[发明专利]一种水声通信系统无效

专利信息
申请号: 200910038603.X 申请日: 2009-04-14
公开(公告)号: CN101534269A 公开(公告)日: 2009-09-16
发明(设计)人: 韦岗;崔玲;张军 申请(专利权)人: 华南理工大学
主分类号: H04L25/03 分类号: H04L25/03;H04L27/26;H04B13/02
代理公司: 广州市华学知识产权代理有限公司 代理人: 李卫东;黄 磊
地址: 510640广东*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 通信 系统
【说明书】:

技术领域

发明属于水声通信技术领域,具体涉及一种水声通信系统。

背景技术

水声通信技术所应用的自然环境一般为浅海。在浅海中,主要的环境噪声有水动力噪声 (500Hz~50kHz)、海水热噪声(50kHz~200kHz)等,远程水声信道大多只能传输15kHz以 下的信号。与无线电通信和有线通信相比,水声信道是一个时变、空变、频变的随机窄带信 道,严重的多途干扰和多普勒频偏是水声通信误码率居高不下的主要原因,多径传播效应、 海流影响、能量在海底的传播等因素引起信号时域展宽,从而引起频率选择性衰落;收发平 台间相对运动、海流(如潮汐、内波、漩涡等)的影响、海面运动引起的散射、海水中的信 号衰落等会引起多径信号的多普勒扩展,即一种由多普勒频移现象引起的信号衰落过程的频 率扩展,又称时间选择性衰落。当水质一定时,多普勒频移与载波频率以及移动台的移动速 度都成正比。

扩频调制是通过注入一个更高频率的信号将基带信号扩展到一个更宽的频带内的射频通 信系统,即发射信号的能量被扩展到一个更宽的频带内使其看起来如同噪声一样。扩频技术 具有抗干扰、抗多途、保密性强和易于实现码分多址许多窄带通信所不具备的优良性能,而 且扩频信号的相关增益可以使得在负信噪比的条件下进行信号的恢复,适用于水下低性噪比 的环境。扩频技术包含直接序列扩频、跳频、码分多址(Code Diversion MultipleAccess,CDMA) 和直接序列扩频码分多址(Direct Sequence Code Diversion Multiple Access,DS-CDMA)等技 术。但水声通信可用频带有限,多径效应使码元速率不可太大,所以扩频序列脉宽通常较大; 若把现有的扩频调制技术直接地、单独地引入到水声通信系统中,将导致扩频水声系统承载 的信息速率很低。

克服信道多径所产生的码间干扰的最简单方法是在各码片之间留有足够长的等待时隙, 使其码元间的时间间隔大于多径最大时延,但该方法会导致通信速率很低。目前,对克服多 径干扰、提高通信质量所进行的大部分研究都集中在扩频或正交频分复用调制(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术上,且OFDM技术一般应用在信道带宽较宽的 通信系统(如无线电通信系统)中;而对如何克服水声通信中多径干扰的研究尚在初期。

单载波频域均衡(Single Carrier-Frequency Domain Equalization,SC-FDE)和OFDM都是 IEEE802.16体系制定空中接口标准的物理层关键技术,两者在原理和实现结构上都有很多相 似之处,如都利用了快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform,FFT),并在每一帧符号前面添 加循环前缀(Cyclic Prefix,CP),以克服多径引起的码间干扰,区别主要在于快速傅立叶变换 和反快速傅立叶变换(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)的位置不同,对于单载波频域均 衡来说,FFT和IFFT位置全部在接收端。单载波频域均衡的计算复杂度比相应的时域均衡计 算复杂度小很多,其复杂度随信道色散长度(码元扩展长度)的对数成线性变化,而时域均 衡随信道色散长度成线性变化。

单载波频域均衡系统可以弥补OFDM系统的不足,并同时具有许多OFDM所没有的优 点:

(1)SC-FDE不存在多个载波的叠加,与OFDM相比大大减小了峰均功率比,这意味着对 功率放大器的线性要求降低了,可以采用较低廉的功率放大器;

(2)SC-FDE对于载波频偏不像OFDM那样敏感;

(3)SC-FDE在信道冲击响应持续时间很长的情况下,能够提供和OFDM几乎相同的性能, 如克服频率选择性衰落、频谱效率高、抗多径能力强;

(4)SC-FDE系统和OFDM系统在结构上相似,在计算复杂度上基本相当。

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