礎 在水聲信道復雜多變的特性下，有效的信號處理是實現可靠通信的關鍵。本章將係統介紹水聲通信中常用的信號處理技術。 我們將從信號的産生與檢測入手，介紹水聲換能器的類型、工作原理以及其對信號頻譜的影響。在接收端，介紹各類水聽器的基本原理和性能指標。 本章的核心內容之一是信道均衡技術。由於多徑效應導緻的碼間乾擾，需要引入均衡器來補償信道失真，恢復原始信號。我們將詳細介紹判決反饋均衡（DFE）和綫性均衡（LE）等經典均衡算法，分析其原理、性能以及在水聲通信中的應用。同時，也將探討自適應均衡技術，以及其在時變水聲信道中的重要性，如最小均方（LMS）算法和遞歸最小均方（RLMS）算法。 降噪技術是水聲信號處理的另一個重要方麵。我們將介紹基於頻譜相減、維納濾波等經典降噪方法，並探討更先進的統計信號處理和機器學習降噪技術，旨在從復雜噪聲背景中提取微弱信號。 此外，本章還將涉及信號的同步技術，包括載波同步和碼元同步。在水聲環境中，由於多普勒效應和信道時變性，同步任務尤為睏難。我們將介紹基於鎖相環（PLL）和基於導引序列的同步方法，以及其在水聲通信中的適用性。 第三章 水聲通信調製解調方案 調製解調是信息編碼與解碼的核心環節。本章將深入探討適用於水聲環境的調製解調技術，並分析它們的優缺點。 我們將從基本的數字調製技術開始，如移相鍵控（PSK）和正交幅度調製（QAM），討論其在水聲通信中的可行性及局限性。由於水聲信道帶寬有限且存在頻率選擇性衰落，傳統的調製方式往往難以獲得良好的性能。 因此，本章將重點介紹一些更適閤水聲信道的調製技術。首先是頻率鍵控（FSK），它對頻率失真不敏感，在水聲通信中有廣泛應用。我們將分析其不同類型，如連續相位FSK（CPFSK）。 其次，我們將詳細介紹綫性頻移鍵控（LFM），即綫性調頻（Chirp）信號，也稱為綫性調頻連續波（LFM-CW）。LFM信號具有良好的自相關特性，能夠有效地對抗多普勒效應和多徑效應，並且易於實現相關接收，具有很高的信噪比增益。我們將深入分析LFM信號的産生、匹配濾波檢測以及其在脈衝壓縮中的應用。 此外，本章還將介紹相位編碼（Phase Coding）和正交頻分復用（OFDM）在水聲通信中的應用。OFDM技術通過將高速數據流分成多個低速子數據流，並在多個正交的子載波上傳輸，能夠有效地對抗頻率選擇性衰落和碼間乾擾，是現代水聲通信的重要技術之一。我們將分析OFDM的基本原理，包括FFT/IFFT的使用、循環前綴（CP）的作用、以及其在水聲信道中的實現細節和性能優勢。 第四章 水聲通信多址接入技術 在水下網絡中，允許多個用戶同時共享有限的水聲通信資源是實現高效通信的關鍵。本章將探討水聲通信中的多址接入技術。 我們將首先介紹碼分多址（CDMA）技術。CDMA通過為每個用戶分配一個獨特的擴頻碼，使得用戶在同一頻率和同一時間段內可以進行通信，而不會相互乾擾。我們將分析不同類型的擴頻碼（如僞隨機碼、Walsh碼），以及CDMA在水聲通信中的優勢，如抗乾擾能力強、靈活方便。 其次，我們將介紹時分多址（TDMA）和頻分多址（FDMA）技術。TDMA將通信時間劃分為多個時隙，分配給不同的用戶。FDMA將有限的帶寬劃分為多個子帶，分配給不同的用戶。我們將討論這些技術的優缺點以及它們在特定水聲通信場景下的應用。 最後，本章將重點介紹一種非常重要的多址接入技術——正交頻分多址接入（OFDMA）。OFDMA是OFDM和FDMA的結閤，它允許不同用戶在不同的子載波上進行通信，從而實現更高的頻譜效率和靈活性。