水声扩频通信中OFDM技术应用 郭中源

水声扩频通信中OFDM技术应用郭中源水声扩频通信中OFDM技术应用

郭中源陈岩陈庚贾宁

(中国科学院声学研究所)

Application of OFDM in underwater acoustic spread spectrum communications

Guozhongyuan, Chenyan, Chengeng and Jianing

Institue of Acoustic, Chinese Academy of Science

1(引言 [1]OFDM的基本原理是将高速率的数据流分解成多路低速的数据流，然后在多个子载波上同时进行数据传输。由于数据被分解到多个低速的子载波上进行并行传输，所以数据符号持续时间变长，减少了由于多途时延弥散所引起的码间串扰的影响。

扩频通信的基本原理是将低速率的信息码(所占带宽相对较窄)用高速率的扩频码将其频带拓宽，这样信息码所包含的加性噪声，包括一些突发干扰的频谱同样受到扩频码拓宽，在接收端经过解扩和带通滤波(其带宽与信息码频带相应)，就将通带外的噪声与干扰大部分滤除掉，其信息传输过程还是按扩频码的速率进行，也就是说传输码片的宽度接近于扩频码带宽的倒数。

因为扩频码是以较窄的扩频码片传输，所以当多途时延弥散超过码片宽度时，扩频码会受到码间串扰的影响。扩频通信是以降低传输率(在可用带宽一定时)来获取扩频增益，比较适合在远距离低速率的水

[2]声通信中传输信息。国外文献报导在深海(深度200m)通信距离达到500多公里。国内试验大多在浅海(深度70-80m)，受海底影响要严重一些，有比较复杂

的多途结构。多途弥散是水声通信中造成码间串扰的主要原因。在这种情况下如果结合OFDM技术，系统性能会有一定的改善。

2(水声扩频通信中OFDM系统的应用和一些海试结果的比较

在扩频通信中，信息码与扩频码相乘之后经载频调制输入信道。如果载频调制之前将信号看作频域波形，进行串/并变换和IFFT变换，然后将各子带相加，再经过载波调制和峰值抑制输入信道，接收端将从信道输入的信号先进行载频解调，解调时要作多普勒补偿，然后作FFT运算，FFT输出分为虚实两个部分，经过序列归并后就可以进行解扩处理。解扩后的波形经相关解码输出信息。图3-图5为一组2005年1月南海海试数据处理结果。其中扩频结合OFDM信号载频3.2KHz，带宽约457Hz，扩频增益约100;扩频信号载频3.2kHz，扩频码为10阶Gold序列，所用带宽约914Hz，扩频增益约56。

图3a.扩频通信系统中利用OFDM技术在通信距离43km时的接收信号频谱

图3b.图3a信号的相关解码;相关系数=0.98

图4a扩频通信系统中利用OFDM技术在通信距离为73km时的接收信号频谱(已看不出频域信号) 图4b信号的相关解码输出;相关系数=0.769

图5a 43km扩频通信接收信号频谱载频。

图5b扩频通信相关解码结果。

图3a 图3b

图4a 图4b

图5a 图5b

3(小结

水声信道主要特点是时变性和复杂的多途结构，其中多途结构引起的时延弥散会造成通信时的码间串扰，产生误码。采用伪随机码的扩频通信系统虽然有优良的抗干扰性能，但多途信道造成的时延弥散还是会产生码间串扰，而采用OFDM技术则可以改善时延弥散的影响。这一点可以从比较图3和图5同是距离为43km相关解码输出的信噪比及相关系数可以看出来。OFDM技术不一定要与扩频通信技术联

合应用，它可以独立应用在高速率通信中。一般来说，近距离的水声信道的多途结构要比远距离复杂一些，而高速率通信，多用于较近的距离(5-20km)，这时如采用OFDM技术会有助于提高通信的性能。

参考文献

[1] 王文博郑侃编著，宽带无线通信OFDM技术，人民邮电出版社，2003年11月第1次印刷[2] Y. V. ZAKHAROV and V. P. KODANEV, “MULTIPATH-DOPPLER DIVERSITY OF OFDM SIGNALS IN AN

UNDERWATER ACOUSTIC CHANNEL”IEEE, 2000

作者简介:

郭中源:中国科学院声学研究所一部三室助理研究员～主要从事水声通信信号处理工作～

联系电话:86-10-62560184

陈岩:中国科学院声学研究所一部三室副研究员～主要从事水声通信研究。

陈庚:中国科学院声学研究所一部三室研究员～主要从事水声信号处理、水声通信研究。贾宁:中国科学院声学研究所一部三室博士研究生～主要从事高速水声通信研究。