[发明专利]自适应多制式水声通信系统及方法

说明书

本发明涉及一种自适应多制式水声通信系统及方法，根据扩频及OSDM(正交信号分割复用)调制技术，生成不同的调制模式对信号进行调制；所述通信系统的发送端包括调制方式选择模块、数字调制模块、扩频调制模块、OSDM调制模块、数据组帧模块，接收端包括同步模块、多普勒补偿模块、信道均衡模块、调制方式判断模块以及相应的各解调模块。采用该系统，能够根据水声信道的变化改变自适应信号调制方式，实现单载波与多载波调制方式的自由切换。本发明自适应多制式水声通信系统具有低复杂度、强抗干扰、抗多径和抗多普勒频偏，可有效地解决水下多径、多普勒频偏、噪声引起的信号不可靠传输的问题。

技术领域

本发明属于水声通信技术领域，尤其涉及一种自适应多制式水声通信系统及方法。

背景技术

水声通信技术应用广泛，在军事领域中，如用于海底立体观测网、海洋战术警戒、海洋突发事态监测、灾难预防、水下移动载体定位导航及相互通信等方面。在民用领域中，如用于海底数据回收、水下航行器定位与数据通信、海洋探测设备与海上船只或者岸站之间通信等。近几年，为加快海洋研究发展海洋经济，我国对海洋研究方面的投入力度在不断加大，而深入研究海洋与水声通信技术的支持是密不可分的。由于水这种介质的特殊性质，使得水声通信是水下无线通信最有效技术之一。

但是由于水声信道具有时变性、强多径、强多普勒，水声信道是一个复杂的信道，同时存在着频率选择性衰落、时间选择性衰落、大时延的问题，而且由于水域环境的未知性，更加增大了水声通信的难度。而且不同的水域环境往往有着不同的信道状态，不同时间相同水域也会有着不同的信道冲击响应。不同水下环境拥有着不同的信道响应，浅海模型、深海模型，远程、近程，有相对运动、无相对运动，水平、垂直，都会产生不一样的信道响应，甚至相同地点，一天中的不同时间也会有着不一样的信道响应。水声通信需要面对水声信道的各种变化，并且需要维持着通信系统的有效性，所以需要有着较强的适应水声信道变化的能力。

随着人们对水声通信传输技术的不断研究，基于单载波调制技术、多载波调制技术的水声通信系统日渐丰富。单载波水声通信技术，OFDM，相干调制，非相干调制等单一制式水声通信系统逐渐丰富起来。但是随着通信节点所处海洋地理位置，通信节点相对距离，通信方向以及海况的不同，水声通信技术面临着不同的声传播环境。在这情况复杂的水声通信需求下，传统的单一制式的水声通信往往不能时刻都保证通信系统的通信性能的可靠性和传输的有效性。单一通信制式的水声通信系统的性能往往受限于最大通信距离或者最恶劣信道情况，单一制式的水声通信系统不能在不同信道状态下均获得最理想的系统性能，无法适应水声信道的时变性。

近些年来关于多制式水声通信系统的研究也逐渐丰富起来。目前常用的多制式水声通信系统，通常是信道编码码率的调整，数字调制方式的调整，以及二者结合的改变来完成多制式水声通信系统的设计。美国Millica团队基于OFDM系统提出了不同子载波功率分配的自适应水声通信系统。西北工业大学针对不同通信距离的需求提出了自适应多制式正交多载波水声通信技术，可以使通信系统在不同距离不同环境下通信速率逼近该信道的最高值。中科院声学所针对载人潜器“蛟龙”号所需的图像、语音、数据和文字等不同类型信息的传输，研究了相干水声通信、非相干水声通信、扩频水声通信和水声语音通信的多种通信功能的水声信号处理方法。但上述采用多种信号调制方案的系统结构复杂，实现起来较为繁琐。

针对上述已有解决方案存在的问题、单制式水声通信的缺点，以及现有的多制式水声通信系统结构复杂的弊端，有必要研究一种可靠性高、可以实现单载波/多载波调制技术切换的多制式水声通信系统。

发明内容

本发明在上述不足的基础上提供了一种自适应多制式水声通信系统及方法，结合OSDM(正交信号分割复用)技术，能够根据水声信道变化自适应改变信号调制方式，实现单载波与多载波调制方式的自由切换。