OFDM水声通信(信息与通信技术)/经典译丛 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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胡晓毅任欢... 编

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• OFDM
• 水声通信
• 信息与通信技术
• 经典译丛
• 通信工程
• 信号处理
• 水下声学
• 调制解调
• 无线通信
• 海洋工程

店铺： 土星图书专营店

出版社： 电子工业

ISBN：9787121337048

商品编码：29491986247

开本：16

出版时间：2018-06-01

基本信息

• 商品名称：OFDM水声通信(信息与通信技术)/经典译丛
• 作者：周胜利//王昭辉|译者:胡晓毅//任欢
• 定价：79
• 出版社：电子工业
• ISBN号：9787121337048

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2018-06-01
• 印刷时间：2018-06-01
• 版次：1
• 印次：1
• 开本：16开
• 包装：平装
• 页数：296
• 字数：512千字

内容提要

本书以高速OFDM水声通信技术为主线，内容涉猎广泛，概念原理阐述清楚，逻辑性强。从OFDM水声通信各关键技术的原理阐述到OFDM水声通信接收机的设计方法以及OFDM 水声MODEM的研制；从单用户的MIMO-OFDM到多用户MIMO-OFDM水声通信的设计应用；从OFDM的中继传输到OFDM网络编码以及水声测距与定位。通过学习本书可以加深对OFDM水声通信相关原理及系统设计的理解。 本书可作为水声通信相关专业本科高年级和研究生的教材或参考书，也可供相关专业工程技术人员学习和参考。

目录

第1章 引言
1.1 研究背景
1.1.1 水声的早期探索
1.1.2 水声通信媒介
1.1.3 水下系统和网络
1.2 水声(UWA)信道的特点
1.2.1 声速
1.2.2 传播损失
1.2.3 时变多径
1.2.4 声传播模型
1.2.5 环境噪声和外部干扰
1.3 通带信道的输入和输出关系
1.3.1 各径自有多普勒扩展的线性时变信道
1.3.2 具有共同多普勒扩展的线性时变信道
1.3.3 线性时不变信道
1.3.4 幅度和时延变化的线性时变信道
1.3.5 依频率衰减的线性时变信道
1.4 水声通信中的调制技术
1.4.1 跳频FSK
1.4.2 直接序列扩展频谱
1.4.3 单载波调制
1.4.4 扫频(S2C)载波调制
1.4.5 多载波调制
1.4.6 多输入多输出技术
1.4.7 水声通信的近期发展
1.5 本书的组织结构
第2章 OFDM基本知识
2.1 零后缀的OFDM
2.1.1 发射信号
2.1.2 接收机处理
2.2 循环前缀的OFDM
2.2.1 发射信号
2.2.2 接收机处理
2.3 OFDM相关的问题
2.3.1 ZP-OFDM与CP-OFDM
2.3.2 峰值平均功率比
2.3.3 功率谱和带宽
2.3.4 子载波分配
2.3.5 总的数据速率
2.3.6 设计指南
2.4 离散傅里叶变换的实现
2.5 OFDM的挑战和补救方法
2.5.1 分集合并和信道编码的益处
2.6 MIMO-OFDM
2.7 文献注记
第3章 多进制LDPC编码的OFDM
3.1 OFDM的信道编码
3.1.1 信道编码
3.1.2 编码调制
3.1.3 编码的OFDM

