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水下通信网络是通过水底传感器、无线浮标等组成,通过声音和无线电进行通信,可接入到现有的立体信息网中,从而形成真正的覆盖全球的立体信息网。由于水下传感器网络“水下监视系统”水声预警网络的需求也愈来愈迫切,水下网络成为了国际上的研究热点。世界各国海军制定了许多重大计划,以确保水上、水下的载人/无人平台链接成一体化的作战网络。由此可见,对水下通信网的研究具有重大的应用意义。
本文对水下通信网进行了较全面的论述,并在文献[一]的基础上改进了水下网络的模型,对其拓扑结构,路由算法等进行了分析和对比。着重研究了淡水中电磁波的传播特性。计算出了部分频率在淡水下的传播特性值,并仿真了相关频率在淡水下传播时,电场强度与距离的关系。同时对水下信号处理,提出了在水下通信中应用MIMO技术与分数间隔判决反馈均衡器技术相结合来达到改善水声信道的算法。
本文所做的研究工作及所取得的研究进展如下:
1、本文介绍了水下通信网的原始模型和组成要素。改进了水下网络的模型,分析了无线传输方式中站点间的拓扑结构,站点之间的拓扑结构对水声通信网的吞吐量、可靠性以及网络的健壮性的影响。同时对适合水下传感器网络应用特点的几种路由协议进行了对比。
2、研究了水面及水下电磁波的传输特性,特别是淡水中电磁波的传输特性。在文献[二十]基础上计算出了淡水中电磁波传输的麦克斯韦方程,分析了淡水中的电场与磁场分量的强度,对比了磁偶极子辐射场的分布特性距离解算与跟踪以及水下相位测距方法,深入分析了波浪对水下电磁波传输的影响等等。
3、针对水下的频率选择性衰落信道提出了一种适用于有严重畸变水声信道的MIMO系统分数间隔判决反馈均衡器。并对单输入单输出(SISO)系统和多输入多输出(MIMO)系统的分数间隔判决反馈均衡器进行了仿真比较,结果表明多输入多输出(MIMO)系统在降低误码率方面具有明显的优越性。
4、针对水声信号传播时延长带来的网络效率低的问题,分析对比了两种适合水下声通信网使用的多址接入协议。并在此基础上对其进行了改进。不仅效率高而且复杂度低,适合要求低能量消耗且节点数少的水下网络。