OFDM水声通信 电子与通信 书籍 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121337048

商品编码：29592189600

商品基本信息，请以下列介绍为准
商品名称：	OFDM水声通信 电子与通信 书籍
作者：	Shengli Zhou（周胜利），Zhaohui Wang（王昭辉）
定价：	79.0
出版社：	电子工业出版社
出版日期：
ISBN：	9787121337048
印次：
版次：	1
装帧：	平装-胶订
开本：	16开

内容简介

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

目 录 第1章 引言1 1.1 研究背景1 1.1.1 水声的早期探索1 1.1.2 水声通信媒介1 1.1.3 水下系统和网络2 1.2 水声(UWA)信道的特点2 1.2.1 声速2 1.2.2 传播损失4 1.2.3 时变多径6 1.2.4 声传播模型7 1.2.5 环境噪声和外部干扰8 1.3 通带信道的输入和输出关系9 1.3.1 各径自有多普勒扩展的线性时变信道9 1.3.2 具有共同多普勒扩展的线性时变信道10 1.3.3 线性时不变信道11 1.3.4 幅度和时延变化的线性时变信道11 1.3.5 依频率衰减的线性时变信道11 1.4 水声通信中的调制技术12 1.4.1 跳频 FSK12 1.4.2 直接序列扩展频谱12 1.4.3 单载波调制13 1.4.4 扫频(S2C)载波调制13 1.4.5 多载波调制14 1.4.6 多输入多输出技术14 1.4.7 水声通信的近期发展15 1.5 本书的组织结构15 第2章 OFDM基本知识17 2.1 零后缀的OFDM17 2.1.1 发射信号17 2.1.2 接收机处理19 2.2 循环前缀的OFDM20 2.2.1 发射信号20 2.2.2 接收机处理21 2.3 OFDM相关的问题21 2.3.1 ZP-OFDM与CP-OFDM21 2.3.2 峰值平均功率比22 2.3.3 功率谱和带宽22 2.3.4 子载波分配22 2.3.5 总的数据速率23 2.3.6 设计指南23 2.4 离散傅里叶变换的实现23 2.5 OFDM的挑战和补救方法24 2.5.1 分集合并和信道编码的益处25 2.6 MIMO-OFDM27 2.7 文献注记29 第3章 多进制LDPC编码的OFDM30 3.1 OFDM的信道编码30 3.1.1 信道编码30 3.1.2 编码调制31 3.1.3 编码的OFDM32 3.2 多进制LDPC码33 3.2.1 多进制的规则循环码34 3.2.2 多进制非规则LDPC码35 3.3 编码36 3.4 译码37 3.4.1 初始化38 3.4.2 变量节点到校验节点更新39 3.4.3 校验节点到变量节点更新39 3.4.4 初始判决和译码输出40 3.5 码设计41 3.5.1 规则循环码的设计41 3.5.2 非规则LDPC码的设计42 3.5.3 准循环的多进制LDPC码43 3.6 编码的OFDM的仿真结果45 3.7 文献注记47 第4章 PAPR控制48 4.1 PAPR的比较48 4.2 PAPR的减小50 4.2.1 限幅50 4.2.2 选择性映射51 4.2.3 载波峰值52 4.3 文献注记53 第5章 接收机综述和预处理54 5.1 OFDM接收机综述54 5.2 接收机预处理55 5.2.1 接收机的预处理55 5.2.2 数字实现56 5.2.3 频域过采样59 5.3 频域的输入/输出关系59 5.3.1 单输入单输出信道59 5.3.2 单输入多输出信道61 5.3.3 多输入多输出信道61 5.3.4 信道矩阵结构62 5.4 OFDM接收机的分类62 5.4.1 ICI-忽略的接收机63 5.4.2 ICI-感知的接收机64 5.4.3 逐块处理65 5.4.4 块间处理65 5.4.5 讨论65 5.5 仿真信道的接收机性能界65 5.5.1 仿真水声信道66 5.5.2 时变信道下的ICI影响66 5.5.3 SISO信道的中断性能67 5.6 扩展到CP-OFDM68 5.6.1 接收机预处理68 5.6.2 频域的输入/输出关系68 5.7 文献注记69 第6章 检测，同步和多普勒扩展估计70 6.1 基于互相关的方法71 6.1.1 基于互相关的检测71 6.1.2 基于互相关的同步和多

