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ShengliZhou（周胜利），ZhaohuiW 著

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• OFDM
• 水声通信
• 调制解调
• 信道估计
• 信号处理
• 通信系统
• 海洋工程
• 水下无线通信
• 多载波
• 正交频分复用

店铺： 文轩网旗舰店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121337048

商品编码：29003974160

出版时间：2017-07-01

作  者:周胜利,王昭辉 著；胡晓毅,任欢 译 定  价:79 出 版 社:电子工业出版社 出版日期:2018年06月01日 页  数:296 装  帧:平装 ISBN:9787121337048 ●第1章 引言 1
●1.1 研究背景 1
●1.1.1 水声的早期探索 1
●1.1.2 水声通信媒介 1
●1.1.3 水下系统和网络 2
●1.2 水声(UWA)信道的特点 2
●1.2.1 声速 2
●1.2.2 传播损失 4
●1.2.3 时变多径 6
●1.2.4 声传播模型 7
●1.2.5 环境噪声和外部干扰 8
●1.3 通带信道的输入和输出关系 9
●1.3.1 各径自有多普勒扩展的线性时变信道 9
●1.3.2 具有共同多普勒扩展的线性时变信道 10
●1.3.3 线性时不变信道 11
●1.3.4 幅度和时延变化的线性时变信道 11
●1.3.5 依频率衰减的线性时变信道 11
●1.4 水声通信中的调制技术 12
●1.4.1 跳频 FSK 12
●1.4.2 直接序列扩展频谱 12
●部分目录

内容简介

本书以高速OFDM水声通信技术为主线，内容涉猎广泛，概念原理阐述清楚，逻辑性强。从OFDM水声通信各关键技术的原理阐述到OFDM水声通信接收机的设计方法以及OFDM 水声MODEM的研制；从单用户的MIMO-OFDM到多用户MIMO-OFDM水声通信的设计应用；从OFDM的中继传输到OFDM网络编码以及水声测距与定位。通过学习本书可以加深对OFDM水声通信相关原理及系统设计的理解。    本书可作为水声通信相关专业本科高年级和研究生的教材或参考书，也可供相关专业工程技术人员学习和参考。 周胜利,王昭辉 著；胡晓毅,任欢 译 Shengli Zhou（周胜利）教授，IEEE Fellow。1995年于中国科技大学获得学士学位，2002年于美国明尼苏达州立大学获得博士学位。现任美国康涅狄格州立大学电子计算机工程学院教授，同时担任无线通信研究实验室（WCRL）主任和水下传感器网络实验室（USWN）主任。目前主要研究领域为水声通信和网络、编码理论和应用、传感器网络、无限定位和目标追踪。现任IEEE Journal of Oceanic Engineering 和 IEEE Trans. On Signal&nbs;等

