几种数字信号处理技术在短波水上通信系统中的应用浅析
水声通信中MC—CDMA技术的应用探究
挑选参数1（8个子载波个数）、参数 2（64个子载波个数）、参数3（128个子载 波个数）等三组不同的子载波个数。在信 噪比相同的条件下，选择参数1时的误码率 要比选择参数2时的误码率更小，而参数2 的误码率与参数3的误码率之间不存在较 为明显的差距。对于OFDM系统而言恰好 相反，选择参数1时的误码率要比选择参 数2时的误码率更大，与参数3的误码率之间不存在较大差距。结 合仿真结果得知，水声信道中MC—CDMA系统拥有高于OFDM 系统的性能。
2 水声通信MC—CDMA系统关键技术 2.1 MC—CDMA信道估计
MC—CDMA发送端，可借助QPSK调制用户基带信 号，接收端借助相干解调方式同步检测法。在非相干解 调方式差分相干方式和包络检波法的运用下，尽管能将 信道估计和信道均衡避免，然而差分相干方式仅在低速 率系统中适用，在多进制调制的搞数据速率系统中无法 实现理想的性能，性能差异约有3～4dB。
检测组成。而我们平常谈及到的分集合并技术实质上也就是单用 户监测。MC—CDMA系统中，因包含一个数据符号信息的GMC个 码片并行传输于GMC个子载波上，所以需要在接收端合并分散于该 GMC个子载波上的信号能量，如此即可将数据符号信息准确恢复。 2.3 MC—CDMA系统多用户检测
在CDMA技术的运用下，MC—CDMA也属于干扰受限系统之 一，水声信道中除了存在海洋噪声、同步和频率偏移等引入的符号 间与载波间干扰外，多用户尤其是上行信道情形下因扩频码引入的 多址干扰能够造成远比其他干扰更大的误码率影响，因此多用户检 测技术也就成为了必须引入的技术。
水声通信存在着较多的衰耗因素，尤其是海水中传播的损失不 但有关于频率，同时也与海水温度、深度、密度、含盐度及距离等有 关，使得远程水声信道带宽受到局限。而在信道复杂、带宽有限、多 径干扰的水下声信道中，实现通信的高速、可靠，可考虑应用MC— CDMA技术，依托该技术推动系统可靠性与传输速率的提升。
水声通信系统中的信号调制技术研究
水声通信系统中的信号调制技术研究随着现代水下勘测和海洋石油的快速发展，水声通信系统越来越成为海洋领域中不可或缺的一环。
在水下环境中，水一直是一种非常有效的介质。
但是，由于水下环境的恶劣特性，如信噪比低、通信距离短、易受多路径干扰等，使水声通信系统面临着巨大的挑战和难题。
因此，研究水声通信技术，特别是信号调制技术，增强水声通信系统的可靠性和性能，成为了海洋领域中的一项重要研究课题。
一、水声通信系统概述水声通信的信号调制技术是指将信息信号转换成适合水声通信的信号形式，并且在传输中保持传输性能的技术。
在水声通信中，需要将二进制数字信号调制成为适合水下传输的模拟信号，通常采用调幅（AM)、调频（FM）和调相(PSK）等调制方式。
在水声通信中，传输带宽常受限制，因此需要在设计调制方案时，充分考虑数据传输速率和可靠性之间的平衡。
信号调制技术可分为基带调制和带通调制两种。
基带调制，直接将二进制数据转换成相应的基带模拟信号。
该方法具有简洁、易于实现等特点，但是对环境干扰非常敏感。
带通调制，将二进制数据经过调制器调制成为窄带信号或宽带信号，再经过载波调制器进行正交振幅调制（QAM）或相位偏移键控调制（PSK）等方式，进而传输。
这种方法对环境干扰减弱，同时能够获得更高的数据传输速率和可靠性。
二、水声通信信号调制技术的研究现状1、传统水声调制技术采用普通的模拟电子调制和数字调制技术，如正弦波调制、频移调制、脉冲编码调制（PCM）等方式。
这种技术的优点是实现简单，可以通过硬件电路实现，但是需要频繁调整参数，且受到水下环境噪声、马达振动等因素的干扰。
2、OFDM技术正交频分复用（OFDM）技术，是近几年来水声通信抗干扰能力得到提高的一种技术。