《水声通信：原理、技术与前沿应用》 一、 现代水下世界对通信的呼唤 广阔而神秘的蓝色星球，其大部分区域仍是人类探索的未知领域。海洋，作为地球表面积的百分之七十以上，蕴藏着丰富的资源、多样的生命形态，以及关乎全球气候、环境监测和国家安全的重要信息。然而，与陆地和空中通信技术蓬勃发展形成鲜明对比的是，水下世界的通信能力长期以来受到诸多严峻挑战的制约。电磁波在水中衰减极快，声音则成为目前唯一能够有效远距离传播的物理媒介。正是在这样的背景下，水声通信技术应运而生，并逐渐发展成为连接水下世界与陆地（或水面）信息枢纽的关键桥梁。 从探测海底资源、监测海洋环境变化，到部署和控制水下机器人、执行水下军事侦察任务，再到实现水下考古、海底管线维护，乃至未来的水下城市构想，无一不依赖于高效、可靠的水下通信能力。传统的基于声纳的通信方式虽然简单，但其信息传输速率低下，且易受噪声干扰，难以满足日益增长的数据传输需求。因此，开发先进的水声通信技术，提升信息传输的带宽、鲁棒性和智能化水平，已成为当今海洋科技发展亟待解决的关键问题。 二、 探索水声通信的深层奥秘：原理与挑战 水声通信，顾名思义，是利用声波作为信息载体，在水下介质中实现信息传输的一门技术。与我们熟悉的空气中的声波通信不同，水下的声波传播环境更为复杂，受到的影响因素也更加多样。理解这些核心原理和面临的挑战，是掌握水声通信技术的基石。 声波在水中的传播特性： 声波在水中的传播速度相对较快，且其衰减特性与频率、深度、温度、盐度等因素密切相关。高频声波衰减快，适合短距离通信；低频声波衰减慢，可实现远距离传输，但带宽受限。水体本身的非均匀性，如温度跃层、盐度梯度等，会导致声波的折射、反射和散射，形成复杂的传播路径，产生多径效应，这是水声通信中最棘手的问题之一。 水下噪声环境： 海洋并非宁静之地。船舶的螺旋桨噪声、海洋生物的叫声、海浪拍击、海底地质活动，甚至设备自身的运行噪声，都会对有效信号造成严重干扰。这些噪声的频谱分布广泛，且具有时变性，给信号的检测和解调带来了巨大困难。 信道模型： 水声信道具有典型的衰落特性，其传输损耗大、多径效应严重、时延扩展显著。准确的水声信道模型是设计鲁棒通信系统的基础，能够帮助我们理解信号在传输过程中可能经历的衰减、失真和干扰，从而优化调制解调方案、信道编码策略以及均衡算法。 多普勒效应： 水下通信节点（如水下机器人、传感器等）的移动会导致声波频率发生偏移，即多普勒效应。这种频率偏移会引入额外的失真，并对信号的同步和解调产生影响，尤其是在高速移动场景下。 带宽受限与低数据速率： 相比于无线电通信，水声通信的可用频谱资源非常有限，且由于信道特性，能够实现的数据传输速率通常很低，这极大地限制了其在传输高清视频、大量数据等方面的应用。 三、 攻克难关：水声通信的关键技术 为了克服上述挑战，科学家和工程师们不断探索和创新，发展了一系列关键技术，以提升水声通信的性能。 调制解调技术： 频移键控 (FSK) 与相移键控 (PSK)： FSK通过改变载波频率来表示数字信息，易于实现但效率较低。PSK则通过改变载波的相位来编码信息，效率高于FSK，但对相位同步要求较高。 正交频分复用 (OFDM)： OFDM是一种将高速数据流分割成多个低速子数据流，并在多个正交的子载波上并行传输的技术。OFDM能够有效地对抗多径效应，提高频谱利用率，成为现代水声通信研究的热点。通过在OFDM系统中引入循环前缀（CP）或使用特定的窗函数，可以进一步增强其对时延扩展的鲁棒性。 相位编码调制 (CPM)： CPM是一种将信息符号映射到连续相位波形的技术，具有良好的功率谱特性和对噪声的抵抗能力，在某些水声通信场景下具有优势。 编码调制一体化设计 (Coded Modulation)： 将信道编码和调制过程相结合，可以获得比独立设计编码器和调制器更好的整体性能。例如，卷积编码与PSK的结合，或更复杂的Turbo码、LDPC码与OFDM的结合，都能显著提高通信系统的抗噪声能力和纠错能力。 信道估计与均衡技术： 导频辅助信道估计： 在发送的数据序列中插入已知的导频信号，接收端通过测量导频信号的失真来估计信道的状态，进而对接收到的数据信号进行补偿。 自适应均衡器： 利用迭代算法（如LMS, RLS）不断更新均衡器的参数，以适应时变的信道特性，从而消除或减弱多径效应的影响。 模型驱动的均衡： 基于对水声信道的理解，设计具有特定结构的均衡器，例如利用脉冲响应模型来设计滤波器。 