《水声通信系统设计与优化》 本书概览 《水声通信系统设计与优化》是一部面向水声通信领域研究人员、工程师以及相关专业学生的著作。本书系统地阐述了水声信道特性、信号处理技术、调制解调方案、多址接入技术、信道编码、以及实际应用中的系统设计原则与优化策略。旨在为读者提供一个全面深入的理解，使其能够独立设计、分析和优化水声通信系统，应对水下环境带来的严峻挑战。本书理论与实践并重，既涵盖了深厚的理论基础，又融入了丰富的工程实践经验，旨在培养读者解决复杂水声通信问题的能力。 第一章 水声信道特性分析 水声通信是信息在水中传播的通信方式，其信道特性与无线电通信存在显著差异。本章首先从物理层面深入剖析水声传播的基本原理，包括声波的产生、传播介质（海水）的声学特性（如声速、密度、粘滞性、温度、盐度和压力梯度对声速的影响），以及不同深度和区域的海水特性差异。 我们将详细探讨水声信道的关键衰减机制，包括吸收衰减、扩散衰减、以及海底和海面的反射与散射。这些衰减机制共同决定了水声信号在传输过程中的能量损失，是影响通信距离和数据率的主要因素。 其次，本章着重分析水声信道的时变性与复杂性。我们将深入研究多径效应，这是水声信道最显著的特征之一。由于海底、海面以及水中声速层状结构的存在，信号会经过多条路径到达接收端，形成延迟扩展，导致码间干扰（ISI），严重影响信号的恢复。我们将分析不同类型的多径，如直达波、海底反射波、海面反射波等，并讨论其对信号的影响。 此外，水声信道的噪声是另一个关键挑战。本章将详细介绍各类水声噪声源，包括自然噪声（如海浪、降水、海底地质活动、生物噪声）和人为噪声（如船舶、声纳、水下设备），并分析这些噪声的频谱特性和统计特性。了解噪声特性有助于设计更有效的抗噪声算法。 最后，本章将介绍水声信道建模的常用方法，包括基于物理原理的射线理论模型、简正波模型，以及基于统计特性的经验模型。这些模型有助于我们模拟和预测水声信道的行为，为系统设计提供理论依据。 第二章 水声信号处理基础 在水声信道复杂多变的特性下，有效的信号处理是实现可靠通信的关键。本章将系统介绍水声通信中常用的信号处理技术。 我们将从信号的产生与检测入手，介绍水声换能器的类型、工作原理以及其对信号频谱的影响。在接收端，介绍各类水听器的基本原理和性能指标。 本章的核心内容之一是信道均衡技术。由于多径效应导致的码间干扰，需要引入均衡器来补偿信道失真，恢复原始信号。我们将详细介绍判决反馈均衡（DFE）和线性均衡（LE）等经典均衡算法，分析其原理、性能以及在水声通信中的应用。同时，也将探讨自适应均衡技术，以及其在时变水声信道中的重要性，如最小均方（LMS）算法和递归最小均方（RLMS）算法。 降噪技术是水声信号处理的另一个重要方面。我们将介绍基于频谱相减、维纳滤波等经典降噪方法，并探讨更先进的统计信号处理和机器学习降噪技术，旨在从复杂噪声背景中提取微弱信号。 此外，本章还将涉及信号的同步技术，包括载波同步和码元同步。在水声环境中，由于多普勒效应和信道时变性，同步任务尤为困难。我们将介绍基于锁相环（PLL）和基于导引序列的同步方法，以及其在水声通信中的适用性。 第三章 水声通信调制解调方案 调制解调是信息编码与解码的核心环节。本章将深入探讨适用于水声环境的调制解调技术，并分析它们的优缺点。 我们将从基本的数字调制技术开始，如移相键控（PSK）和正交幅度调制（QAM），讨论其在水声通信中的可行性及局限性。由于水声信道带宽有限且存在频率选择性衰落，传统的调制方式往往难以获得良好的性能。 因此，本章将重点介绍一些更适合水声信道的调制技术。