使用OFDM调制技术可以多重载波下进行，并且不同载波之间正交，有效增加了数据传输通道的使用率和数据传输速率。
此方法具有抵御多路径干扰的能力，有效提高了数据传输的可靠性。
3、扩频技术扩频技术用于信噪比很低的水声通信中，具有较好的抗差性，能够通过时间域和频域通过多径干扰的影响，有效抵御噪声干扰。
数字信号处理技术在通信中的应用
数字信号处理技术在通信中的应用随着科技的发展，数字信号处理技术在通信领域扮演着越来越重要的角色。
数字信号处理技术是利用数字化的方法处理信号，对信号进行采样、编码、量化、压缩、传输、重建等一系列操作，从而可以更好地传输和接收信号。
在通信领域中，数字信号处理技术应用广泛，可以提高通信效率和信号质量，保证通信的安全性和稳定性。
数字信号处理技术在通信中的应用可以从以下几个方面来分析：1. 信号处理数字信号处理技术可以对信号进行处理，其中最重要的操作就是滤波。
滤波是指在信号中滤除出一部分不需要的频率成分，使有效信号得以保留。
数字滤波分为有限长和无限长两种。
数学上，有限长的数字滤波器可以通过长除法实现，而无限长的数字滤波器则需要基于离散傅里叶变换的卷积实现。
在通信领域中，数字滤波一般用于去除噪声干扰、调整信号频谱等应用。
2. 信号传输数字信号处理技术在信号传输中起到了至关重要的作用。
数字信号可以通过传输媒介以数字形式进行传输。
数字传输可以避免模拟信号因噪声干扰而失真的现象，因此在长距离传输的情况下有更好的表现。
在数字信号传输中，数字调制技术也是不可或缺的。
数字调制技术指的是将模拟或数字信号转化为一串调制符号的过程，这样可以运用数字信号处理技术进行调制信号的发送、接收、解调等处理。
3. 信号解调信号解调也是数字信号处理技术在通信中的重要应用。
传统上，调制是通过模拟电路实现的，但是数字信号处理技术可以实现数字调制和解调。
数字信号处理技术可以用于提取数字通信中的调制符号并还原它们为原始数字信号，以便解码数据。
解调技术有平均解调法、相干解调法、非相干解调法等，不同的解调技术应用于不同的信号特征。
4. 数据压缩数据压缩技术是指通过有损或无损方法，压缩数据的容量，减少数据传输所需要的带宽和存储空间。
在数字信号处理技术中，数据压缩技术也得到了广泛应用。
数据压缩分为两种类型：无损压缩和有损压缩。
无损压缩技术适用于不能承受数据丢失的应用，如文档、图像、音频等；有损压缩技术适用于视频、音频等可以容许部分数据丢失的应用。
数字信号处理技术及其在通信中的应用
数字信号处理技术及其在通信中的应用数字信号处理技术是将传统信号处理方法进行数值化处理的技术，旨在处理数字信号。
数字信号处理技术具有精度高、可靠性好、方便快捷等优点，因此在通信、音频、图片等多个领域都有广泛的应用。
数字信号处理技术能够更好地对信号进行处理，一方面是利用现代计算机的高速计算能力，另一方面是通过数字化信号进行分析、调整和处理。
数字信号处理技术可以将信号转换为数字信号，然后利用计算机的算法进行处理，最终输出处理后的数值，这种方法比人工处理更加精准、迅速，能够在信号的一些波动和失真等问题上给出科学的回答。
那么数字信号处理技术在通信领域中的应用有哪些呢？首先，在通信领域中，数字信号处理技术被广泛应用于频谱分析、滤波器设计、调制解调制、音频处理等方面。
其次，在频谱分析方面，数字信号处理技术可以实现调制方式的检测、信号功率的测量、噪声信号的过滤、带宽的估计等等。
频谱分析是通信的重要工具，可以监控各种信号的相互之间的干扰和抗干扰能力，使通信更加可靠。
接下来，在滤波器设计方面，数字信号处理技术可以分为两类：一是自适应滤波器，二是数字滤波器。
自适应滤波器可以自动调整滤波器的参数，使系统的性能变得更加优秀。
而数字滤波器能够对信号进行处理，包括去除信号中的噪音、调整信号频率等等，这对于保证通信质量有着至关重要的作用。
