【摘 要】
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随着人们对海洋的探索日益加深,人们的目光逐渐从近海望向远海。目前,传统的海上通信系统存在依赖固定的通信基础设施,通信速率低,组网不灵活等问题,需要进一步提升对开阔海域无线通信系统的研究,以扩展海洋通信技术手段。开阔海域上的网络通信节点稀疏,且海上通信节点具有移动性,导致网络拓扑结构的不稳定。因此,无中心节点的Ad Hoc自组织网络适用于海上无线通信系统,网络中的通信节点同时具备数据转发和路由功能,
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随着人们对海洋的探索日益加深,人们的目光逐渐从近海望向远海。目前,传统的海上通信系统存在依赖固定的通信基础设施,通信速率低,组网不灵活等问题,需要进一步提升对开阔海域无线通信系统的研究,以扩展海洋通信技术手段。开阔海域上的网络通信节点稀疏,且海上通信节点具有移动性,导致网络拓扑结构的不稳定。因此,无中心节点的Ad Hoc自组织网络适用于海上无线通信系统,网络中的通信节点同时具备数据转发和路由功能,每个节点的地位相等,能够灵活适应海上通信网络的拓扑结构变化,适用于多种通信环境。本文研究设计了两种应用于海上移动节点的路由设备,分别应用于不同的通信环境,第一种适用于开阔海域上通信节点稀疏环境中的通信节点,设计基于FPGA的高速通信单元,采用波束赋形技术,获得更高的传输增益,确保网络节点的连接,保证网络的连通性。第二种是适用于近距离通信海上移动设备,该通信单元配置3种不同频段,扩大通信系统的容量,研究基于信道质量的多信道分配算法,确保信息传输的时效性,保证网络的可靠性传输,本文的主要内容如下:1.设计基于FPGA的高速通信单元,主要包括基于ZYNQ-7000的数字基带模块与基于AD9363的射频模块,利用FPGA强大的运算能力,对算法实现硬件加速。同时研究基于MIMO的波束赋形算法,该算法采用傅里叶变换对射频信号进行处理,在多个方向上产生一组正交的射频波束,并通过FPGA对其进行的硬件加速,降低计算复杂性及系统整体功耗要求。2.设计基于Cortex-M3内核的多频段通信单元,该通信单元采用stm32f103系列芯片作为控制芯片,具备较高的主频且支持丰富的外设,并为点对点通信设备配置了3种不同频段,同时研究基于信道质量的信道分配算法,可以根据实际的通信应答情况,分别或者同时选择任意频段进行通信,确保近距离海上通信设备可以实时进行协同编队任务。3.针对本文设计的两种通信单元进行了完整的功能测试,包括功耗测试、频偏测试、发射功率测试、通信距离测试、误码率测试等。随后将其搭载于波浪滑翔器、AUV的通信舱内,在青岛黄海进行了海上测试工作,测试结果表明,本文研究的路由设备可以正常工作。
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