OFDM水声通信 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：29763279866

商品基本信息，请以下列介绍为准
商品名称：	OFDM水声通信
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

OFDM水声通信：深度探索与未来展望 绪论 海洋，作为地球上最广阔的疆域，蕴藏着无数的奥秘与潜力。随着人类对海洋的认知不断深入，水下探测、资源开发、环境监测、军事应用等领域的需求日益增长，而高效、可靠的水声通信技术，无疑是支撑这些活动的关键基础设施。传统的水声通信方式，如FSK（频移键控）和PSK（相移键控），虽然在一定程度上满足了早期需求，但在面对水声信道的复杂性，如多径效应、多普勒效应、带宽限制以及低数据速率等挑战时，其性能瓶颈愈发凸显。 近年来，OFDM（正交频分复用）技术凭借其在陆地无线通信领域取得的巨大成功，被引入水声通信的研究视野，并逐渐展现出巨大的应用前景。OFDM技术通过将宽带信道划分为多个窄带正交子信道，有效克服了多径衰落的影响，提高了频谱利用率，并显著提升了数据传输速率。然而，水声信道与陆地无线信道在物理特性上存在显著差异，这使得OFDM技术在水声领域的应用面临着一系列特有的技术难题，也孕育着深厚的理论与工程研究价值。 本书《OFDM水声通信》正是基于这一背景，旨在为读者提供一个全面、深入、系统地理解OFDM技术在水声通信领域应用的知识体系。本书并非对OFDM技术本身进行纯粹的理论阐述，而是着重于OFDM在水声这一特殊信道环境下的应用、挑战与创新。我们将从水声信道的特性出发，剖析OFDM技术如何应对这些挑战，并详细介绍OFDM水声通信系统的关键技术环节、设计方法以及未来的发展方向。 第一章 水声信道的特性与挑战 在深入探讨OFDM技术之前，理解水声信道的独特性质至关重要。本章将对水声信道进行详尽的剖析，重点关注其与无线电通信信道的差异，以及这些差异对OFDM系统带来的影响。 传播速度与衰减： 水中声速远低于光速，且声波在水中的传播伴随着显著的吸收与散射，导致传播距离受限，信号衰减快速。我们将探讨不同频率、不同深度下声波传播的特点，并分析其对OFDM子载波分配和功率控制的影响。 多径效应： 水下环境中，声波信号会经过海底、海面、障碍物等多次反射，形成大量的多径信号。这些多径信号到达接收端的时延差和幅度差，会对OFDM系统的解调带来严重的干扰，尤其是在高数据速率传输时。本章将详细阐述多径效应的产生机理、统计模型，并为其后的OFDM技术应对策略奠定基础。 多普勒效应： 发送端或接收端的相对运动，以及海水的流动，都会引起声波频率的偏移，即多普勒效应。这会导致OFDM系统中子载波之间的正交性被破坏，进而引发子载波间干扰（ICI）。我们将深入分析多普勒效应在水声通信中的表现形式，并探讨其对OFDM系统性能的影响程度。 带宽限制与低数据速率： 水声信道的可用带宽通常非常有限，且信道噪声较强，这直接制约了数据传输的速率。OFDM技术虽然能有效提高频谱利用率，但在带宽受限的情况下，如何高效地分配子载波、优化调制方式，将是本书后续章节重点关注的问题。 时变性与非高斯噪声： 水声信道是高度时变的，其信道特性会随着时间、空间以及海洋环境的变化而快速改变。此外，水声信道中的噪声往往是非高斯分布的，例如脉冲噪声、背景噪声等。这些特性给OFDM系统的均衡与解码带来了额外的挑战。 第二章 OFDM技术原理及其在水声通信中的适配 本章将介绍OFDM技术的核心原理，并重点讨论如何将其适配到水声通信的特定需求中。 