多途信道中Pattern時延差編碼水聲通信研究.pdf

1、水聲信道是隨機時變、空變的，其界面反射和聲線彎曲導(dǎo)致多途擴展，由多途擴展產(chǎn)生的碼間干擾是水聲通信的主要障礙之一。為了獲得高速率、低誤碼通信，必須抑制碼間干擾。 Pattern時延差編碼(PDS)通信體制，利用Pattern碼片出現(xiàn)在碼元窗的時延差值進行時延編碼，占空比小，可節(jié)省功耗；并且采用碼元分割，使得每個攜帶信息的基本碼元均具有抗碼間干擾的能力，有效地降低了水聲信道的碼間干擾，并且可克服多途衰落及噪聲干擾。提出將其與混沌擴頻

2、相結(jié)合，構(gòu)成一種適用于水聲環(huán)境的通信方案，既獲取了擴頻通信的一系列優(yōu)良特性，又明顯提高了擴頻通信速率，可勝任遠(yuǎn)程水聲通信；其多通道工作方式可實現(xiàn)多用戶網(wǎng)絡(luò)化水聲通信。 時間反轉(zhuǎn)鏡是近幾年來在水聲信號處理方面出現(xiàn)的一項新技術(shù)，其最大的優(yōu)點是在沒有任何先驗知識的情況下具有自適應(yīng)匹配聲信道的作用。本文從頻域和時域兩個角度分析了時間反轉(zhuǎn)鏡陣處理原理及其時間壓縮、能量聚焦的特性，并對陣處理增益進行了推導(dǎo)。傳統(tǒng)的時間反轉(zhuǎn)鏡是主動式的，要求陣

3、元收發(fā)合置，且信號需兩次經(jīng)過信道，效率低下，而陣處理則進一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，難以滿足水聲通信節(jié)點追求結(jié)構(gòu)簡單、低功耗的要求。為克服上述弊端，推進時間反轉(zhuǎn)鏡在水聲通信中的實用性，本文提出單陣元被動式時間反轉(zhuǎn)鏡(PTRM)和虛擬式時間反轉(zhuǎn)鏡(VTRM)，并對單陣元時間反轉(zhuǎn)鏡的聚焦增益進行了推導(dǎo)，對主動式、被動式和虛擬式時間反轉(zhuǎn)鏡進行了類比分析。其中，本文提出的被動式時間反轉(zhuǎn)鏡也不同于文獻中介紹的，打破了其要求探測碼與信息碼的波形保持一致

4、的限制。 將單陣元被動式時間反轉(zhuǎn)鏡和虛擬式時間反轉(zhuǎn)鏡技術(shù)應(yīng)用于Pattern時延差編碼體制及其與混沌擴頻相結(jié)合的通信系統(tǒng)，可以聚焦多途信號，實時實現(xiàn)自適應(yīng)信道均衡，從而抑制碼間干擾、提高信噪比，實現(xiàn)穩(wěn)健的水聲通信?；诖送ㄐ畔到y(tǒng)，本文提出了多用戶水聲通信方案，對實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化水聲通信具有重要意義。 基于對分?jǐn)?shù)階Fourier變換(FRFT)的理論、性質(zhì)的分析，研究了分?jǐn)?shù)階Fourier變換在存有大多普勒頻偏時的高速移動水聲通

5、信中的應(yīng)用，包括提出將其應(yīng)用于聲信道參數(shù)估計、水聲通信同步檢測及應(yīng)用于Pattern時延差編碼通信體制中。研究了深海聲道特性，提出將通信固定節(jié)點置于聲道軸以獲取會聚增益，可提高通信距離。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合時間反轉(zhuǎn)鏡信道均衡技術(shù)及混沌擴頻Pattern時延差編碼體制，設(shè)計出深海遠(yuǎn)程水聲通信方案。 本文對采用的各水聲通信關(guān)鍵技術(shù)在深?；驕\海水文條件下進行了仿真研究，并通過2次松花湖通信試驗，對各水聲通信關(guān)鍵技術(shù)及通信方案進行了湖試驗證