我們將分析OFDMA在水聲網絡中的應用，以及它如何有效地解決多用戶乾擾問題。 第五章 水聲通信信道編碼與糾錯 水聲信道固有的噪聲和失真特性使得誤碼率（BER）成為一個重要的挑戰。本章將重點介紹信道編碼技術，用於提高水聲通信的可靠性。 我們將從信息論的基礎齣發，介紹信道編碼的基本概念，包括糾錯碼的作用、編碼增益等。 本章將詳細介紹綫性分組碼，如Hamming碼和BCH碼，它們能夠檢測和糾正一定數量的錯誤。我們將分析它們的編碼和解碼原理，以及在水聲通信中的應用局限性。 隨後，我們將深入探討捲積碼。捲積碼具有易於實現和良好的糾錯性能，在許多通信係統中得到廣泛應用。我們將介紹捲積碼的編碼過程、Viterbi解碼算法，並分析其在水聲通信中的性能。 此外，本章還將重點介紹Turbo碼和LDPC碼。這兩種碼是現代高效信道編碼技術的代錶，它們能夠逼近香農限，提供極高的糾錯性能。我們將詳細介紹Turbo碼的交織、迭代解碼原理，以及LDPC碼的稀疏性矩陣和其近似消息傳遞（AMP）算法。我們將討論這些先進編碼技術在水聲通信中的潛在優勢和實現挑戰。 第六章 水聲通信係統設計原則 在充分理解瞭水聲信道特性、信號處理、調製解調、多址接入和信道編碼等基本要素後，本章將聚焦於水聲通信係統的整體設計。 我們將從係統需求分析入手，包括通信距離、數據速率、可靠性要求、功耗限製、成本約束等，這些需求直接影響到係統的架構選擇和關鍵參數的設定。 本章將係統地闡述係統設計流程，從信道評估、鏈路預算計算，到調製解調方式的選擇、編碼策略的製定，再到發射功率、接收靈敏度的優化。我們將強調在設計過程中需要考慮的關鍵摺中，例如數據速率與可靠性的權衡，功耗與性能的權衡。 我們將詳細討論調製解調器（Modem）的設計要點，包括硬件實現、軟件算法的優化，以及與換能器的匹配。換能器作為水聲通信的“嘴巴”和“耳朵”，其性能直接影響整個係統的通信質量，我們將探討換能器的選型、匹配和測試。 此外，本章還將探討水聲通信網絡的設計。包括節點的部署、網絡拓撲的選擇（如星型、鏈型、網狀網絡）、路由協議的設計，以及網絡管理和資源分配策略。 第七章 水聲通信係統優化與性能提升 為瞭在復雜的水聲環境中實現最優的通信性能，係統優化是必不可少的環節。本章將深入探討各種係統優化方法。 我們將首先從自適應技術的角度齣發。自適應均衡、自適應調製編碼（AMC）等技術能夠根據實時信道條件動態調整係統參數，從而最大化吞吐量和可靠性。我們將討論AMC的實現機製，以及如何根據信道質量選擇閤適的調製和編碼方案。 其次，我們將探討功率控製策略。在水聲通信中，閤理控製發射功率可以有效地減少乾擾，延長節點壽命，並實現能量的有效利用。我們將分析不同類型的功率控製算法，如固定步長功率控製、基於信噪比的功率控製等。 我們還將探討多載波和多天綫技術的應用。OFDM技術本身就為多載波通信提供瞭基礎，我們可以進一步研究多載波的功率分配和子載波分配優化。對於多天綫技術，如MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）水聲通信，其能夠通過空間復用和分集來顯著提升數據率和可靠性，我們將探討其在水聲環境中的可行性和挑戰。 此外，本章還將涉及低功耗設計技術。在許多水下應用場景中，電源是有限的，因此低功耗設計至關重要。我們將討論如何通過優化硬件設計、軟件算法和通信協議來降低係統的功耗。 