在调制解调制方面，数字信号处理技术可以使通信系统在编码后产生措施、解码接收端的措施等方面更加高效，从而保证通信的速度和可靠性。
最后，在音频处理方面，数字信号处理技术可以实现音频信号的过滤、增益调节、均衡器的实现等功能，对于音频通信质量的提升有着重要的作用。
总之，数字信号处理技术是现代通信技术的核心，因其高精度、高可靠性、方便快捷等特点，如今在通信领域得到了广泛的应用。
数字信号处理技术随着技术的不断发展和完善，将继续在通信领域发挥重要的作用，为人们的通讯生活带来更便捷、更快速、更可靠的通信服务。
数字信号处理在通信系统中的应用
数字信号处理在通信系统中的应用随着信息技术的迅猛发展，数字信号处理技术在通信系统中的应用已经越来越广泛。
数字信号处理是一种用数字电子技术处理信号的方式，它通过数字算法来完成信号的采集、变换、压缩、增强和传输等功能，其中重要的一项应用是在通信系统中实现信号编码和解码。
下面就数字信号处理在通信系统中的应用进行一些探讨。
数字信号处理在信号编码方面的应用通信系统中，为了方便数据的传输，需要将信号进行编码。
数字信号的编码由数字信号处理器来完成，数字信号处理器能将原始的信号转换为数字信号，为后续的处理和传输提供了实质性的帮助。
通过数字处理，可以将信号转换为二进制数字，这使得信号传输的速度具有了很大的提高。
同时，数字信号的传输质量也远高于模拟信号，数字信号的传输精度可以达到非常高的程度，这为大规模数据传输打下了坚实的基础。
因此，数字信号编码已经成为了现代通信系统中必不可少的一个环节。
数字信号处理在解调方面的应用数字信号处理技术也是对通信系统中信号解调的实现方式。
数字信号处理器能够实现各种信号处理算法，可以提取原始信号中的各种特征，并在数字信号传输的过程中重建原始信号。
在信号解调的过程中，通过数字信号处理器，能够对信号进行处理，消除干扰或噪声，提高信号传输的精度，从而避免信号失真或误差的情况出现，同时还可以改善通信系统信号的可靠性。
数字信号处理在通信系统中的应用实例数字信号处理技术在通信系统中已经得到了广泛的应用，下面就简单介绍几个具体的应用实例。
第一个应用实例是在移动通信系统中的虚拟小区技术。
虚拟小区技术是现代移动通信网络的重要技术之一，它基于数字信号处理技术，通过智能天线技术实现信号增强和干扰消除，能够有效地解决小区间隔问题，提高了通信系统的信号质量。
第二个应用实例是在数字电视广播系统中的信号传输技术。
数字电视广播系统采用数字信号处理技术，利用现代通信技术的高带宽和数字信号的低失真特性，将视频、音频数字信号传输到广大的观众。
数字信号处理技术及其在通信系统中的应用
数字信号处理技术及其在通信系统中的应用数字信号处理（DSP）技术在现代通信系统中扮演着重要的角色。
它通过对信号进行数字化处理，实现了在通信中的高效传输和处理。
本文将介绍数字信号处理技术的基本原理和在通信系统中的应用。
一、数字信号处理技术基础数字信号处理技术是将连续时间的信号通过采样和量化转换成离散时间的信号，并利用数字算法进行信号处理的技术。
它包括数字滤波、快速傅里叶变换（FFT）、均衡技术等基本技术。
在数字信号处理中，数字滤波是一项重要的技术。
数字滤波可以通过滤波器来实现，滤波器可以按照滤波方式分为FIR（有限脉冲响应）滤波器和IIR（无限脉冲响应）滤波器。
FIR滤波器具有稳定性好、相位特性线性的优点，适用于数字信号的线性相位等应用场景；而IIR滤波器则具有更高的滤波效果，适用于要求较高滤波性能的场合。
除了数字滤波技术，快速傅里叶变换（FFT）也是数字信号处理领域不可缺少的技术之一。
FFT将时域信号转换到频域，可以实现信号频谱的分析和提取，广泛应用于图像处理、语音处理等领域。
FFT算法的高效实现，使得实时频谱分析成为可能，为通信系统的设计和优化提供了有力的工具。
