数字化单边带水声语音通信系统的研究与实现

摘要

近年来，由于海洋开发利用步伐的加快，水声语音通信技术的研究越来越受到人们的重视。与无线电通信技术相比，声波是实现水下中远距离通信唯一有效的载体，并且水声信道具有通信带宽窄、时变、空变等复杂特性，因此选择一种有效的语音通信方式便成为人们研究的重点。单边带（SSB）通信方式是最早应用于水声通信领域的通信方式之一，迄今已经发展成为一种比较成熟的通信技术。单边带通信方式具有带宽利用率高，节省发射功率，受信道条件影响小等优点，成为被广泛采用的通信方式之一。
　　 本文研究的内容是在传统模拟单边带语音通信系统的基础上，用数字的方法实现单边带语音通信。相比较模拟单边带语音通信系统，数字单边带语音通信系统更轻便，更易于调试，而在算法处理方面更有模拟方法无法比拟的优势。结合具体算法并考虑到实际应用，本文主要从以下几个方面进行论述。
　　 1、理论方面：分析各种单边带调制方式，找出一种合适的调制方法，对所采用方法的关键技术进行分析，建立理论模型。同时，对单边带接收机的抗噪声特性做了简要的介绍。
　　 2、硬件方面：系统的硬件设计与论证，采用DSP+FPGA的构架。主要包括以DSP为核心的算法处理平台，以FPGA为核心的控制平台，以及信号调理部分，主要介绍各个模块之间电路接口的设计。
　　 3、软件方面：从数据实时传输与处理的角度，主要讨论数据的传输方式和数字维弗（Weaver）法单边带调制解调算法的C语言实现，同时介绍各个模块的实现方法以及实现流程。
　　 4、仿真和联调：对系统所采用的调制解调算法进行仿真。通过联调实验测试系统的性能，找出存在的不足并提出相应的解决办法，最后提出论文的进一步工作。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 论文研究背景和意义

1.2 水声通信系统简介

1.2.1 水声通信系统的组成

1.2.2 水声信道的特点

1.3 单边带水声通信的国内外发展现状

1.4 论文的主要研究内容

第2章 数字单边带水声语音通信的关键技术分析

2.1 数字单边带水声语音通信总体结构

2.2 语音信号的采样和数字表示

2.3 单边带调制技术

2.3.1 滤波法

2.3.2 移相法

2.3.3 维弗法

2.4 数字维弗法单边带调制的关键技术

2.4.1 抽取和内插

2.4.2 数字维弗法单边带调制理论模型

2.4.3 数字维弗法单边带解调理论模型

2.5 技术指标的确定

2.5.1 系统性能指标

2.5.2 单边带接收机的抗噪声特性

2.6 本章小结

第3章 数字单边带水声语音通信系统的硬件设计

3.1 系统硬件实现方案

3.2 基于DSP的算法处理平台

3.2.1 TMS320VC5509A简介

3.2.2 DSP与CODEC的接口设计

3.2.3 多通道缓冲串口McBSP

3.2.4 DMA控制器

3.2.5 DSP与FPGA的接口设计

3.3 基于FPGA的控制平台

3.3.1 FPGA简介

3.3.2 FPGA内部模块的实现

3.3.3 FPGA与A/D的接口设计

3.3.4 FPGA与D/A的接口设计

3.4 信号调理部分

3.4.1 A/D前置电路设计

3.4.2 D/A后置电路设计

3.5 本章小结

第4章 数字单边带水声语音通信系统的软件设计

4.1 引言

4.2 数据的传输方式

4.2.1 乒乓操作

4.2.2 发射数据的传输方式

4.2.3 接收数据的传输方式

4.2.4 系统工作流程

4.3 数字维弗法单边带调制的C语言实现

4.3.1 滤波器的设计

4.3.2 载波函数的实现

4.3.3 数字维弗法单边带调制的程序流程

4.4 数字维弗法单边带解调的C语言实现

4.5 本章小结

第5章 算法仿真与联调实验

5.1 算法仿真

5.1.1 语音信号的特点

5.1.2 数字维弗法单边带调制仿真

5.1.3 数字维弗法单边带解调仿真

5.2 联调实验

5.2.1 电联调实验

5.2.2 水池联调实验

5.2.3 实验总结

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