最後，我們將探討先進的信號處理技術在係統優化中的作用，例如機器學習在信道預測、噪聲抑製、故障診斷等方麵的應用。 第八章 水聲通信的應用與發展趨勢 本章將目光投嚮水聲通信的實際應用領域，並展望其未來的發展趨勢。 我們將介紹水聲通信在各個領域的典型應用，包括： 海洋科學研究： 海洋觀測、環境監測、海底地形測繪、海洋生物聲學研究。 水下軍事應用： 水下偵察、反潛作戰、水下通信網絡。 水下工程： 海底管道監測、水下設備遙控、水下機器人通信。 水下資源勘探： 海洋石油、天然氣、礦産資源的勘探通信。 水下娛樂與旅遊： 水下攝影、潛水通信。 在介紹現有應用的同時，本章將深入探討水聲通信麵臨的挑戰和未來的發展方嚮。我們將討論： 高數據速率和寬帶通信： 如何在有限的帶寬內實現更高的信息傳輸速率。 深海通信： 深海環境的極端壓力和低溫對設備和通信帶來的挑戰。 低功耗長續航： 如何設計更節能的水聲通信設備，以延長水下部署時間。 智能化與自主化： 利用人工智能和機器學習技術，實現水聲通信網絡的智能化管理和自主運行。 混閤通信網絡： 將水聲通信與衛星通信、光縴通信等相結閤，構建更強大的水下通信體係。 標準化與互操作性： 推動水聲通信標準的製定，促進不同廠商設備之間的互操作性。 通過對這些應用和趨勢的分析，本書旨在為讀者提供一個廣闊的視野，激發他們對水聲通信領域未來研究與開發的興趣。 結論 《水聲通信係統設計與優化》力求全麵、深入地涵蓋水聲通信的關鍵技術和設計理念。本書不僅僅是一本技術手冊，更是一部引導讀者理解水聲通信挑戰、掌握核心技術、並激發創新思維的參考著作。無論您是剛入行的研究者，還是經驗豐富的工程師，本書都將為您提供寶貴的知識和實用的指導，助您在水聲通信領域取得更大的成就。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，這本書的深度是毋庸置疑的，它對某些核心概念的闡述達到瞭教科書級彆的嚴謹。特彆是關於多普勒頻移對同步性能影響的章節，作者清晰地梳理瞭從物理現象到數學模型，再到最終算法改進的完整邏輯鏈條。這部分內容極大地幫助我校正瞭過去在理解多普勒對相乾解調衝擊時的幾個關鍵誤區。然而，閱讀體驗上，我發現書中的符號定義有些不夠一緻，在不同的章節，同一個物理量有時會用不同的希臘字母錶示，這在快速閱讀和交叉引用時造成瞭不小的睏擾，需要頻繁地翻迴前麵的章節去核對定義。另外，書中對一些前沿技術，比如基於機器學習的水聲信道反演，似乎隻是淺嘗輒止地提瞭一句，沒有展開深入的討論。考慮到如今水聲通信領域的發展速度，引入一些最新的跨學科思想，即使隻是作為展望，也能讓這本書的參考價值更上一層樓，避免給人一種“理論上很紮實，但時代感稍弱”的印象。

評分☆☆☆☆☆

這本書在我的書架上已經躺瞭一段時間瞭，封麵設計簡潔，那種深海藍和白色的交織，還挺有技術感。我當初是衝著那個“水聲通信”的關鍵詞去的，畢竟在水下無綫通信這個領域，瞭解一些基礎理論還是挺重要的。不過，真正翻開書，我發現它的內容更偏嚮於理論推導和數學模型構建。比如，對於信道估計和均衡那幾章，涉及瞭大量的矩陣運算和復雜的統計學概念，坦白說，對於一個主要關注係統實現的工程師來說，光是啃下這些基礎框架就已經花費瞭我不少精力。書中對各種多徑效應的建模非常詳盡，這一點我很欣賞，它沒有停留在概念層麵，而是深入到瞭如何用數學語言精確描述水聲信道的時變特性。然而，如果讀者期待看到大量的實際應用案例或者不同水下環境下的係統部署經驗分享，可能會覺得有些意猶未盡。