首先是频率键控（FSK），它对频率失真不敏感，在水声通信中有广泛应用。我们将分析其不同类型，如连续相位FSK（CPFSK）。 其次，我们将详细介绍线性频移键控（LFM），即线性调频（Chirp）信号，也称为线性调频连续波（LFM-CW）。LFM信号具有良好的自相关特性，能够有效地对抗多普勒效应和多径效应，并且易于实现相关接收，具有很高的信噪比增益。我们将深入分析LFM信号的产生、匹配滤波检测以及其在脉冲压缩中的应用。 此外，本章还将介绍相位编码（Phase Coding）和正交频分复用（OFDM）在水声通信中的应用。OFDM技术通过将高速数据流分成多个低速子数据流，并在多个正交的子载波上传输，能够有效地对抗频率选择性衰落和码间干扰，是现代水声通信的重要技术之一。我们将分析OFDM的基本原理，包括FFT/IFFT的使用、循环前缀（CP）的作用、以及其在水声信道中的实现细节和性能优势。 第四章 水声通信多址接入技术 在水下网络中，允许多个用户同时共享有限的水声通信资源是实现高效通信的关键。本章将探讨水声通信中的多址接入技术。 我们将首先介绍码分多址（CDMA）技术。CDMA通过为每个用户分配一个独特的扩频码，使得用户在同一频率和同一时间段内可以进行通信，而不会相互干扰。我们将分析不同类型的扩频码（如伪随机码、Walsh码），以及CDMA在水声通信中的优势，如抗干扰能力强、灵活方便。 其次，我们将介绍时分多址（TDMA）和频分多址（FDMA）技术。TDMA将通信时间划分为多个时隙，分配给不同的用户。FDMA将有限的带宽划分为多个子带，分配给不同的用户。我们将讨论这些技术的优缺点以及它们在特定水声通信场景下的应用。 最后，本章将重点介绍一种非常重要的多址接入技术——正交频分多址接入（OFDMA）。OFDMA是OFDM和FDMA的结合，它允许不同用户在不同的子载波上进行通信，从而实现更高的频谱效率和灵活性。我们将分析OFDMA在水声网络中的应用，以及它如何有效地解决多用户干扰问题。 第五章 水声通信信道编码与纠错 水声信道固有的噪声和失真特性使得误码率（BER）成为一个重要的挑战。本章将重点介绍信道编码技术，用于提高水声通信的可靠性。 我们将从信息论的基础出发，介绍信道编码的基本概念，包括纠错码的作用、编码增益等。 本章将详细介绍线性分组码，如Hamming码和BCH码，它们能够检测和纠正一定数量的错误。我们将分析它们的编码和解码原理，以及在水声通信中的应用局限性。 随后，我们将深入探讨卷积码。卷积码具有易于实现和良好的纠错性能，在许多通信系统中得到广泛应用。我们将介绍卷积码的编码过程、Viterbi解码算法，并分析其在水声通信中的性能。 此外，本章还将重点介绍Turbo码和LDPC码。这两种码是现代高效信道编码技术的代表，它们能够逼近香农限，提供极高的纠错性能。我们将详细介绍Turbo码的交织、迭代解码原理，以及LDPC码的稀疏性矩阵和其近似消息传递（AMP）算法。我们将讨论这些先进编码技术在水声通信中的潜在优势和实现挑战。 第六章 水声通信系统设计原则 在充分理解了水声信道特性、信号处理、调制解调、多址接入和信道编码等基本要素后，本章将聚焦于水声通信系统的整体设计。 我们将从系统需求分析入手，包括通信距离、数据速率、可靠性要求、功耗限制、成本约束等，这些需求直接影响到系统的架构选择和关键参数的设定。 本章将系统地阐述系统设计流程，从信道评估、链路预算计算，到调制解调方式的选择、编码策略的制定，再到发射功率、接收灵敏度的优化。