水声扩频通信中OFDM技术应用

水声扩频通信中OFDM技术应用

作者：郭中源， 陈岩， 陈庚， 贾宁

作者单位：中国科学院声学研究所

1.学位论文黄晓萍水声扩频通信技术研究2006

水声信道是一个时变、空变的随机信道，是一个非理想信道。使用扩频信号可以在一定程度上对付信道传输中的多途性；利用扩频信号做相关获得的增益可以使得在负信噪比的条件下进行信号的恢复。扩频通信的抗干扰、抗衰落能力也很强，这确实是对复杂多变的水声信道的一个很好的解决方案，它不仅可以解决长距离移动目标的通信问题，还能进行敌我识别、导航和定位等。

要想进一步提高水下扩频通信系统的抗多普勒、抗多途能力，就要在接收端采取额外措施——多普勒频率搜索和多途分量的提取，再加上同步信号搜索和信号的解扩，这将会带来很大量的相关运算。没有一个快速算法，将不能实时的完成对采集信号的处理。

将H序Walsh快速变换应用到水声扩频通信系统中接收信号的上述相关处理中，可很大程度地提高算法的执行速度，从而可以实现数据的实时采集和实时处理。

本论文以克服水下多途干扰、补偿多普勒频移、实现低信噪比(甚至负信噪比)下高可靠性的水声通信为目标，研究了直接序列扩频在水声通信中应用的有关问题，并通过仿真和试验验证了这种通信技术的良好性能和可行性。

本文所作的工作主要有以下几个方面：

1.构建了一个基于快速Walsh变换，以m序列作为扩频码、RS纠错方式、带有多普勒补偿和多途时延补偿的水下直接序列扩频通信系统框架。用MATLAB仿真，验证了其可行性。

2.以PC机为平台，计算机声卡作为A/D和D/A，Windows操作系统下将算法和声卡的播放、录音联合编程，完成了该水下扩频通信系统的物理实现。

3.在基于PC104硬件平台，嵌入式系统VxWorks下，实现了此通信系统。

4.对这两种计算机操作系统下的扩频通信分别进行了电调试、水池调试、松花湖实验、青岛海试，并实现了两者之间的半双工通信。在发射功率≤30w，传输距离为7～25km，接收信噪比0dB左右，实现了误码率低于10-6的数据传输。

2.会议论文黄建波.韩梅.黄海水声扩频通信系统误码率研究2007

误码率模型是水声扩频通信系统性能的关键指标之一.扩频技术是通信领域较为成熟的成果,扩频技术在水声通信中的应用给我们带来了新的问题.本文首先介绍了扩频技术在水声通信方面的应用;然后,从声纳方程出发,运用平滑平均场理论,研究信嗓比在水声扩频通信系统中的变化情况,得到误码率模型;最后运用该模型研究典型浅海负跃层环境下误码率的规律.从仿真的结果来看,该模型在原理上基本符合水声扩频通信系统,结果具有一定的指导性和较强的实用性,达到了较为理想的效果。

3.学位论文顾建松伪时反水声通信技术研究2005

水声数字通信近年来在国际上发展迅速，时间反转法处理是一项新颖的技术，受到国际水声界的很大关注。

本论文结合国家863课题“水下仪器水声数据传输技术研究”和中船重工集团公司支撑课题“水声网络节点技术研究”，通过对水声信道特点的比较、分析，选定伪时反处理技术和扩频通信技术，作为本课题的研究重点。

水声信道存在多径效应和多卜勒频偏；相对于水声信号的传输、接收，水声信道等效为一个滤波器。并由此推导出发射信号、接收信号的时域和频域的计算公式。发送编码信号之前，先发射探针信号(Probe)进行信道估计，结合扩频通信技术，进行255码元的信息编码和BPSK信号调制，再将编码信号和探针信号进行卷积并发射。在接收端，将包含信道响应的探针信号和卷积信号进行共轭处理，以消除信道响应在相位上对编码信号的影响。信道估计和系统帧同步信号采用线性调频信号。通过m序列的拷贝相关检测发射的信息。

在理论研究的基础上，建立了水声信道模拟器。用MATLAB进行计算机仿真，验证伪时反处理技术和扩频通信技术的性能，用各种图表曲线比对了几种处理方法的差异。由仿真结果得知：时间反转处理技术和扩频通信技术从理论上可用于水下远程通信，可以有效抑制水声信道的多径效应，但对于多卜勒频偏造成的干扰其效果一般。