它更像是一本麵嚮研究生的教材，旨在打牢理論根基，而不是一本快速上手的工程實踐手冊。整體感覺是，它為理解水聲信道特性提供瞭堅實的理論基石，但對於如何將這些理論高效地轉化為實際産品，書中的指引相對有限。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和裝幀質量相當不錯，紙張的觸感很好，閱讀體驗本身是加分的。我特彆留意瞭它對不同調製方案的對比分析部分，作者似乎對傳統的PSK和QAM在水下環境下的性能衰減進行瞭深入的探討。書中提到瞭一些基於小波變換的信號處理方法，這部分內容非常新穎，和我在其他水聲通信的參考資料中看到的傳統FFT方法有所不同，讓人耳目一新。但是，在介紹完這些先進的信號處理工具之後，作者並沒有花足夠的篇幅去論證這些工具在實際部署中會帶來多大的增益，或者說，它們在計算復雜度上需要付齣什麼樣的代價。這使得我對這些高階技術的實用性産生瞭疑問。就好比，作者展示瞭一把非常鋒利的瑞士軍刀，但沒有告訴你在徒手攀岩時，它最適閤用來切割哪種繩索。我希望書中能加入更多關於硬件實現難點、實時性約束下的算法裁剪策略等“工程智慧”，而不是僅僅停留在“理論上可行”的層麵。這可能也是很多偏理論書籍的通病，但對於工程人員而言，這些“灰色地帶”往往比純粹的數學推導更具價值。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，就像是解開一個精密的機械鎖，每一步都需要仔細揣摩纔能找到正確的齒輪嚙閤點。作者在解釋那些涉及到時域和頻域變換的章節時，使用瞭大量的圖示輔助說明，這極大地減輕瞭純文本閱讀帶來的抽象感，讓人能直觀地感受到信號在不同處理階段的變化。例如，書中對周期延展和循環捲積的描述，通過動態圖的靜態呈現，變得清晰易懂。然而，這本書似乎完全跳過瞭網絡協議層的討論。水聲通信的挑戰不僅僅在於物理層的信號傳輸，如何構建一個可靠、高效的水下傳感器網絡（WSN）同樣是一個核心議題。這本書的重點似乎完全鎖定在瞭如何把一個比特準確無誤地傳送到接收端，而對於多個節點之間的協作、路由選擇、能量受限下的數據分發策略，則完全沒有涉及。因此，如果讀者想瞭解完整的“水聲通信係統”——而非僅僅是“水聲信道中的信號傳輸技術”——這本書顯然無法提供全貌。它提供瞭一個堅實而重要的地基，但上層建築的構建則需要讀者自行去其他領域尋找答案。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排相對保守，它采用瞭標準的從基礎原理到具體技術實現的綫性敘事方式。對於初學者來說，這可能是一個優點，因為它保證瞭知識的層層遞進，不會讓人在沒有前置知識的情況下被高深的概念淹沒。我個人對書中關於噪聲源建模的章節印象深刻，作者細緻地分析瞭不同頻率下的環境噪聲和人為噪聲的特性，並且給齣瞭相應的功率譜密度函數，這對於設計閤適的接收濾波器至關重要。不過，這種過於平穩的敘事節奏，對於我這種已經有一定基礎的讀者來說，略顯冗長。我更希望看到作者能大膽地跳齣傳統框架，用更具啓發性的方式來組織內容，比如直接從一個復雜的實際問題齣發，然後倒推所需的理論工具。另外，書中引用的參考文獻大多集中在十年前甚至更早的經典文獻，雖然經典重要，但缺乏近五年內水聲通信領域在數據傳輸速率、抗乾擾能力上的重大突破性成果引用，這使得全書的視野顯得有些受限，不夠“與時俱進”。