OFDM原理概述： 详细讲解OFDM如何通过IFFT/FFT实现串并转换和调制/解调，如何利用子载波的正交性实现高密度频谱利用，以及其在应对多径衰落方面的优势。 循环前缀（CP）的引入与作用： 深入分析循环前缀在OFDM系统中的作用，包括消除符号间干扰（ISI）和保持子载波正交性。我们将讨论在水声信道环境下，如何根据多径时延扩展来优化循环前缀的长度。 OFDM在水声信道中的优势分析： 结合第一章对水声信道特性的分析，阐述OFDM技术在应对多径效应、提高数据速率、简化均衡复杂度等方面的优势，并与传统的调制技术进行对比。 OFDM水声通信系统的基本架构： 描绘OFDM水声通信系统的典型框图，介绍从基带信号生成、OFDM调制、D/A转换、水声信号发射，到水声信号接收、A/D转换、OFDM解调、基带信号恢复的完整流程。 第三章 OFDM水声通信系统的关键技术环节 本章将聚焦OFDM水声通信系统中的核心技术挑战，并介绍相应的解决方案。 信道估计与均衡： 多径信道估计： 介绍在水声信道下，如何通过导频序列进行信道参数的估计。我们将讨论不同导频策略（如块状导频、梳状导频）在水声环境下的适用性，以及如何应对信道时变性。 OFDM均衡技术： 详细阐述OFDM均衡器的工作原理，包括迫零均衡、最小均方误差（MMSE）均衡等。特别地，我们将探讨如何针对水声信道特性（如频率选择性衰落）设计自适应均衡算法。 多普勒效应的补偿： 分析多普勒效应如何影响OFDM系统的正交性，并介绍相应的补偿技术，例如利用导频进行频率偏移估计和补偿，以及基于时频域的补偿方法。 载波频率偏移（CFO）与采样频率偏移（SFO）的补偿： CFO与SFO的产生与影响： 解释CFO和SFO在水声通信中的来源（如换能器差异、运动），以及它们对OFDM系统解调带来的误码率上升。 补偿策略： 介绍常用的CFO和SFO补偿算法，包括基于导频的补偿方法和基于盲均衡的补偿方法，并分析其在水声环境下的鲁棒性。 调制与编码策略： 子载波调制方式的选择： 讨论在水声信道下，根据子载波信道质量（如信噪比）动态选择QAM、PSK等不同调制阶数的技术（如自适应调制），以最大化数据吞吐量。 信道编码与交织： 介绍卷积码、LDPC码、Turbo码等纠错编码技术在OFDM水声通信中的应用，以及交织技术如何对抗突发错误，提高系统的可靠性。 峰值-均值功率比（PAPR）管理： PAPR问题分析： 解释OFDM信号固有的高PAPR特性，以及其在水声换能器上可能引起的非线性失真，影响传输功率和效率。 PAPR降低技术： 介绍常用的PAPR降低技术，如限幅滤波、概率削峰（PTS）、编码削峰等，并分析其在水声通信应用中的可行性与权衡。 同步技术： 帧同步与符号同步： 讨论在水声信道下，如何实现OFDM信号的精确帧同步和符号同步，这对OFDM解调的正确性至关重要。介绍常用的同步序列设计与匹配滤波方法。 载波同步： 确保OFDM接收端载波频率与发送端保持一致，避免CFO的引入。 第四章 OFDM水声通信系统的设计与实现 本章将从系统设计的角度，探讨OFDM水声通信系统的具体实现问题。 换能器的选择与匹配： 探讨水声换能器的频率响应、指向性、最大声压级等参数对OFDM系统设计的影响，以及如何进行换能器与OFDM系统的匹配。 硬件平台与嵌入式系统设计： 介绍OFDM水声通信系统中常用的硬件平台，如DSP、FPGA、微处理器等，以及嵌入式系统在信号处理和控制中的作用。 软件实现与算法优化： 讨论OFDM算法在嵌入式系统上的高效实现，包括定点化、流水线、并行处理等优化技巧，以及实时性要求的考虑。 仿真平台与实验验证： 介绍OFDM水声通信系统的仿真软件（如MATLAB/Simulink）和仿真方法，以及实际水声环境下的实验验证流程与数据分析。 