最后，进行海洋试验验证，对海试采集的水声数据进行计算机处理，用图表比对二种处理方法的差异。由海试数据处理结果得知：时间反转处理技术和扩频通信技术可用于水下远程通信，可以有效抑制水声信道的多径效应。

4.会议论文熊省军.张宏滔.周士弘水声扩频通信中的RAKE接收机2006

水声信道的衰变多径特性一直以来是水声通信中难以解决的问题,扩频技术近年来在水声通信中得到广泛关注.本文研究水声扩频通信中的RAKE接收机.介绍了直接序列扩频系统的基本原理,分析了RAKE接收机实现多径分集的过程,给出了其抗多径干扰的仿真结果.

5.学位论文高风波基于扩频技术的远程声遥控系统研究2004

随着海洋开发和国防发展的需要,远程水声遥控系统受到了广泛的重视,遥控距离越来越远.但随着遥控距离的加大(>100km),传送遥控信息的水声信道变得更加复杂,声遥控系统要达到高可靠传输的技术难度也越来越大.针对上述问题,该文在水声信道分析的基础上,设计了一种基于扩频技术的自主应答式远程声遥控系统,系统着重考虑了系统的调制方式和自主应答的方式.近年来扩频技术在水声通信特别是远程水声通信中的使用越来越多.由于它具有很好的抗多径、抗衰落和低的截获概率的优点,特别适合于处于低信噪比环境且保密性要求比较高的远程声遥控系统,所以我们采用扩频技术作为遥控系统的通信方式.远程声遥控系统的遥控方式有直接遥控和中继遥控.我们分别比较了两种方式的接收端信噪比,并考虑了保密性要求,采用中继遥控作为远程声遥控系统的遥控方式.论文首先分析了远程声遥控信道传输特性,分别利用Kraken简正波和射线跟踪模型对深海和浅海水声信道的传输特性进行分析,对信道的多径结构、衰落和环境噪声进行了计算,并在此基础上设计了基于扩频技术的自主应答式远程声遥控系统方案.论文还对扩频通信的关键技术进行了仿真研究,针对远程声遥控系统的特点,讨论了扩频码、扩频方式、相关接收和同步问题,同时讨论了适合远程声遥控系统的纠错编码技术.最后给出了远程声遥控系统的发射平台的组成和各部分设计.相信该论文的研究结果和方法能为远程水声遥控系统提供重要的研究和设计参考.

6.期刊论文韩梅.黄建波.黄海.HAN Mei.HUANG Jian-bo.HUANG Hai水声扩频通信系统通信距离模型的改进与仿真

-计算机仿真2008,""(4)

通信距离是水声扩频通信系统性能的关键指标之一.扩频技术是通信领域较为成熟的成果,在水声通信中的应用带来了新的问题.首先对传统的声纳优质因子距离模型进行了阐述;然后介绍并分析了扩频通信技术在水声通信中的应用,依靠平滑平均场理论,对传统的声纳优质因子通信距离预报模型进行改进,首次提出了适合水声扩频通信的距离模型;最后进行仿真计算,从仿真的结果来看,该模型无论在原理上,还是仿真结果都符合水声扩频通信系统的实际,具有一定的指导性和较强的实用性,达到了较为理想的效果,可以为各种水声扩频通信系统提供通信距离预报.

7.期刊论文宋新见.殷冬梅.惠俊英基于矢量信号处理的水声定位系统-海洋工程2003,21(3)

将传统的水声定位系统与矢量水听器相结合,设计了一种全新的轻便型长基线被动水声定位系统.介绍了系统的组成和工作原理,并结合近年来出现的矢量信号处理技术,设计了新的实时信号处理软件.经湖试和海试,系统的可行性得到了初步的验证.

8.期刊论文王晋兴.朱敏.王季煜.WANG Jinxing.ZHU Min.WANG Jiyu水声扩频通信中多假设反馈自适应均衡算法

研究-微计算机应用2009,30(11)

研究了复杂多变的水声信道条件下直接序列扩频-码分复用(DS/SS-CDMA)通信技术.本文将空间分集-多普勒频移补偿-自最佳自适应判决反馈均衡算法应用到水声DS/SS-CDMA通信,提出了基于码片速率的多假设反馈自适应均衡算法.应用该均衡算法可以恢复经过水声信道传输后扩频信号的相关特性.对