[发明专利]基于Pattern时延差编码水声通信抵抗多普勒的差分解码方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及水声通信技术领域。具体地说是一种利用差分解码来抵抗水声通 信中由于通信节点的移动所产生的多普勒效应的方法，特别是Pattern时延差编 码体制中的通信节点大的运动速度所导致的多普勒效应以及时间压缩扩展效应。

(二)背景技术

水声通信一直是水声研究中的一个重要领域，它的工程应用不仅仅局限于军 事，而且也在向商业领域延伸。无线水声通信具有灵活、方便、经济、不存在电 缆缠绕等特点，可实现导航、定位、信息交换、通信联络和安全保障所需的信息 传输，是实现水下综合信息感知与信息交互的主要手段。在信息化海洋数据采集、 海洋资源开发、海洋环境监测等关系到国家可持续发展的战略领域中，水声通信 扮演着重要角色。

水声信道是随机时变、空变的，其界面反射和声线弯曲导致多途扩展，由多 途扩展产生的码间干扰是水声通信的主要障碍之一。为了获得高速率、低误码通 信，必须抑制码间干扰。Pattern时延差编码(Pattem Time Delay Shift Coding，PTDS) 通信体制是由哈尔滨工程大学在上世纪90年代提出的，该体制属于脉位编码 (Pulse Position Modulation，PPM)。Pattern时延差编码(PTDS)通信体制，利用 Pattern码片出现在码元窗的时延差值进行时延编码，占空比小，可节省功耗；并 且采用码元分割，使得每个携带信息的基本码元均具有抗码间干扰的能力，有效 地降低了水声信道的码间干扰，并且可克服多途衰落及噪声干扰。当今水声通信 的前景就是由移动节点和静止节点共同构成的水声数据通信网，随着各种舰船、 潜器航行速度的提升及对其水声通信无线遥控的迫切需求，研究低速移动及高速 移动点对点水声通信都将是十分有意义的。

对于Pattern时延差编码水声通信体制来讲，通信节点的运动导致两个问题： 一是相关峰将会降低从而测时不准，二是导致时间压缩或者扩展。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决由于运动而产生多普勒而导致时间压 缩或者扩展问题，简单易行而又性能优良的基于Pattern时延差编码水声通信抵 抗多普勒的差分解码方法。

本发明的目的是这样实现的：

采用Pattern时延差编码通信体制，在发射端利用Pattern码的时延差值进行 时延编码，在接受端采用时延估计技术进行时延测量译码，所述的时延估计技术 是基于拷贝相关时延估计的，即用发射信号与经信道传输后接收信号求相关。

第一步，确定同步码的位置以提供时间基准，这一点与普通的Pattern时延 差编码的解码体制是相同的。接收机利用拷贝相关器通过峰选测得同步码的到达 时刻，相关峰对应的时刻作为译码窗同步基准，该时刻亦为最强的多途到达时刻。

第二步，确定Pattern码的位置，为差分解码做准备工作。同步时刻确定后， 拷贝相关器通过和本地Pattern信号作相关得到Pattern相关峰。通过测量每个 Pattern相关峰与同步码相关峰的时间差可以确定其对应的时延差值。

第三步，进行差分解码。在差分解码的过程中，每个Pattern相关峰的时间 是通过前一个相关峰确定的，从而可以得出第i个Pattern由于多普勒造成的时延 偏差量为Δτ_i，这种偏差量不会随着解码的进行累加。只要Δτ_i小于时延估计精 度，那么就可以实现无误码通信。

在水声通信中，Pattern时延差编码(PTDS)通信体制，将信息编码技术和信 道编码技术融于信号码元的设计中，使得每个携带信息的基本码元均具有抗水声 多途干扰的能力，在水声通信中具有重要的地位。

随着水声通信的发展，移动水声通信技术已受到广泛的关注，研究这项技术 具有重要的意义。在移动水声通信中，一个不可避免的问题是通信节点的相对运 动会产生多普勒频移，使接收信号产生时间的压缩或展宽，对解码造成影响。

本发明通过对基于Pattern时延差编码的差分解码研究，仿真试验证明采用 差分的时延估计能有效地抵抗多普勒频移的影响，从而证实了差分解码方案的可 行性和鲁棒性。本发明旨在完善Pattern时延差编码(PTDS)通信体制，对移动水 声通信技术的研究打下了良好的基础，实际工程应用有待于进一步深入研究和完 善。