信号检测与干扰抑制： 匹配滤波： 根据已知信号的形状设计滤波器，以最大化接收信号与噪声的信噪比。 盲均衡/盲信号分离： 在没有先验导频信息的情况下，利用接收信号本身的统计特性来估计信道或分离信号，适用于导频开销大的场景。 噪声抑制算法： 开发有效的滤波器和信号处理算法，例如谱减法、维纳滤波等，用于抑制各种类型的背景噪声。 同步技术： 载波同步： 恢复发送端的载波频率和相位，是相干解调的基础。 符号定时同步： 精确地确定每个符号的开始和结束时刻，确保数据能够被正确采样。 帧同步： 识别数据帧的起始位置，是整个通信流程的起点。 网络与协议设计： 多址接入技术： 在共享的水声通信介质中，如何允许多个节点同时通信而不发生冲突，例如时分多址 (TDMA)、频分多址 (FDMA)、码分多址 (CDMA) 等。 路由协议： 对于分布式水声传感器网络，需要设计能够有效地在网络中选择路径，转发数据包的路由协议，如Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) 协议的改进版本。 MAC层协议： 介质访问控制协议，用于协调节点的介质访问，避免碰撞，提高信道利用率。例如，ALOHA协议的变种，以及基于时隙分配的协议。 端到端拥塞控制： 在带宽受限且易丢包的水声网络中，需要设计能够有效管理网络流量，避免拥塞，提高端到端传输可靠性的机制。 四、 创新前沿：拓展水声通信的应用领域 随着技术的不断进步，水声通信的应用领域也在不断拓展，展现出巨大的潜力。 水下军事应用： 水下侦察与监视： 部署水下传感器网络，实时监测敌方潜艇、水雷等，进行情报收集。 水下目标追踪与识别： 利用水声通信连接多个传感器，实现对水下目标的精确定位和识别。 水下无人作战平台（AUV/UUV）的协同： 实现多AUV/UUV之间的信息共享、任务协同和编队控制，执行复杂的侦察、攻击或搜救任务。 水下通信中继： 利用水面舰艇或浮标作为中继节点，将深水区的通信信息传输到陆地。 海洋科学研究： 海洋环境监测： 建立覆盖大范围的海底观测网络，实时监测海流、温度、盐度、化学物质浓度等参数，为气候变化研究、海洋资源勘探提供数据支持。 海洋生物学研究： 监测海洋生物的活动规律、声学行为，研究海洋生态系统的变化。 海底地质勘探： 利用水声通信技术控制海底勘探设备，采集地质样本和数据。 水下考古： 操控水下机器人对沉船、古代遗址进行勘探和记录。 海洋工程与资源开发： 海底管线监测与维护： 实时监测海底油气管道、电缆的运行状态，及时发现和处理异常情况。 水下设备远程控制： 远程操控海底钻井平台、水下机器人进行作业，降低人员风险。 海洋牧场管理： 建立水下通信网络，实现对养殖区域的智能化监控和管理。 应急搜救与灾害预警： 水下搜救： 在发生潜艇事故、海上失事等情况时，利用水声通信快速部署搜救设备，与水下幸存者或设备建立联系。 海啸、地震预警： 部署海底地震仪和水下传感器网络，实时监测海底活动，提高预警能力。 五、 未来展望：迈向智能与泛在的水声通信 当前，水声通信技术正处于快速发展阶段，未来的研究方向将更加聚焦于智能化、泛在化和高性能化。 人工智能与机器学习的应用： 将AI技术引入水声通信，用于信道预测、噪声自适应抑制、智能信号检测、资源分配和网络管理，实现通信系统的自主优化和智能化决策。 宽带与高速水声通信： 进一步研究更高频段的应用、更先进的OFDM技术（如使用更复杂的调制方案、更精细的子载波分配）、以及新型的调制解调技术，以期大幅提升数据传输速率，满足高清视频、大数据传输的需求。 水声与无线电融合通信： 探索水声通信与水面无线电通信的无缝切换与融合，构建海陆空一体化通信网络。 水下传感网络与物联网： 推动水下传感器网络的智能化和泛在化，实现水下环境的全面感知和信息互联，构建真正的“水下物联网”。 安全与可靠性： 针对水下通信的特殊环境，研究更鲁棒的加密和认证机制，确保通信的安全性与私密性。 低功耗与长续航： 对于部署在深海、难以维护的水下设备，开发低功耗的通信模块和节能协议，延长设备的工作寿命。 结语 水声通信，作为连接人类与浩瀚海洋的重要纽带，其重要性不言而喻。从深邃的海底到广袤的海洋，从基础的科学研究到实际的军事应用，都离不开高效可靠的水声通信技术支撑。随着技术的不断演进和应用需求的日益增长，我们有理由相信，未来的水声通信将更加智能、高效、可靠，为人类探索和利用海洋提供更强大的技术保障，开启人类认识和改造海洋的新篇章。

