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研究生:林哲億
研究生(外文):Che-Yi Lin
論文名稱:正交分頻多工水下數據機之設計與實現
論文名稱(外文):Design and Implementation of an OFDM Underwater Modem
指導教授:曾敬翔曾敬翔引用關係
指導教授(外文):Ching-Hsiang Tseng
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:正交分頻多工通道估測等化器水下數據機
外文關鍵詞:Orthogonal frequency-division multiplexingchannel estimationequalizerunderwater modem
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本論文的主要目的是要依據正交分頻多工(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing,OFDM)技術架構來實現一套水下聲傳(Underwater Acoustic)數據機。在本研究中我們對所設計的OFDM系統進行電腦模擬及實驗測試,並將模擬與實驗結果進行比較。在模擬部份使用LabVIEW軟體,設計水中一發射一接收的數據機系統,在模擬之水下通道脈衝響應的情況下加入加性白高斯雜訊並設計等化器,由接收端估測到的水下通道脈衝響應做等化,最後再比較位元錯誤率和符元之正規化均方誤差;實作方面,於真實的試驗水槽環境下進行傳送與接收,並以試驗水槽作為水下通訊通道,進行通道估測及等化器的設計來架構此系統,最後再觀看位元錯誤率以評估系統性能。實驗結果顯示,在真實水下環境中選用BPSK調變方式,於短距離的傳送與接收狀況下,接收端的位元錯誤率可達到無錯誤率之最佳狀態。這些實驗結果凸顯我們所設計的正交分頻多工水下數據機,運用於真實的水下環境進行傳送與接收是可行的。
關鍵詞:正交分頻多工、通道估測、等化器、水下數據機。

The objective of this thesis is to use the orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) technique to construct an underwater acoustic modem. In this research, we conduct both simulation and actual experiment to justify the goodness of the proposed OFDM underwater acoustic modem. In the simulation, we use the LabVIEW software to design the one-on-one OFDM underwater acoustic modem. The channel used for the simulation is a simulated time-varying shallow water channel with additive white Gaussian noise. In the receiving end, channel estimation and channel equalization are performed to combat the channel impairments. The resulting bit error rate and the normalized mean square error of the symbol are measured to verify the effectiveness of the design. Based on the simulation result, we construct the proposed underwater acoustic modem and conduct actual experiments to test its performance using a large experimental water tank as the underwater channel. The performance of the proposed modem is evaluated using the bit error rate. The result indicates that, when the distance between the transmitting and receiving transducers is small, an error-free transmission can be achieved. In addition, the bit error rate increases with the distance between the transmitting and receiving transducers. However, the bit error rate can be improved by increasing the transmitting power of the underwater modem. This result justifies the potential of applying the proposed OFDM underwater modem to real underwater environments.

Keywords: Orthogonal frequency-division multiplexing, channel estimation, equalizer, underwater modem.

第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 本論文使用方法與結果 3
1.4 各章節內容概要 4
第二章 正交分頻多工水下數據機之簡介 6
2.1 水下數據機目前研究發展現況 6
2.2 正交分頻多工系統介紹 6
2.2.1 正交分頻多工調變原理 11
2.3 通道估測 13
2.4 內插法 14
2.5 等化器 16
第三章 正交分頻多工水下數據機系統架構 17
3.1 正交分頻多工水下數據機模擬系統架構 17
3.2 正交分頻多工水下數據機實作系統架構 26
第四章 正交分頻多工水下數據機之模擬結果 30
4.1 實驗結果與分析-符元之正規化均方誤差 30
4.2 實驗結果與分析-位元錯誤率 39
第五章 正交分頻多工水下數據機之實現結果 41
5.1 實驗結果與分析-傳送與接收距離10公分 41
5.2 實驗結果與分析-傳送與接收距離20公分 48
5.3 實驗結果與分析-傳送與接收距離40公分 53
第六章 結論與未來發展方向 56
參考文獻 58


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