二、数字信号处理在通信系统中的应用1. 信号增强数字信号处理技术可以通过滤波、降噪等处理方法，提高信号的质量和可靠性。
在通信系统中，经常会受到各种噪声和干扰的影响，而数字信号处理技术可以对这些干扰进行抑制，从而提高通信质量。
2. 调制与解调调制是将数字信号转化为模拟信号的过程，解调则是将模拟信号还原为数字信号。
数字信号处理技术在调制解调过程中发挥着重要的作用。
例如，基于数字信号处理技术的QAM调制解调器可以高效地实现高速数据传输。
3. 信道均衡通信信道中往往存在的失真和干扰会影响信号的传输质量。
数字信号处理技术可以通过均衡技术，消除信道产生的失真，提高信号在复杂信道下的传输质量。
均衡技术可以根据信道响应对信号进行预处理和后处理，以减小信道带来的影响。
数字信号处理技术在水声通信中的应用研究
数字信号处理技术在水声通信中的应用研究随着人类对海洋资源深入认识，水声通信变得越来越重要。
在水下作业、水下探测、海洋研究等领域，水声通信能够提供高质量的网络连接方式。
随着通信技术不断发展，水声通信也在不断更新、改进。
在水声通信中，数字信号处理技术正发挥着越来越重要的作用。
一、数字信号处理技术在水声通信中的应用数字信号处理技术是指将模拟信号转换为数字信号，然后对数字信号进行处理的方法。
在水声通信中，数字信号处理技术能够提高水下环境中的信息传输效率和稳定性。
具体应用包括：1. 增强信号抗干扰能力水下环境中存在多种问题，比如水下噪声和信道衰减等情况。
数字信号处理技术能够通过噪声抑制、信号衰减补偿等方法，提高信号的抗干扰能力。
比如采用消除噪声的滤波器或压缩传输的方法，可以有效减少信号干扰。
2. 实现信号压缩和编码在水下传输信号时，存在带宽有限和传输距离限制等问题。
此时可以通过信号压缩和编码技术，提高信号传输效率。
比如采用小波变换、离散余弦变换等技术，在保证信号质量的前提下，实现信号压缩和解压缩。
3. 实现信号的调制和解调在水声通信中需要将数字信号转换为模拟信号进行传输，因此需要实现信号的调制和解调。
采用数字信号处理技术，可以实现信号的混频调制和数字信号解调，有效提高信号的传输效率和稳定性。
4. 实现信号同步和时延在水下环境中，信号传输存在时延和信号不同步等问题。
数字信号处理技术能够实现信号的同步和时延补偿。
比如采用时序同步技术将信号同步，设置合适的时延补偿算法，可以有效提高信号传输效率。
二、数字信号处理技术在水声通信中的发展数字信号处理技术在水声通信中的应用已经逐渐成熟，也取得了一定的成果。
随着技术的不断发展，数字信号处理技术在水声通信领域还有很大的发展空间，主要体现在以下几个方面：1. 深度学习应用深度学习在计算机领域已经得到广泛应用，其应用场景不断扩大。
在水声通信中，深度学习可以应用于信号分类、噪声识别、信道预测等方面，有效提高数字信号处理技术的效果和应用范围。
短波通信中的信号处理技术研究与应用
短波通信中的信号处理技术研究与应用短波通信是指利用短波电磁波进行远距离通信的技术，也是一种获取国外信息的重要手段。
短波通信具有天线高度低、频率高、传播方式复杂等特点，因此需要运用各种信号处理技术来提高通信质量和效率。
信号处理是指从输入信号中提取、分离、转换、增强等操作，用以实现信号获取、处理和传输的一系列技术。
在短波通信中，信号处理技术不仅能够提高通信质量和效率，还能有效地抑制噪声、消除码间干扰、降低多径效应和抵消其他信道影响。
一般来说，短波通信中的信号处理技术可分为以下几种类型：解调技术、干扰抑制技术、调制技术、检测技术、滤波技术和编码技术。
解调技术是指从复杂的调制信号中提取出原始信息的技术。
短波通信中常用的解调技术有：同步解调、非相干解调、相干解调、数字解调等。
同步解调是指利用解调器与收发机控制电路之间的时钟同步精度匹配，从而恢复出原始信号；非相干解调是指接收信号时不需要知道发射参数和时相信息；相干解调是指接收端要知道信号的相位和频率，利用这些信息来解调信号。