评分☆☆☆☆☆

这套“电子与通信”系列丛书一直是我关注的焦点，尤其是当我知道它们即将推出一本关于OFDM水声通信的专著时，我的期待值更是直线飙升。水声通信领域的研究一直以来都面临着信号衰减快、带宽受限、多径效应严重等诸多挑战，而OFDM（正交频分复用）技术以其强大的抗干扰能力和高频谱利用率，被认为是解决这些难题的有力武器。我非常好奇，这本书会如何深入剖析OFDM在水声环境下的具体实现，例如，它是否会详细介绍OFDM系统的设计流程，包括子载波间隔、循环前缀长度、星座图选择等关键参数的确定方法？我特别期待书中能有对不同水声信道模型下OFDM性能的仿真和实验分析，例如，面对高斯白噪声、脉冲噪声以及各种周期性干扰时，OFDM的鲁棒性表现如何？书中是否会提供具体的仿真代码或者实验平台搭建指南，让读者能够亲手实践，加深理解？此外，OFDM系统在实际应用中，其同步和信道估计的难度也非常大，我希望这本书能在这方面给出详实的讲解，包括短时同步、长时同步以及自适应信道估计算法等。总而言之，这本书对我来说，不只是一本教材，更是一扇通往水声通信前沿技术的大门，我迫不及待地想翻开它，探索其中的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在电子信息领域学习多年的学生，我对“电子与通信”系列书籍的质量有着天然的信任感，而这次推出的OFDM水声通信专题，更是让我眼前一亮。水声通信，这个听起来就充满神秘色彩的领域，其复杂性和挑战性远超一般的通信场景。OFDM技术，作为一种强大的多载波调制技术，在应对多径衰落和频率选择性衰落方面具有天然优势，将其引入水声通信，无疑是一次极具潜力的尝试。我非常想知道，这本书会如何从理论到实践，层层剥茧，揭示OFDM在水声通信中的应用细节。它是否会深入分析OFDM系统中关键的信号处理模块，比如IFFT/FFT、循环前缀的生成与去除、以及各种均衡算法的具体实现？更重要的是，水声信道的非平稳性是其一大特点，这意味着信道的状态会随时间和空间发生剧烈变化，我希望书中能够提供针对这种非平稳信道，OFDM系统能够采取的适应性策略，例如，自适应的子载波调制方式、自适应的功率分配，甚至是自适应的OFDM参数调整。此外，在实际的水声通信系统中，数据传输的可靠性和安全性也至关重要，我希望书中也能探讨OFDM技术如何结合先进的纠错编码和加密技术，以提高整体的通信性能和安全性。