深度探索：水下声音的奥秘与通信的革新 水下世界，一个广袤而神秘的领域，长久以来吸引着人类无尽的探索欲望。无论是海洋生物的栖息地，还是深邃海底的地质构造，抑或是潜藏的战略价值，无不激发着我们对其一探究竟的决心。然而，这片蓝色的疆域，却对我们赖以生存的电磁波通信方式构成了严峻的挑战。传统的无线电波在水中衰减极快，难以实现远距离、高带宽的通信，这无疑成为了人类认识和开发海洋的一大瓶颈。 正是在这样的背景下，一种全新的通信方式应运而生，它以声音为媒介，巧妙地利用水下声传播的特性，开启了水下信息传递的新纪元。本文将深入探讨水下声通信的理论基础、关键技术、应用领域以及未来发展趋势，为读者呈现一个全面而深刻的认知，揭示水下世界通信的无限可能。 一、 水下声传播的独特挑战与机遇 理解水下声通信，首先需要了解声音在水中的传播特性。与空气中相比，声音在水中的传播速度更快，且衰减速度相对较慢。这使得声音成为了在水下进行远距离通信的可行选择。然而，水下环境的复杂性也带来了诸多挑战： 多径效应： 海底、海面、海洋生物以及水体本身的密度变化，都会导致声波发生反射、折射和散射，形成复杂的多径传播。这些多径信号的叠加会引起信号失真、衰落，严重影响通信质量。 噪声干扰： 海洋中存在着各种自然噪声（如海浪、风暴、冰裂、动物叫声）和人为噪声（如船舶、声纳、钻井平台），这些噪声会淹没微弱的通信信号，降低信噪比。 带宽限制： 声音的频率与通信带宽密切相关。传统的声呐系统通常工作在较低频率，带宽有限，难以支持高数据速率的通信。 多普勒效应： 海洋生物、水下航行器等的运动会引起声波频率的变化，即多普勒效应，这会进一步增加信号处理的难度。 尽管存在这些挑战，但声音作为水下通信的媒介，也蕴含着独特的机遇： 穿透性强： 相较于电磁波，声音在水中的穿透能力更强，能够穿透一定的水体厚度，实现更远的通信距离。 能量效率高： 在特定条件下，声音能量的传输效率相对较高，有助于实现低功耗通信。 生物模拟： 海洋生物如鲸鱼、海豚等，早已演化出复杂的声学交流系统，这为我们提供了宝贵的灵感来源。 二、 水下声通信的关键技术解析 为了克服水下声传播的挑战，研究人员开发了一系列先进的通信技术。其中，OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）技术在水下声通信领域展现出强大的生命力。OFDM将高速数据流分割成若干个低速的子数据流，并将每个子数据流调制到独立的子载波上进行传输。这种多载波的传输方式，在应对多径效应和频率选择性衰落方面具有显著优势。 OFDM的工作原理： 1. 串并转换： 将输入的串行高速数据流分解成多个并行低速数据流。 2. 子载波调制： 对每个低速数据流进行调制（如BPSK, QPSK, 16QAM等），并将这些调制后的信号加载到相互正交的子载波上。 3. IFFT（Inverse Fast Fourier Transform）： 将时域的并行信号通过IFFT变换到频域，生成OFDM符号。 4. 加循环前缀（CP）： 在每个OFDM符号前添加一段循环前缀，以消除符号间干扰（ISI），从而有效对抗多径效应。 5. 并串转换： 将并行信号转换为串行信号进行发送。 6. 接收端： 接收端执行FFT（Fast Fourier Transform）变换，移除循环前缀，并对各个子载波上的信号进行解调和串并转换，最终恢复原始数据。 OFDM在水下声通信中的优势： 对抗多径效应： OFDM通过将高速数据分成多个低速子载波传输，使得每个子载波上的信号经历的信道衰落更加平坦，并且循环前缀的存在能够有效消除符号间干扰，从而显著改善了OFDM在多径信道下的性能。 提高频谱利用率： 子载波之间的正交性使得它们之间可以重叠而不产生干扰，从而提高了频谱利用效率。 易于均衡： OFDM信道均衡可以简化为对每个子载波进行独立的均衡，极大地降低了算法复杂度。 鲁棒性强： 即使某些子载波受到严重衰落，其他子载波仍能正常传输，整个通信系统仍然可以保持一定的通信能力。 除了OFDM，其他关键的水下声通信技术也至关重要： 调制解调技术： 除了OFDM中使用的调制方式，其他如FSK（Frequency Shift Keying）、PSK（Phase Shift Keying）等也在特定场景下有所应用。根据信道条件和数据速率需求，选择合适的调制方式至关重要。 信道编码与译码： 为了抵抗噪声和干扰，需要采用强大的信道编码技术，如卷积码（Convolutional Codes）、Turbo码（Turbo Codes）和LDPC码（Low-Density Parity-Check Codes）。