干扰抑制技术是指通过电路调制降低收到的信号力度，然后再将信号放大，以达到消除干扰的效果的技术。
常用的干扰抑制技术有：频率选择性放大器、自适应均衡器和数字信号处理等。
频率选择性放大器是一种可以根据不同频段选择不同的放大系数和频带宽度的电路；自适应均衡器是指利用最小均方误差法修正接收信号，以提高通信质量；数字信号处理是指用数字技术对信号进行处理，以达到消除干扰的目的。
调制技术是指将要传输的原始信号转换成为更易于传输和检测的电信号的技术。
常用的调制技术有：振幅调制、频率调制、相位调制、多路复用等。
振幅调制是指通过改变正弦波的幅度来传输样本信号；频率调制是指通过改变正弦波的频率来传输样本信号；相位调制是指通过改变正弦波的相位来传输样本信号；多路复用是指在同一信道中传输多个信号。
检测技术是指对接收到的信号进行分析和解码的技术。
常用的检测技术有：比特同步技术、帧同步技术和数据解码等。
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几种数字信号处理技术在短波水上通信系统中的应用浅析
作者：姚萍萍肖春晖
来源：《珠江水运》2018年第15期
摘要：短波通信因失真少、传输距离远、抗毁性强等因素一直是海上通信的主流方式，模拟传输手段则因实现性强、成本低长期以来作为海上通信的主要传输方式。
随着技术的进步和经济的发展，数字技术应用成为水上通信系统未来一段时间的主流和趋势，本文旨在通过对短波电台调制方法和语音编码方式选择的研究，探索将数字化技术引入短波水上通信系统的可能性和实现方法。
关键词：海上通信短波数字电台 OFDM Opus 技术应用
短波通信因具有绕射能力强、传输距离远、抗毁性强等特点被广泛的应用到海事、气象和军事领域，其系统也是全球海上遇险与安全系统（GMDSS）的重要组成部分。
基于数字通信技术的日趋成熟，如何将数字技术应用到短波通信中，整合两种通信方式的优点，成为新的研究方向。
本文主要研究信号的调制和信源—语音信号的编码两个环节的数字化技术应用。
1.短波通信数字调制应用
短波通信虽然具有传输距离远、覆盖范围大、设备价格经济等优点，但其依赖大气层传播的特点也使其易容易被干扰、衰减和失真。
DRM（世界数字广播组织）为了扬长避短、更好地使用短波通信，针对30MHz以下的长中短波调幅广播建立了世界通用的数字AM广播标准，推广了数字广播技术DRM系统。
1.1DRM技术的优越性
DRM系统使用30MHz以下频段的特点，使其对中高频频谱资源的利用比较充分，绕射能力及穿透能力更强，有利于增大覆盖范围；在覆盖范围基本相同的情况下，DRM系统需要使用的数字调幅发射机的功率远低于传统模拟调幅发射机，这一点有利于提高发射机的经济效益和能效；在短波9kHz带宽的前提下，可以充分利用现有的语音编码技术，增强抗扰能力，消除短波衰落，从而提高传输可靠性，避免高斯噪声影响。
DRM+（最新的DRM技术代）采用多载波OFDM传输方式（正交频分复用），使用
4QAM和16QAM两种子载波调制方式，在主业务信道上提供高达37～186kb/s的净数据率。
1.2OFDM调制原理
OFDM调制的原理是将高速的数据流分解为多路并行的低速数据流，并将这些数据流在在多个载波上同时进行传输。
基于这个原理，OFDM调制相较于单信道传输保真性更强，并且具有基于符号周期展宽的特点。
采用OFDM调制方式产生的低速并行的子载波，其多径效应造成的时延扩展就能够相对缩小。
这样就能降低码间干扰发生的几率直至可以忽略不计。
OFDM调制的通带信号一般可表示为：
在实际应用中，一般会解调N路子载波，并根据波形叠加得到信号，从而减少失真。
例如N=4时，信号表达中d=（1，1，1，1），四个载波解调后的独立波形和叠加后的信号波形分别如图1。