我们将强调在设计过程中需要考虑的关键折中，例如数据速率与可靠性的权衡，功耗与性能的权衡。 我们将详细讨论调制解调器（Modem）的设计要点，包括硬件实现、软件算法的优化，以及与换能器的匹配。换能器作为水声通信的“嘴巴”和“耳朵”，其性能直接影响整个系统的通信质量，我们将探讨换能器的选型、匹配和测试。 此外，本章还将探讨水声通信网络的设计。包括节点的部署、网络拓扑的选择（如星型、链型、网状网络）、路由协议的设计，以及网络管理和资源分配策略。 第七章 水声通信系统优化与性能提升 为了在复杂的水声环境中实现最优的通信性能，系统优化是必不可少的环节。本章将深入探讨各种系统优化方法。 我们将首先从自适应技术的角度出发。自适应均衡、自适应调制编码（AMC）等技术能够根据实时信道条件动态调整系统参数，从而最大化吞吐量和可靠性。我们将讨论AMC的实现机制，以及如何根据信道质量选择合适的调制和编码方案。 其次，我们将探讨功率控制策略。在水声通信中，合理控制发射功率可以有效地减少干扰，延长节点寿命，并实现能量的有效利用。我们将分析不同类型的功率控制算法，如固定步长功率控制、基于信噪比的功率控制等。 我们还将探讨多载波和多天线技术的应用。OFDM技术本身就为多载波通信提供了基础，我们可以进一步研究多载波的功率分配和子载波分配优化。对于多天线技术，如MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）水声通信，其能够通过空间复用和分集来显著提升数据率和可靠性，我们将探讨其在水声环境中的可行性和挑战。 此外，本章还将涉及低功耗设计技术。在许多水下应用场景中，电源是有限的，因此低功耗设计至关重要。我们将讨论如何通过优化硬件设计、软件算法和通信协议来降低系统的功耗。 最后，我们将探讨先进的信号处理技术在系统优化中的作用，例如机器学习在信道预测、噪声抑制、故障诊断等方面的应用。 第八章 水声通信的应用与发展趋势 本章将目光投向水声通信的实际应用领域，并展望其未来的发展趋势。 我们将介绍水声通信在各个领域的典型应用，包括： 海洋科学研究： 海洋观测、环境监测、海底地形测绘、海洋生物声学研究。 水下军事应用： 水下侦察、反潜作战、水下通信网络。 水下工程： 海底管道监测、水下设备遥控、水下机器人通信。 水下资源勘探： 海洋石油、天然气、矿产资源的勘探通信。 水下娱乐与旅游： 水下摄影、潜水通信。 在介绍现有应用的同时，本章将深入探讨水声通信面临的挑战和未来的发展方向。我们将讨论： 高数据速率和宽带通信： 如何在有限的带宽内实现更高的信息传输速率。 深海通信： 深海环境的极端压力和低温对设备和通信带来的挑战。 低功耗长续航： 如何设计更节能的水声通信设备，以延长水下部署时间。 智能化与自主化： 利用人工智能和机器学习技术，实现水声通信网络的智能化管理和自主运行。 混合通信网络： 将水声通信与卫星通信、光纤通信等相结合，构建更强大的水下通信体系。 标准化与互操作性： 推动水声通信标准的制定，促进不同厂商设备之间的互操作性。 通过对这些应用和趋势的分析，本书旨在为读者提供一个广阔的视野，激发他们对水声通信领域未来研究与开发的兴趣。 结论 《水声通信系统设计与优化》力求全面、深入地涵盖水声通信的关键技术和设计理念。本书不仅仅是一本技术手册，更是一部引导读者理解水声通信挑战、掌握核心技术、并激发创新思维的参考著作。无论您是刚入行的研究者，还是经验丰富的工程师，本书都将为您提供宝贵的知识和实用的指导，助您在水声通信领域取得更大的成就。

