[發(fā)明專利]一種分時(shí)實(shí)現(xiàn)多通道時(shí)間反轉(zhuǎn)的水聲通信機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210495671.0
• 申請(qǐng)日: 2012-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN102970123A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童峰;周躍海;陳楷;伍飛云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L5/00
• 分類號(hào): H04L5/00;H04B13/02
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水聲通信，尤其是涉及一種分時(shí)實(shí)現(xiàn)多通道時(shí)間反轉(zhuǎn)的水聲通信機(jī)。

背景技術(shù)

隨著當(dāng)前海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境立體監(jiān)測(cè)和海洋國(guó)防安全等領(lǐng)域?qū)Ｑ笮畔@取與傳輸?shù)男枨笕找嬖黾樱曂ㄐ偶夹g(shù)已成為海洋高技術(shù)的重要前沿。而水聲信道多徑干擾強(qiáng)烈、信道響應(yīng)穩(wěn)定性差，具有典型的時(shí)－空－頻域非平穩(wěn)特性，對(duì)高性能水聲通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來很大困難。

時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)可以有效利用時(shí)間、空間聚焦作用抑制多徑干擾，成為近年來水聲通信與信號(hào)處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。根據(jù)處理方式的不同，時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)可以分成主動(dòng)時(shí)間反轉(zhuǎn)和被動(dòng)時(shí)間反轉(zhuǎn)兩類：前者的接收機(jī)需要一個(gè)發(fā)射聲源與接收陣列合置的多元陣，用于收到發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行時(shí)間反轉(zhuǎn)后重發(fā)，使得聲場(chǎng)在聲源位置聚焦；后者則利用接收到的探針信號(hào)獲取信道多徑信息，并構(gòu)造前置預(yù)處理器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行多徑聚焦。由于被動(dòng)時(shí)反技術(shù)信號(hào)只需單向傳輸，且無需采用收發(fā)合置陣列，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單，因而得到了廣泛的研究。陳東升等（陳東升，童峰，許肖梅.時(shí)反聯(lián)合信道均衡水聲通信系統(tǒng)研究[J].聲學(xué)技術(shù).2011,30(3):195-197）在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信系統(tǒng)中利用被動(dòng)時(shí)反聯(lián)合均衡來抵抗干擾，提高通信系能。宮改云等（宮改云，姚文斌，潘翔.被動(dòng)時(shí)反與自適應(yīng)均衡相聯(lián)合的水聲通信研究[J].聲學(xué)技術(shù).2010,29(2):129-134）利用被動(dòng)時(shí)反與自適應(yīng)均衡相聯(lián)合，在相位相干水下通信系統(tǒng)中表明了此方法的可靠性與高效性。H.C.Song等（H.C.Song，W.S.Hodgkiss，W.A.Kupermanet?al.Multiuser?Communications?Using?Passive?Time?Reversal.IEEE?JOURNAL?OF?OCEANICENGINEERING.2007,32(4):915-926）在被動(dòng)時(shí)反的基礎(chǔ)上利用判決反饋均衡、鎖相環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多用戶的水聲信息傳輸。G.F.Edelmann等（G.F.Edelmann,T.Akal,W.S.Hodgkiss?et?al.,An?initialdemonstration?of?underwater?acoustic?communication?using?time?reversal.IEEE?J.Oceanic?Eng.2002,27(3):602-609）則在多徑信道下利用時(shí)反技術(shù)有效地克服碼間干擾。

同時(shí)，理論和實(shí)驗(yàn)表明，僅使用單接收陣元進(jìn)行被動(dòng)時(shí)間反轉(zhuǎn)處理時(shí)，受信道多徑特性影響大，難以獲得理想性能。為了提高時(shí)間反轉(zhuǎn)處理的性能，一般需采用多陣元接收進(jìn)行時(shí)間反轉(zhuǎn)以達(dá)到較好的多徑聚焦和碼間干擾抑制性能。中國(guó)專利200910072531.0和200910071516.4均采用多元接收陣列組成多通道時(shí)間反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)抑制多徑效應(yīng)的水聲通信。但是，由于多通道時(shí)間反轉(zhuǎn)處理需要在多個(gè)接收通道中的每個(gè)通道中進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的多次相關(guān)運(yùn)算處理，對(duì)于搭載在各類水下節(jié)點(diǎn)中供電、空間等方面資源極其有限的水聲通信機(jī)，難以實(shí)現(xiàn)基于多通道反轉(zhuǎn)處理抑制多徑效應(yīng)的實(shí)時(shí)水聲通信。因此，眾多文獻(xiàn)中多通道時(shí)間反轉(zhuǎn)水聲通信方法仍基于對(duì)多通道數(shù)據(jù)進(jìn)行離線、后置處理的理論、方法研究狀態(tài)，限制了多通道時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)在水聲通信機(jī)實(shí)際實(shí)現(xiàn)中的應(yīng)用。

中國(guó)專利2010105818403提出一種適合移動(dòng)平臺(tái)的被動(dòng)時(shí)反水聲通信方法，利用收發(fā)雙方至少一方運(yùn)動(dòng)時(shí)重復(fù)發(fā)射相同信息幀獲得的空間分集效應(yīng)進(jìn)行多通道時(shí)間反轉(zhuǎn)處理，將不同相對(duì)位置接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)反預(yù)處理及合并，從而可利用單接收水聽器實(shí)現(xiàn)多通道時(shí)間反轉(zhuǎn)抑制多徑干擾的效果，可減小多陣元接收帶來的系統(tǒng)復(fù)雜性。但其前提是收發(fā)雙方至少有一方處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，否則將無法獲得預(yù)期的聚焦效果；另一方面，由于要求至少收發(fā)至少一方處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，該方法中需對(duì)收發(fā)運(yùn)動(dòng)引入的多普勒效應(yīng)進(jìn)行抑制處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供通過分時(shí)重復(fù)發(fā)射實(shí)現(xiàn)多通道時(shí)間反轉(zhuǎn)抑制信道多徑效應(yīng)的一種分時(shí)實(shí)現(xiàn)多通道時(shí)間反轉(zhuǎn)的水聲通信機(jī)。

本發(fā)明設(shè)有發(fā)射部分和接收部分；

所述發(fā)射部分設(shè)有信息碼元輸入接口、擴(kuò)頻調(diào)制模塊、卷積模塊、探針信號(hào)發(fā)生器、幀同步信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)成幀模塊、功率放大器和發(fā)射換能器；所述信息碼元輸入接口與擴(kuò)頻調(diào)制模塊的輸入端連接，擴(kuò)頻調(diào)制模塊的輸出端和探針信號(hào)發(fā)生器的輸出端與卷積模塊的輸入端連接，信號(hào)成幀模塊的輸入端分別與卷積模塊的輸出端、探針信號(hào)發(fā)生器的輸出端和幀同步信號(hào)發(fā)生器的輸出端連接，功率放大器的輸入、輸出端分別與信號(hào)成幀模塊的輸出端和發(fā)射換能器的輸入端連接。