提高感应耦合锚系链多节点数据传输性能的方法研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mynameiscaohaoxiang
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海洋是重要的战略空间和后备资源宝库,伴随着我国综合国力的不断增强,国际间深海领域的竞争也逐渐激烈。因此大力发展海洋高新技术,提升国家竞争力成为关键。感应耦合锚系链可以实现海洋原位数据的长期、连续观测,其基于电磁感应耦合原理,采用单根锚系链与海水构成的闭合回路实现水下多节点数据的非接触式传输。但是,由于海水信道的复杂性和相对落后的ASK/DPSK调制技术,在很大程度上影响了信号的传输速率和可靠性,因此本文主要从这两个方面入手,针对长距离水下感应耦合多径传输信道的特点,设计了适合于300米水深的多节点信息传输的算法和解决方案。首先,为了更加准确的分析信道特性,利用阻抗分析仪实际测量了不同温度、浓度下的海水随着频率变化的海水电导率曲线图,利用COMSOL多物理仿真软件和测量结果确定了不同频率下接收到的电流信号值,进行归一化处理后,根据设定-20d B衰减阈值,确定了300米水深海水信道的有效带宽为2MHz。其次,由于电信号在海水信道中传输时具有多径效应,因此不同频率电信号在海水中传输时的衰减情况也不同,随着信号频率的逐渐增大多径效应更为明显。因此,本文对传统的多载波算法进行了改进,将信号分成多路传输并将信号的实部和虚部相加比传统算法的传输时间缩短了一半,且可以有效的抵抗多径效应、降低信号误码率,除此本文还采用限幅法降低均峰比,并对比分析了不同映射方式下的信道容量。然而在传统的时分复用(TDMA)的传输方式下,水下传感器节点按照时间排序进行数据传输,节点时间分辨率低、带宽利用率低。因此,本文提出了一种新的多载波算法解决方案,其采用OFDM与FDMA相结合的方法,节点内采用OFDM技术,各个节点间采用频分复用(FDMA)技术。本文采用注水原理进一步优化算法将2MHz带宽合理的分配给各节点用户,并在接收端利用滤波器组将各用户信息剥离。与其它传输方式相比,本文设计的多载波算法提高了感应耦合数据传输系统的性能,为解决长距离水下多节点共同传输提供了理论依据。
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