这些编码技术能够在一定程度上纠正传输过程中产生的错误，提高通信的可靠性。 信号处理技术： 多径信道估计与均衡： 精确的信道估计是OFDM等技术高效运行的基础。通过估计信道冲激响应，可以设计相应的均衡器来补偿多径效应带来的影响。 噪声抑制： 各种滤波器（如维纳滤波器、卡尔曼滤波器）以及统计信号处理方法被用于抑制和去除海洋中的背景噪声。 多普勒补偿： 针对运动目标引起的多普勒效应，需要设计相应的补偿算法，以校正频率偏移。 阵列信号处理： 利用多收发换能器组成的阵列，可以实现波束形成，聚焦信号能量，抑制干扰，以及进行声源定位。这对于提高通信的指向性和抗干扰能力至关重要。 网络协议设计： 随着水下传感器网络的兴起，设计高效、可靠的水下通信协议成为重要课题。这包括MAC层协议（如TDMA、CSMA/CA）、路由协议以及传输层协议等，需要考虑水下环境的特殊性，如延迟大、带宽受限、节点能量有限等。 三、 水下声通信的广阔应用前景 水下声通信技术的不断发展，正在为人类探索和利用海洋提供前所未有的可能性，其应用前景十分广阔： 海洋科学研究： 数据采集与传输： 部署在海底的传感器网络可以实时采集海洋环境参数（如水温、盐度、流速、压力、pH值），并通过声通信网络将数据传输到岸基基站或水面平台，为海洋监测、气候变化研究、海洋资源勘探提供宝贵数据。 水下考古： 通过声通信连接水下探测设备，可以实现对沉船、古代遗址等进行更精细的勘测和记录。 海洋生物监测： 部署声学监测系统，可以追踪海洋生物的活动轨迹，研究其行为模式和迁徙规律，为生物多样性保护提供支持。 海洋资源开发： 油气勘探与开采： 在海底油气田的勘探和开采过程中，需要进行大量的海底地形测绘、井下监测和设备远程控制。声通信可以为这些水下作业提供可靠的信息传输通道。 海底矿产资源勘探： 类似于油气勘探，声通信技术在海底多金属结核、稀土等矿产资源的勘探中也扮演着重要角色。 水下军事应用： 水下情报侦察： 部署水下侦察节点，进行信息收集和态势感知。 水下武器系统协同： 实现水下无人潜航器（UUV）之间的协同作业，以及与母舰的信息交换。 反潜作战： 利用声通信进行水下目标探测、识别和跟踪，以及指挥协同。 水下导航与定位： 水下导航系统： 为水下航行器提供精确的位置信息，尤其是在GPS信号无法到达的水下环境。 水下资产追踪： 对重要的水下设备，如水下管道、通信电缆、潜艇等进行实时监控和追踪。 水下通信网络： 水下传感器网络（UWSN）： 构建大规模的水下传感器网络，实现对海洋环境的全面、实时监测。 水下机器人协作： 实现多台水下机器人协同完成复杂的任务，如水下管道检查、海底搜救等。 水面-水下融合通信： 建立连接水面平台和水下设备的通信链路，实现信息和控制的无缝切换。 四、 未来发展趋势与挑战 尽管水下声通信技术取得了显著进展，但仍面临许多挑战，并呈现出新的发展趋势： 向高带宽、低延迟发展： 随着应用需求的不断增长，提高水下通信的数据传输速率和降低通信延迟是未来的重要方向。这需要更先进的OFDM技术、更优化的调制解调方案以及更高效的信号处理算法。 低功耗与长续航： 水下设备往往依赖电池供能，因此低功耗设计是关键。开发更节能的通信硬件和通信协议，延长水下设备的续航能力，是实现大规模水下网络部署的基础。 自适应与智能通信： 针对复杂多变的水下环境，未来的通信系统将更加注重自适应性。系统能够根据信道条件、噪声水平和通信需求，动态调整通信参数，实现最优化的通信性能。人工智能和机器学习技术将在智能通信中发挥越来越重要的作用。 多模态通信融合： 除了声通信，研究人员也在探索将光学通信、磁通信等其他通信方式与声通信融合，形成互补优势，以应对更广泛的水下通信需求。 水下安全与隐私： 随着水下网络的应用普及，水下通信的安全性和隐私保护问题也日益凸显。需要研究相应的加密技术和安全协议，确保水下信息的机密性和完整性。 标准化与互操作性： 建立统一的水下通信标准，提高不同厂商、不同设备之间的互操作性，对于推动水下通信技术的商业化和普及至关重要。 结语 水下声通信，作为连接人类与神秘海洋的重要桥梁，正以前所未有的速度发展。OFDM等先进技术的引入，极大地克服了水下环境的通信挑战，为我们打开了通往更广阔海洋世界的大门。从科学研究到资源开发，从军事应用到民用服务，水下声通信的潜力无限。展望未来，随着技术的不断突破和创新，我们有理由相信，水下世界的通信将更加高效、可靠和智能，为人类揭示海洋的更多奥秘，并驱动人类社会向更可持续的未来迈进。

