[發明專利]一種差分循環移位擴頻水聲通信方法

無效

• 申請號: 200910021975.1
• 申請日: 2009-04-10
• 公開（公告）號: CN101567727A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 何成兵;黃建國;韓晶;張群飛;雷開卓;申曉紅
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04B1/707;H04L27/00;H04L27/26
• 代理公司: 西北工業大學專利中心
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明涉及水聲通信領域，更確切地說，涉及中遠程水聲通信中的一種低復雜度、低功耗擴頻通信方法。

背景技術

隨著人類對海洋資源開發事業的迅速發展，世界各國對水下信息傳輸技術的要求越來越迫切。水聲通信是實現水下信息遠程傳輸的主要形式，是涵蓋海洋技術與信息技術的國家急需的高新技術之一。

水聲信道一般可以表征為帶寬有限、多徑干擾嚴重的時、頻、空變信道。水聲信道的復雜性及多變性嚴重限制了水聲通信性能。由于水聲信道的復雜多變性，各種調制和解調技術均有一定的實用性，為此，美國海軍空間與海洋作戰系統研究中心(Spaceand?Naval?Warfare?Systems?Center)進行了多次SignalEx海上實驗。SignalEx實驗目的是為了比較各種水聲通信調制技術在不同水聲信道環境下的統計性能，以優化系統參數，其調制方式主要分為近程高速水聲通信和遠程低速水聲通信技術。高速水聲通信主要采用相位相干(MPSK)技術或正交多載波(OFDM)技術；低速水聲通信主要采用頻移鍵控(MFSK)，脈沖位置調制(PPM)和擴頻技術。近年來，擴頻水聲通信技術受到較大關注，其原因：一方面，在遠程(＞10km)水聲通信中，擴頻通信具有重要的應用價值，它保密性好，抗多徑干擾和信道衰落能力強，可在低信噪比條件下工作；另一方面，當前水聲通信已經發展到開始建立水聲通信網絡的階段，如美國的Seaweb網絡，它可用于自主式分布傳感器系統，歐盟的用于近海環境監測的聲通信網等。其中，多用戶水聲通信是實現水聲通信網絡的關鍵技術之一。水聲信道的有限帶寬限制了頻分復用(FDMA)技術在水聲網絡中的應用，而時分復用(TDMA)需要嚴格的同步技術，目前普遍認為擴頻及碼分多址技術(CDMA)是淺海水聲通信網絡最有應用前景的多址接入方案。現已提出多種用于水聲通信網絡的DS-CDMA方案及相應的信號處理技術?？梢?，擴頻水聲通信技術具有重要的研究意義。然而，在水聲通信可用頻率范圍內，聲波在水中的衰減與頻率的平方成正比，導致水聲通信的帶寬十分有限。遠程水聲通信的帶寬往往只有幾kHz，甚至幾百Hz，以至常規直接序列擴頻水聲通信數據率極低，僅幾到幾十比特，嚴重影響了通信系統的實用性。

通常情況下，水聲信道多徑傳播復雜，產生嚴重的碼間干擾，對水聲通信產生嚴重影響。通過提高發射功率對抑制多徑干擾、提高接收端信噪比，其作用不大。利用擴頻信號固有特性，在接收端聯合利用多徑信息，是一種能夠提高遠程擴頻水聲通信系統性能的有效方法。

目前擴頻水聲通信方法概括如下：

(1).直接序列擴頻技術

直接序列擴頻(DSSS)水聲通信系統，其發射端僅分配一個擴頻序列，若擴頻序列長度為L，每個碼片持續時間為T，則通信速率為：

Rs=1TL---(1)]]>

水聲通信帶寬有限，使得DSSS數據率低，一般僅為幾比特。

(2).M元擴頻技術

為了提高擴頻通信數據率，可以采用M元擴頻通信技術。其基本原理為：根據要傳輸的n比特的二進制信息，在一組包含M＝2n個偽隨機碼的集合中選取某一個偽隨機碼進行相位調制后發射。接收端包括一組匹配濾波器，每個濾波器匹配于偽隨機序列組中的一個序列。根據偽隨機序列的正交性，只有匹配于發射信號的濾波器的輸出才能超過判決門限，依此進行譯碼，其數據率為：

Rs=1LTlog2M---(2)]]>

稱為M元擴頻通信。與DSSS相比，M元擴頻通信的數據率提高log2M倍。

(3).M元并行組合擴頻技術