评分☆☆☆☆☆

这本书在我的书架上已经躺了一段时间了，封面设计简洁，那种深海蓝和白色的交织，还挺有技术感。我当初是冲着那个“水声通信”的关键词去的，毕竟在水下无线通信这个领域，了解一些基础理论还是挺重要的。不过，真正翻开书，我发现它的内容更偏向于理论推导和数学模型构建。比如，对于信道估计和均衡那几章，涉及了大量的矩阵运算和复杂的统计学概念，坦白说，对于一个主要关注系统实现的工程师来说，光是啃下这些基础框架就已经花费了我不少精力。书中对各种多径效应的建模非常详尽，这一点我很欣赏，它没有停留在概念层面，而是深入到了如何用数学语言精确描述水声信道的时变特性。然而，如果读者期待看到大量的实际应用案例或者不同水下环境下的系统部署经验分享，可能会觉得有些意犹未尽。它更像是一本面向研究生的教材，旨在打牢理论根基，而不是一本快速上手的工程实践手册。整体感觉是，它为理解水声信道特性提供了坚实的理论基石，但对于如何将这些理论高效地转化为实际产品，书中的指引相对有限。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧质量相当不错，纸张的触感很好，阅读体验本身是加分的。我特别留意了它对不同调制方案的对比分析部分，作者似乎对传统的PSK和QAM在水下环境下的性能衰减进行了深入的探讨。书中提到了一些基于小波变换的信号处理方法，这部分内容非常新颖，和我在其他水声通信的参考资料中看到的传统FFT方法有所不同，让人耳目一新。但是，在介绍完这些先进的信号处理工具之后，作者并没有花足够的篇幅去论证这些工具在实际部署中会带来多大的增益，或者说，它们在计算复杂度上需要付出什么样的代价。这使得我对这些高阶技术的实用性产生了疑问。就好比，作者展示了一把非常锋利的瑞士军刀，但没有告诉你在徒手攀岩时，它最适合用来切割哪种绳索。我希望书中能加入更多关于硬件实现难点、实时性约束下的算法裁剪策略等“工程智慧”，而不是仅仅停留在“理论上可行”的层面。这可能也是很多偏理论书籍的通病，但对于工程人员而言，这些“灰色地带”往往比纯粹的数学推导更具价值。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，这本书的深度是毋庸置疑的，它对某些核心概念的阐述达到了教科书级别的严谨。特别是关于多普勒频移对同步性能影响的章节，作者清晰地梳理了从物理现象到数学模型，再到最终算法改进的完整逻辑链条。这部分内容极大地帮助我校正了过去在理解多普勒对相干解调冲击时的几个关键误区。然而，阅读体验上，我发现书中的符号定义有些不够一致，在不同的章节，同一个物理量有时会用不同的希腊字母表示，这在快速阅读和交叉引用时造成了不小的困扰，需要频繁地翻回前面的章节去核对定义。另外，书中对一些前沿技术，比如基于机器学习的水声信道反演，似乎只是浅尝辄止地提了一句，没有展开深入的讨论。考虑到如今水声通信领域的发展速度，引入一些最新的跨学科思想，即使只是作为展望，也能让这本书的参考价值更上一层楼，避免给人一种“理论上很扎实，但时代感稍弱”的印象。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排相对保守，它采用了标准的从基础原理到具体技术实现的线性叙事方式。对于初学者来说，这可能是一个优点，因为它保证了知识的层层递进，不会让人在没有前置知识的情况下被高深的概念淹没。我个人对书中关于噪声源建模的章节印象深刻，作者细致地分析了不同频率下的环境噪声和人为噪声的特性，并且给出了相应的功率谱密度函数，这对于设计合适的接收滤波器至关重要。不过，这种过于平稳的叙事节奏，对于我这种已经有一定基础的读者来说，略显冗长。我更希望看到作者能大胆地跳出传统框架，用更具启发性的方式来组织内容，比如直接从一个复杂的实际问题出发，然后倒推所需的理论工具。另外，书中引用的参考文献大多集中在十年前甚至更早的经典文献，虽然经典重要，但缺乏近五年内水声通信领域在数据传输速率、抗干扰能力上的重大突破性成果引用，这使得全书的视野显得有些受限，不够“与时俱进”。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，就像是解开一个精密的机械锁，每一步都需要仔细揣摩才能找到正确的齿轮啮合点。作者在解释那些涉及到时域和频域变换的章节时，使用了大量的图示辅助说明，这极大地减轻了纯文本阅读带来的抽象感，让人能直观地感受到信号在不同处理阶段的变化。例如，书中对周期延展和循环卷积的描述，通过动态图的静态呈现，变得清晰易懂。然而，这本书似乎完全跳过了网络协议层的讨论。水声通信的挑战不仅仅在于物理层的信号传输，如何构建一个可靠、高效的水下传感器网络（WSN）同样是一个核心议题。这本书的重点似乎完全锁定在了如何把一个比特准确无误地传送到接收端，而对于多个节点之间的协作、路由选择、能量受限下的数据分发策略，则完全没有涉及。因此，如果读者想了解完整的“水声通信系统”——而非仅仅是“水声信道中的信号传输技术”——这本书显然无法提供全貌。它提供了一个坚实而重要的地基，但上层建筑的构建则需要读者自行去其他领域寻找答案。