评分☆☆☆☆☆

这本《OFDM水声通信(信息与通信技术)/经典译丛》的书名听起来就非常专业，一看就是面向业内人士或者相关专业学生的高端读物。我最近在读一些关于无线通信的理论书籍，它们大多集中在蜂窝网络或者Wi-Fi技术上，内容偏向于陆地环境下的信道建模和抗干扰技术。那些书里充满了复杂的傅里叶变换、信道编码、MIMO技术的数学推导，读起来非常烧脑，但对于理解现代通信系统的底层逻辑非常有帮助。比如，我手里有一本讲5G NR核心网架构的，它详细拆解了服务化架构（SBA）的各个组件，如AMF、SMF、UPF之间的交互流程，那简直就是一本技术操作手册，恨不得立刻上手去搭建一个虚拟网络环境进行验证。再比如，另一本关于电磁兼容性的著作，则深入探讨了EMI/EMC的测试标准和防护设计，从屏蔽材料的选择到地线设计规范，每一个细节都关乎到电子设备能否在复杂的电磁环境中稳定运行，读完之后，我对任何电子产品的设计都会多一份敬畏之心。这些书的共同点是，它们都紧密围绕着已有的、成熟的通信技术体系进行深挖，目标是让读者成为某个细分领域的专家，而不是探索全新的未知领域。

评分☆☆☆☆☆

我最近在学习一些关于量子信息和光子通信的基础知识，这完全是另一个维度的技术前沿。那本入门级的量子力学导论，用非常抽象的语言描述了叠加态和纠缠态的概念，并初步探讨了量子密钥分发（QKD）的原理，比如BB84协议如何利用海森堡不确定性原理来保证通信的安全性。读起来更像是在探索物理学的哲学边界，而非传统的工程实现。相比之下，光纤通信的书籍则更贴近现实应用，但它们主要关注的是光在光纤内部的传输损耗、色散补偿以及光电探测器的性能指标。这些书会详细分析EDFA（掺铒光纤放大器）的工作原理和噪声特性，以及WDM（波分复用）技术如何实现超大容量传输。这些技术都是基于“光”这一媒介，它们在低损耗、高带宽方面具有无可比拟的优势，但这些优势在水下这个完全不同的介质中，就无法直接套用了。

评分☆☆☆☆☆

最近读完了一本关于水下机器人控制系统的专著，那本书里讨论的重点是如何在复杂的水流和压力环境下，保证AUV（自主水下航行器）的定位精度和运动稳定性。书中详细介绍了惯性导航系统（INS）与声学定位系统（如USBL/LBL）的融合算法，包括卡尔曼滤波的应用，以解决水下GPS信号缺失的问题。大量的篇幅都用在了控制理论上，比如PID控制器的调优，或者更先进的模糊逻辑控制，以应对突变的外部扰动。这本书的价值在于，它提供了一套完整的“移动平台”的解决方案，确保机器人在水下能够准确地到达预定位置并执行任务。然而，对于机器人携带的通信设备本身，比如它如何与母船或者其他水下节点进行数据交换，书中仅是一笔带过，将其视为一个“黑箱”模块，没有深入探讨其内部的调制解调机制和抗干扰策略。

评分☆☆☆☆☆

前段时间，我花了不少时间研究传统的无线电通信中的信道编码技术，特别是turbo码和LDPC码（低密度奇偶校验码）。那些书籍会用大量的篇幅来解释迭代译码的流程，如何通过软信息传递来逼近香农限。这些编码方案的核心在于如何通过冗余校验位，使得接收端能够在极低的信噪比下仍能正确恢复信息，这对于深空探测或者地面对卫星通信至关重要。书中的图表充满了误码率（BER）曲线，清晰地展示了编码增益带来的巨大提升。这类通信研究的基石是建立在相对稳定、可预测的无线信道模型之上的，即便有衰落，其机制也相对清晰。我很好奇，在水声这种极端复杂的、时变性极强的非平稳信道中，这些依赖于特定数学模型的编码和调制技术，需要进行怎样翻天覆地的改造才能勉强适用。

评分☆☆☆☆☆

我最近对声学信号处理产生了浓厚的兴趣，尤其是那种涉及到大范围、长距离信息传输的场景。我之前看了一本关于海洋声学勘探的教材，那本书的重点在于如何利用声波来探测海底地形、识别矿藏或者监测海洋生物活动。书中花了大篇幅讲解了声波在水中的传播特性，比如折射、反射、绕射现象，以及多路径效应如何严重干扰接收信号的质量。里面还介绍了各种换能器的原理和设计，比如如何制造出高灵敏度、宽频带的声纳阵列。那本书的视角是偏向于“探测”和“感知”，强调的是如何用声音去“看”到水下世界，很多内容都和信号的发射、接收、回波分析有关。它更像是物理学和工程学的结合体，理论基础非常扎实，但对于信息传输本身——比如如何将高比特率的数据可靠地送达远方——涉及得就相对较少，更多的是关注信号的能量和空间分布。