水聲擴(kuò)頻通信關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、水聲信道是最復(fù)雜的無線信道之一，也是極少可以肩負(fù)遠(yuǎn)距離水下傳輸?shù)拿劫|(zhì)。由于海洋介質(zhì)對高頻的衰減很嚴(yán)重，造就了它極窄的傳輸帶寬；由于聲波在海洋中傳輸速度緩慢，收發(fā)的相對運(yùn)動導(dǎo)致接收信號存在有大多普勒頻偏；而相干多途到達(dá)的信號又使接收信號產(chǎn)生畸變。海洋環(huán)境的復(fù)雜多變注定了水聲信道的多途、多普勒、隨機(jī)時變和空變。
　　 擴(kuò)頻技術(shù)以其自身特有的優(yōu)勢，具有克服復(fù)雜信道各種不利條件的能力。在無線電通信領(lǐng)域，擴(kuò)頻已經(jīng)是一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)，并已

2、經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。但是由于水聲信道的復(fù)雜性，研究開發(fā)適應(yīng)、適用于水聲信道的擴(kuò)頻通信技術(shù)，仍然是科研人員致力于研究的熱點(diǎn)問題。
　　 目前，研究水聲擴(kuò)頻通信技術(shù)所面臨的兩個最為主要的難題是：
　　 1.面對水聲信道嚴(yán)重的時變性，需要研究可跟蹤信道時變的擴(kuò)頻同步技術(shù)；
　　 2.面對水聲信道嚴(yán)重受限的帶寬，需要研究高效帶寬利用率的擴(kuò)頻技術(shù)。
　　 本文正是圍繞這兩個主題展開，分別對擴(kuò)頻的同步技術(shù)、高頻譜利用率

3、的多載波擴(kuò)頻技術(shù)和MIMO擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。
　　 為適應(yīng)水聲信道快速時變性和提高擴(kuò)頻系統(tǒng)序列調(diào)制效率，本文研究采用高效的M-ary正交序列調(diào)制技術(shù)的正交混合擴(kuò)頻通信方案，通過不間斷的發(fā)送同步序列以實(shí)現(xiàn)接收端對信道實(shí)時測量。
　　 水聲信道下的多普勒屬于寬帶多普勒，且載波頻率偏移和碼相位的偏移是兩個相互關(guān)聯(lián)的因素，研究基于時頻二維搜索的序列捕獲方案，在載波頻率偏移和碼元相位偏移組成的二維空間內(nèi)找尋最優(yōu)的載頻和碼元

4、相位，實(shí)現(xiàn)同時捕獲和跟蹤載波頻率和碼片相位的變化，過仿真驗(yàn)證及湖試、海試數(shù)據(jù)處理分析，驗(yàn)證了時頻二維搜索算法在擴(kuò)頻同步上的有效性和魯棒性，證明該方案可以很好的適應(yīng)水聲信道。
　　 研究了正交多載波水聲擴(kuò)頻通信技術(shù)。結(jié)合水聲信道特點(diǎn)，為了體現(xiàn)出多載波擴(kuò)頻對比單載波擴(kuò)頻在性能上的優(yōu)勢，本文定義了一個比較參量--碼片載頻系數(shù)(由于無線通信中的帶寬與中心頻率之比要遠(yuǎn)大于水聲信道的，因此無線通信科研人員基本不用關(guān)心碼片載頻系數(shù)的大小，所以

5、無線通信沒有給出此參量的定義)。正交多載波水聲擴(kuò)頻系統(tǒng)，利用載波間的正交性，既保證載波間互不干擾，又提高了頻譜利用率，同時控制碼片載頻系數(shù)與單載波接近。
　　 擴(kuò)頻信號的符號時間長且占用帶寬寬，水聲擴(kuò)頻技術(shù)在時間域和空間域上已經(jīng)沒有可利用的多余資源，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的速率和性能，利用空間域資源的MIMO技術(shù)成為一條有效出路。本文給出了MIMO適用于水聲信道的擴(kuò)頻通信方案，分別對接收分集和發(fā)射分集進(jìn)行了細(xì)致地仿真。