第五章 OFDM水声通信的应用场景与性能评估 本章将探讨OFDM水声通信在不同应用场景下的表现，并给出系统的性能评估方法。 典型应用场景分析： 水下探测与测绘： 高数据速率OFDM系统在海底地形测绘、目标识别等领域的应用。 水下传感器网络： OFDM技术如何支持大规模水下传感器节点之间的高效通信，实现数据融合与传输。 水下通信中继： 利用OFDM技术构建水下通信链路，实现水面与水下、水下不同区域之间的信息传输。 军事应用： 水下通信在侦察、监视、水下作战等军事任务中的重要性，以及OFDM技术的军事价值。 性能评估指标： 误码率（BER）与误符号率（SER）： 衡量数据传输的准确性。 数据吞吐量： 衡量单位时间内传输的有效数据量。 通信距离： 衡量OFDM信号在水声信道中可达的最大距离。 频谱效率： 衡量单位带宽内传输数据的效率。 功耗与成本： 实际部署中需要考虑的关键因素。 与其他水声通信技术的比较： 综合OFDM的优劣势，与其他主流水声通信技术（如单载波、DMT等）进行对比分析，明确OFDM技术的定位与优势。 第六章 OFDM水声通信的未来发展趋势与挑战 展望未来，OFDM水声通信仍有广阔的发展空间。本章将探讨未来的研究热点和潜在的技术突破。 认知与智能OFDM水声通信： 引入人工智能和机器学习技术，实现OFDM系统对水声信道的自适应感知、智能资源分配和鲁棒性优化。 低功耗与高可靠性OFDM设计： 针对水下能源限制，研究低功耗OFDM调制解调技术和信道编码策略。 多输入多输出（MIMO）OFDM水声通信： 探索利用多天线技术进一步提升OFDM水声通信系统的容量和可靠性。 水声与声光混合通信： 结合水声和可见光通信的优势，实现更高效、更安全的水下信息传输。 标准化与互通性： 推动OFDM水声通信标准的建立，促进不同厂商设备之间的互联互通。 新型OFDM变种在水声中的应用： 探讨如DFT-S-OFDM、AFDM等新型OFDM技术的潜在优势与适用性。 海洋环境监测与数据挖掘的融合： 利用OFDM水声通信技术，更高效地收集海洋环境数据，并结合数据挖掘技术深入分析。 结论 OFDM技术以其卓越的性能，正在引领水声通信领域迈向新的高度。本书《OFDM水声通信》系统地梳理了OFDM水声通信的关键技术、设计方法、应用场景以及发展趋势。通过对水声信道特性的深入理解，结合OFDM技术的优势，我们能够设计出更高效、更可靠的水下通信系统，为人类探索和利用海洋提供强大的技术支撑。本书的编写旨在抛砖引玉，激发更多研究者和工程师投身于OFDM水声通信领域的研究与实践，共同推动这一前沿技术的进步，为海洋科学、海洋工程以及国家战略发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书是希望能找到一套系统性的解决方案，来应对我目前遇到的水声通信误码率（BER）居高不下的问题，而《OFDM水声通信》在这方面超出了我的预期。这本书的后半部分简直是为我们这些在实际部署中遇到“拦路虎”的工程师量身定做的。作者对非高斯噪声和脉冲干扰的处理尤为精妙，这在实际水下环境中是普遍存在的难题。他们介绍了几种先进的非正交多址接入（NOMA）与OFDM相结合的方案，并详细分析了其在复杂背景噪声下的性能增益。更重要的是，书中对硬件实现的考量非常到位。比如，在讨论有限精度运算对FFT/IFFT性能的影响时，作者给出了具体的量化分析，这在很多纯理论书籍中是看不到的。我尤其欣赏它对低功耗、低复杂度场景的关注，书中提出的某些稀疏信道估计方法，显著降低了计算负荷，这对于依靠电池供电的自主水下设备至关重要。读完后，我立刻尝试在我的测试平台上复现了其中一个低复杂度均衡器的设计，效果立竿见影，极大地提升了系统的实用价值。