评分☆☆☆☆☆

我一直密切关注“电子与通信”系列的书籍，它们往往能为读者带来前沿的技术视野。这次的新书《OFDM水声通信》，对我来说，无疑是一本重量级的读物。虽然我对OFDM的原理有一定的了解，但将其应用于水声通信这一特殊场景，我心中充满了疑问和好奇。水声信道与无线信道有着本质的区别，它具有非常高的时延扩展和严重的噪声干扰，这无疑会对OFDM系统的性能带来严峻的考验。我非常期待书中能够深入剖析OFDM技术在水声信道下的局限性，以及如何通过创新的方法来克服这些局限。例如，OFDM系统对载波频率和采样时钟的同步精度要求很高，在水声环境中，由于多径效应和多普勒效应，同步的难度会大大增加。我希望书中能够详细介绍在水声通信中，实现OFDM系统精确同步的各种技术手段，比如利用导频信号进行联合同步估计。同时，水声信道的时变性也对OFDM的性能提出了挑战，我希望书中能够探讨如何设计鲁棒的信道估计算法，以便OFDM系统能够实时地跟踪并补偿信道的变化。此外，OFDM技术在水声通信中的具体应用场景，例如水下声学定位、水下传感器网络、水下无线传感器网络等，书中是否会进行详细的案例分析，并提供相应的系统设计框架，这将对我极具启发意义。

评分☆☆☆☆☆

我对这套“电子与通信”系列的书籍一向有着极高的评价，它们总能以一种非常清晰、透彻的方式讲解复杂的通信原理。这次新推出的OFDM水声通信专著，我更是满怀期待。虽然我并非水声通信领域的资深研究者，但OFDM技术在我现有的通信知识体系中占据着重要地位，其在陆地无线通信中的成功应用已是不争的事实。我非常想了解，OFDM技术是如何克服水声环境独有的种种障碍的。例如，在深海或近岸复杂水域，多普勒效应和相位噪声对OFDM系统的影响会比在陆地空气信道中更为显著，我希望书中能够详细阐述如何通过有效的补偿算法来应对这些挑战。同时，水声信道的带宽特性也与无线电波截然不同，它呈现出一种非平坦的频率响应，这对于OFDM的子载波分配和均衡策略提出了特殊要求。这本书会否深入探讨如何根据实际水声信道的特性来优化OFDM的参数设置，比如如何选择最优的子载波数量和分配功率？我同样关心书中是否会涉及OFDM在水声通信中的实际部署问题，例如，如何设计高效的换能器阵列，如何实现远距离的水下数据传输，以及OFDM在低功耗设备上的实现可行性等等。这些都是我作为一名对前沿通信技术感兴趣的普通读者，非常渴望了解的内容。

评分☆☆☆☆☆

这套“电子与通信”系列的图书，一直以其严谨的学术态度和清晰的讲解风格著称，而这次新推出的《OFDM水声通信》更是让我充满期待。水声通信，作为连接水下世界与人类文明的重要桥梁，其技术发展一直是人类探索海洋的重要组成部分。OFDM技术，凭借其强大的抗多径和抗干扰能力，被广泛认为是解决水声通信诸多难题的有效途径。我非常想深入了解，OFDM技术是如何在这种复杂且极具挑战性的介质中发挥其优势的。书中是否会详细阐述OFDM在水声通信中的具体调制解调过程，包括如何根据水声信道的特点进行子载波的划分和调制方式的选择？我尤其关注书中是否会提供关于OFDM在水声信道下性能评估的详细仿真结果和实验数据，例如，与传统的单载波调制方式相比，OFDM在误码率、传输速率以及频谱效率等方面究竟能带来多大的提升？此外，水声通信的信道环境变化多端，从浅水到深海，从平静水域到波涛汹涌的海面，OFDM系统如何才能适应这些不同的环境，并保持稳定的通信性能？我期待书中能够提供一些关于OFDM在适应性方面的研究进展，例如，自适应的OFDM参数调整策略、自适应的功率控制以及信道编码的优化等。这些内容将极大地拓宽我对水声通信技术理解的深度和广度。