并行组合扩频水声通信技术研究

• 作 者: 王蕾
• 机 构: 哈尔滨工程大学
• 出 处: 哈尔滨工程大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 水声通信 扩频 频带利用率 并行组合扩频 映射序列扩频方式 分组M元扩频

随着海洋资源的开发和人类对海底世界的探索,水声通信技术成为如今的研究热点。水声信道较无线电通信信道要复杂的多,由多途扩展引起的码间干扰是限制水声通信发展的主要障碍。此外,水声信道的可用带宽十分有限,尤其是在中远程低信噪比通信过程中,通信速率受到了极大的限制。扩频通信具有的强抗干扰能力,抗多径干扰,低信噪比环境工作以及码分多址等一系列优点使其在水声通信领域有着广阔的应用前景,但由于扩频通信是通过牺牲带宽来换取信噪比的一种工作方式,因此,扩频技术在水声通信中的发展比较缓慢,目前主要应用于一些低速水声通信系统中。如何充分利用有限的频带资源提高传输效率,成为发展中远程水声通信技术的重点研究问题。并行组合扩频技术是最近几年发展起来的具有较高的传输效率和频带利用率的一种软扩频通信方式,适合于在军事保密通信、猝发通信以及频带受限的环境中使用。本文重点研究了并行组合扩频技术的基本原理及其数据映射算法,并首次将其应用到水声通信领域中,在仿真环境下构建了并行组合扩频水声通信系统,大幅度改善了以往水声扩频通信系统传输效率不高的问题。通过仿真实验,验证了该通信系统在中远程浅海水声信道中的稳定性和可靠性。针对并行组合扩频系统的数据映射算法复杂度高、工程实现难度大,本文设计了分组M元扩频通信方式,其工作原理与并行组合扩频系统相类似,只是数据映射算法不同。通过建立分组M元扩频水声通信系统,并对该通信系统进行了大量仿真实验,充分验证了该通信体制的可行性。此外,本文还重点讨论了映射序列扩频方式的工作原理与性能,并将映射序列扩频方式应用到并行组合扩频水声通信系统中,改善发射信号的峰值平均功率比,降低传输差错概率。而且本文针对其出现的问题提出了优化扩频码集的具体方案,使其能够更好的适应在并行组合扩频系统中的应用。最后,结合映射序列扩频方式的工作特点,本文还对其在水声通信网络中主节点对传感器节点传输控制信息以及多址接入协议中的应用进行了探索性研究,旨在为映射扩频方式在水声通信领域的应用开辟更广阔的应用前景。