评分☆☆☆☆☆

如果说市面上大部分教材都是在描述“是什么”，那么《OFDM水声通信》这本书则是在深入剖析“为什么”以及“如何做”。它不仅仅是知识的堆砌，更像是一次高水平的思维引导。我发现作者在阐述原理时，习惯于将OFDM与传统宽带通信，乃至OFDM在无线电领域的应用进行对比，这种跨领域的参照极大地拓宽了我的理解边界。例如，书中对比了OFDM在空对空、地对空、水下信道中的差异化适应策略，使得OFDM的设计不再是“一刀切”的模板化过程，而是根据物理环境特点进行“量体裁衣”的优化。特别是在探讨信道编码与OFDM的联合设计部分，作者展现了深厚的功底，将Turbo码、LDPC码与OFDM的交织策略进行了深入的耦合分析，为实现高可靠性通信提供了坚实的理论支撑。这本书的行文风格大气、逻辑严密，读起来有一种步入殿堂的感觉，它要求读者具备一定的数学基础，但回报是清晰的、结构化的知识体系。

评分☆☆☆☆☆

我个人对《OFDM水声通信》的“前瞻性”非常欣赏。在很多现有技术文档都聚焦于当前成熟技术的优化时，这本书大胆地探讨了未来水声通信可能的发展方向。书中有一章专门讨论了基于机器学习和深度学习方法来辅助OFDM信道估计和均衡的探索性工作。虽然这部分内容可能尚处于实验室阶段，但作者将其纳入正典，表明了其视野的开阔。他们不仅仅是总结了现有技术，更是在引领读者思考下一代水声通信系统的核心挑战和潜在突破口。例如，如何利用神经网络的强大泛化能力去应对极端复杂、甚至未知的信道环境。这种对新兴技术的引入，使得这本书的价值超越了短期应用，具有长期的参考意义。对于希望指导研究生或者规划未来几年研究方向的科研工作者来说，这本书提供的不仅仅是现成的工具箱，更是一张指向未来技术制高点的地图。它激发了我对于如何将人工智能融入水声物理层设计的浓厚兴趣，是近年来我阅读过的相关领域书籍中最具启发性的一本。

评分☆☆☆☆☆

这本《OFDM水声通信》着实让我眼前一亮，它在理论深度和工程实践之间找到了一个绝佳的平衡点。作为一名长期在水下声学领域摸爬滚打的研究人员，我深知将复杂的数字信号处理技术应用于水声信道的难度。这本书的叙述方式非常严谨，从基础的信道建模入手，清晰地阐述了水声环境的独特性如何对正交频分复用（OFDM）的性能构成严峻挑战。尤其让我印象深刻的是作者对多普勒效应和时变特性的处理。他们没有停留在对理想信道的分析上，而是深入探讨了如何设计鲁棒的同步和均衡算法来应对水下信道快速变化的特性。书中对循环前缀（CP）的长度选择、导频序列的设计，以及由此引发的均衡器结构优化，都有详尽的数学推导和仿真验证。这种自上而下、层层递进的讲解结构，使得即便是初次接触OFDM水声通信的读者，也能在建立起扎实的理论基础后，逐步领悟到实际系统设计中的关键权衡点。它更像是一份详尽的设计手册，而非空泛的理论综述，对于想将OFDM技术落地到实际水下无人潜航器（UUV）组网或水下传感器网络中的工程师来说，价值无可估量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的图表质量和清晰度简直是教科书级别的典范。我收集了很多关于水声通信的资料，但很少有书籍能将复杂的波形、频谱图和误码率曲线绘制得如此直观且具有说服力。《OFDM水声通信》中的所有关键概念，无论是时域的信道脉冲响应，还是频域的子载波功率分配，都有高质量的图形辅助说明。这对于理解OFDM帧结构中的同步窗口和保护间隔设置至关重要。此外，书中对模拟前端（RF/Acoustic Front-end）的讨论也颇具洞察力。虽然核心是数字通信，但作者并未忽略实际信号采集和发射环节带来的限制，比如换能器带宽的限制、功放的非线性失真等，这些都被巧妙地融入到OFDM系统性能的讨论中。这种对完整链路的关注，避免了将系统设计局限在纯粹的数字域，使得读者能形成一个更加贴近真实世界的水声通信系统概念模型。对于需要撰写详细技术报告或者进行项目评审的专业人士而言，书中那些精准的图示可以直接拿来作为高质量的参考素材。