从波形图可以看出，虽然4个子载波的幅度范围恒为[-1，1]，但由于多信道叠加，一旦出现多信号相位一致的情况，就会产生叠加信号瞬时功率数倍于单信号平均功率的情况，这种现象被称为OFDM调制的高峰均比，目前针对这一弊端，研究者进行了限幅类，编码类以及概率类等技术探索。
1.3OFDM调制在短波电台的应用
目前水上通信短波电台发射系统主要具备三大功能模块：信源编码、信道编码和OFDM 调制。
最终，发送端将OFDM调制后的数字信号通过数模转换成模拟基带信号，并直接通过SSB单边带调制发射。
信号处理流程如图2所示。
OFDM的调制是将需要被发送的数据分别与多路子载波相乘合，形成基带复信号s（t）。
而OFDM解调的过程就是由复信号s（t）求解傅立叶系数的过程。
2.语音传输编码
在数字化中短波发射系统中，信源编码是数字化技术应用的关键环节。
本文主要讨论海上通信中最为常见的语音编码。
短波数字传输，由于其频段特性，傳输带宽非常有限。
为了充分地利用极其有限的网络带宽资源，一般在数字化处理中采用语音压缩编码。
语音编码的特征属性有比特率、语音质量、
时延和复杂度。
但在实现过程中，这些属性往往此消彼长，因此在实际应用中，一般遵循需要对对各项属性的实现进行折衷，并选择合适的编码方式。
四个属性中，通常情况下工程师们会优先选择降低比特率，从而达到充分利用网络资源的目标。
一般来说，编码的比特率越低，其处理时延越长，算法复杂度越高，最后得到的语音质量越差。
2.1Opus编码
Opus编码器是一个由IETF（互联网工程任务组）开发的有损声音编码的格式。
在技术层面上，Opus编码器具有巨大的优势，从水上通信使用的角度来讲，主要表现在：支持从窄带到全频段的音频带宽，采样率可覆盖窄带和全频（8 kHz-48 kHz）；支持CBR（恒定比特率）和VBR（可变比特率）；良好的PLC（数据包丢失隐藏）。
这些特点使其在低码率下完胜曾经优势明显的HE AAC，中码率可以与AAC格式一较高下，而高码率下更可以到达接近原始音频的程度。
相较于拥有众多不同编码器的AAC格式和HE AAC格式， Opus 格式还有一个突出优点即其开放性，这一点使其在使用时没有任何技术限制（包括专利限制）。
基于开源的特点，研发者既可以直接使用编译好的so库（官网地址：http：///），也可以使用源码自己根据需求生成so库然后导入使用，甚至能直接使用源代码。
编码作业需要使用NDK编程，具体实现则需要在工程界面中创建OpusTool类，用于调用native层的方法。
具体程序可根据实际情况由技术开发人员自行编写。
2.2短波电台使用Opus编码的优势
（1）Opus编码在6kb/s-510kb/ s的比特率范围内的音质表现正常，特别是在10kbps以上的范围内明显优于其他编码方式。
其在低带宽的中短波信道中的良好表现，使短波电台的语音传输能够避断断续续的现象。
（2）Opus语音编码时延非常低，在实时语音通信应用方面效果非常好，这与短波电台的使用需求非常吻合。
（3）Opus编码的开源性决定了它是完全免费且开源的算法，任何人研究者和技术人员都可以对其进行调试和改进，产品生产也不需要支付高额的专利费用，在一定程度上能够降低短波电台使用的成本。
（4）Speex编码可以作为6kbps比特率以下的Opus编码补充，这种补充可使短波电台在低比特率条件下也能有良好的收听效果。
3.结语
在通信技术日新月异的今天，水上短波通信对数字化实现技术的探索方兴未艾。
本文探索的数字调制方式OFDM，以Opus为主要语音编码技术均能在一定程度上改善短波通信受干扰严重、传播方式依赖性强等弱点，但限于水平和条件，本文的研究非常有限且有非常明显的不足，希望通过日后的研究，进一步提高短波信道的通信抗干扰能力，更好的利用数字短波技术支持海上通信发展。
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