多途信道中Pattern時(shí)延差編碼水聲通信研究.pdf

1、水聲信道是隨機(jī)時(shí)變、空變的，其界面反射和聲線彎曲導(dǎo)致多途擴(kuò)展，由多途擴(kuò)展產(chǎn)生的碼間干擾是水聲通信的主要障礙之一。為了獲得高速率、低誤碼通信，必須抑制碼間干擾。 Pattern時(shí)延差編碼(PDS)通信體制，利用Pattern碼片出現(xiàn)在碼元窗的時(shí)延差值進(jìn)行時(shí)延編碼，占空比小，可節(jié)省功耗；并且采用碼元分割，使得每個(gè)攜帶信息的基本碼元均具有抗碼間干擾的能力，有效地降低了水聲信道的碼間干擾，并且可克服多途衰落及噪聲干擾。提出將其與混沌擴(kuò)頻

2、相結(jié)合，構(gòu)成一種適用于水聲環(huán)境的通信方案，既獲取了擴(kuò)頻通信的一系列優(yōu)良特性，又明顯提高了擴(kuò)頻通信速率，可勝任遠(yuǎn)程水聲通信；其多通道工作方式可實(shí)現(xiàn)多用戶網(wǎng)絡(luò)化水聲通信。 時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡是近幾年來(lái)在水聲信號(hào)處理方面出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是在沒(méi)有任何先驗(yàn)知識(shí)的情況下具有自適應(yīng)匹配聲信道的作用。本文從頻域和時(shí)域兩個(gè)角度分析了時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡陣處理原理及其時(shí)間壓縮、能量聚焦的特性，并對(duì)陣處理增益進(jìn)行了推導(dǎo)。傳統(tǒng)的時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡是主動(dòng)式的，要求陣

3、元收發(fā)合置，且信號(hào)需兩次經(jīng)過(guò)信道，效率低下，而陣處理則進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，難以滿足水聲通信節(jié)點(diǎn)追求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低功耗的要求。為克服上述弊端，推進(jìn)時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡在水聲通信中的實(shí)用性，本文提出單陣元被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡(PTRM)和虛擬式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡(VTRM)，并對(duì)單陣元時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的聚焦增益進(jìn)行了推導(dǎo)，對(duì)主動(dòng)式、被動(dòng)式和虛擬式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡進(jìn)行了類比分析。其中，本文提出的被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡也不同于文獻(xiàn)中介紹的，打破了其要求探測(cè)碼與信息碼的波形保持一致

4、的限制。 將單陣元被動(dòng)式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡和虛擬式時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡技術(shù)應(yīng)用于Pattern時(shí)延差編碼體制及其與混沌擴(kuò)頻相結(jié)合的通信系統(tǒng)，可以聚焦多途信號(hào)，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)信道均衡，從而抑制碼間干擾、提高信噪比，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的水聲通信?；诖送ㄐ畔到y(tǒng)，本文提出了多用戶水聲通信方案，對(duì)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化水聲通信具有重要意義。 基于對(duì)分?jǐn)?shù)階Fourier變換(FRFT)的理論、性質(zhì)的分析，研究了分?jǐn)?shù)階Fourier變換在存有大多普勒頻偏時(shí)的高速移動(dòng)水聲通

5、信中的應(yīng)用，包括提出將其應(yīng)用于聲信道參數(shù)估計(jì)、水聲通信同步檢測(cè)及應(yīng)用于Pattern時(shí)延差編碼通信體制中。研究了深海聲道特性，提出將通信固定節(jié)點(diǎn)置于聲道軸以獲取會(huì)聚增益，可提高通信距離。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡信道均衡技術(shù)及混沌擴(kuò)頻Pattern時(shí)延差編碼體制，設(shè)計(jì)出深海遠(yuǎn)程水聲通信方案。 本文對(duì)采用的各水聲通信關(guān)鍵技術(shù)在深?；驕\海水文條件下進(jìn)行了仿真研究，并通過(guò)2次松花湖通信試驗(yàn)，對(duì)各水聲通信關(guān)鍵技術(shù)及通信方案進(jìn)行了湖試驗(yàn)證