OFDM 技术的发展和研究现状。

第二章， 主要介绍水声信道在传输时的特点，分析了它对通信信号产生的影响。 第三章， 主要介绍了 MIMO 技术与 OFDM 技术各自的性能以及具体的实现方法，并提

出了 MIMO-OFDM 系统。

第四章， 主要介绍了在 MIMO-OFDM 水声通信系统中实现载波频偏估计以及补偿的方 法。

第五章， 主要介绍了在 MIMO-OFDM 水声通信系统中的信道估计，说明了最小二乘法 的应用。

2 水声信道特性 

水声通信网是指由安放在海底与海里的传感器节点（包括固定的节点与装着传感器的移 动平台）和海面浮标节点以及它们之间的双向声链路所构成的分布式、多节点、大面积覆盖 的水下三维空间[8]，能够对信号进行收集和处理，并能够通过将水下通信网节点作为中继进 而把信息传输到陆地或船载基站的控制中心的综合系统。

但由于水下多径现象的存在，会引起信号衰落现象，信道条件的时空变化也很大，所以 水声信道与无线信道将会产生很大的差异。在下面，将针对水声信道的一些特点进行说明。

2。1 声传播衰减 

由于海洋环境的复杂性，将会对声波带来很多不同的影响。海水介质是一种非理想的不 均匀介质，这导致在声波的传播过程中，声波在它的传播方向上将会逐渐衰弱。

水声信道中的信道衰减，即路径损耗可表示为文献综述

上式中，l 为传播距离，f 为声信号的频率，A0 为归一化常数，k 为能量扩展系数，(f )

为吸收系数。路径损耗 A(l,f)描述的是一条无阻塞传播路径上的信号衰弱情况。如果以频率

f、功率 P 传输信号，那么接收到的信号功率为 P/A(l, f)。 对上式中，两边取对数，得到以 dB 为单位表示的路径损耗，如下：

10lgA(l,f )/ A0

上等式右边中，第一项表示传播扩展损耗，第二项表示吸收损耗。扩展损耗是指声信号 从声源向外扩展时有规律衰弱的几何效应[9]，能量扩展系数 k 表示了传输中能量扩展的几何 描述，比如：当 k 取 2 时，表示球面扩展。吸收通常是指在均匀介质中，由于介质的粘滞、 热传导以及其它弛豫现象引起的衰减[10]。吸收系数(f )用以下多普勒经验公式表示

在低频时，上述公式变为

上式中，(f )的单位是 dB/km， f 的单位是 kHz。根据上述公式，得到吸收系数与频率

的关系曲线如图 2。1 所示。由图可知，吸收系数与频率正相关。由此可见，吸收损耗影响了 水声信道的带宽。除此之外，水声通信系统中的换能器的带宽也会限制信道的带宽。一般来 说，水声通信的工作频率在 10~1500kHz 之间，在这之中小于 15kHz 为低频区，15~150kHz 之间为中频区、150~1500kHz 之间为高频区[11]。根据作用距离不同，水声通信分为三类：短 距离通信（<1km）、中距离通信(1~20km)和远距离通信（20~200km）。来~自,优^尔-论;文*网www.youerw.com +QQ752018766-

由于吸收损耗与作用距离跟工作频率有着密切关系，导致远距离通信系统的带宽只有几 kHz；中距离通信系统带宽通常在 10kHz 数量级上；而短距离通信系统带宽可以达到 100kHz 以上。可见，水声通信系统的信道带宽是受限的。