專利名稱：一種雙曲調(diào)頻擴(kuò)頻水聲通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水聲通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及移動(dòng)水聲通信中一種擴(kuò)頻通信方法。
背景技術(shù)：
水下無人航行器(UUV)作為海洋探測的重要工具，已成為各國海洋工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其中，應(yīng)用于UUV運(yùn)動(dòng)過程中的移動(dòng)水聲通信，是涵蓋海洋技術(shù)與信息技術(shù)的世界各國急需的高新技術(shù)之一。水聲信道一般可以表征為帶寬有限、多徑干擾嚴(yán)重的時(shí)、頻、空變信道。水聲信道的復(fù)雜多徑傳播、高背景噪聲、強(qiáng)衰落等特征嚴(yán)重限制了水聲通信性能。特別地，對于移動(dòng)水聲通信，由于聲波在海水中的傳播速度僅為1500m/s，而航行器在水下的運(yùn)動(dòng)速度通常為 1. 5-15m/s。相對來說，航行器間較高的相對運(yùn)動(dòng)速度和聲波在水中較低的傳播速度導(dǎo)致了通信信號(hào)的時(shí)間展寬或壓縮。近年來，擴(kuò)頻水聲通信技術(shù)受到較大關(guān)注，其原因①.在遠(yuǎn)程(> IOkm)水聲通信中，接收信噪比比較低，往往在OdB以下，而擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)增益較大、可以使得其在OdB 以下的條件下進(jìn)行信號(hào)的正確解調(diào)；②.它抗多徑干擾和信道衰落能力強(qiáng)，被截獲和檢測概率低，保密性好；③.擴(kuò)頻技術(shù)是水聲通信網(wǎng)絡(luò)中的多用戶水聲通信的技術(shù)基礎(chǔ)，水聲信道的有限帶寬限制了頻分復(fù)用(FDMA)技術(shù)在水聲網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，而時(shí)分復(fù)用(TDMA)需要嚴(yán)格的同步技術(shù)。目前普遍認(rèn)為擴(kuò)頻及碼分多址技術(shù)(CDMA)是淺海水聲通信網(wǎng)絡(luò)最有應(yīng)用前景的多址接入方案?，F(xiàn)已提出多種用于水聲通信網(wǎng)絡(luò)的DS-CDMA方案及相應(yīng)的信號(hào)處理技術(shù)。可見，擴(kuò)頻水聲通信技術(shù)具有重要的應(yīng)用前景。目前擴(kuò)頻水聲通信方法主要以偽隨機(jī)序列，如m序列、Gold序列作為擴(kuò)頻碼的通信方式，概括如下(1).直接序列擴(kuò)頻技術(shù)直接序列擴(kuò)頻(DSSS)水聲通信系統(tǒng)，其發(fā)射端僅分配一個(gè)擴(kuò)頻序列，若擴(kuò)頻序列長度為L，每個(gè)碼片持續(xù)時(shí)間為T。其信息通過調(diào)制在擴(kuò)頻序列的相位上進(jìn)行傳輸，在接收端則根據(jù)擴(kuò)頻序列的相位進(jìn)行解調(diào)。(2) · M元擴(kuò)頻方法為了提高擴(kuò)頻通信數(shù)據(jù)率，可以采用M元擴(kuò)頻通信方法。其基本原理為根據(jù)要傳輸?shù)摩潜忍氐亩M(jìn)制信息，在一組包含M = 2η個(gè)偽隨機(jī)碼的集合中選取某一個(gè)偽隨機(jī)碼進(jìn)行相位調(diào)制后發(fā)射。接收端包括一組匹配濾波器，每個(gè)濾波器匹配于偽隨機(jī)序列組中的一個(gè)序列。根據(jù)偽隨機(jī)序列的正交性，只有匹配于發(fā)射信號(hào)的濾波器的輸出才能超過判決門限，依此進(jìn)行譯碼，數(shù)據(jù)率提高log2M倍。(3). M元并行組合擴(kuò)頻技術(shù)由于M元偽隨機(jī)碼之間的準(zhǔn)正交性，可以在發(fā)射端同時(shí)選取k個(gè)偽隨機(jī)碼，分別進(jìn)行相位調(diào)制后同時(shí)發(fā)射，以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)率，稱為并行組合M元擴(kuò)頻通信。實(shí)際中，通常把M個(gè)偽隨機(jī)碼分成N組，根據(jù)傳輸?shù)男畔?，從每組中選擇一個(gè)偽隨機(jī)碼，共有N個(gè)偽隨機(jī)碼，分別進(jìn)行相位調(diào)制，疊加后，形成發(fā)射信號(hào)。可以把M元擴(kuò)頻通信技術(shù)看作是并行組合 M元擴(kuò)頻通信的一種特例，即N = 1時(shí)的傳輸方式。但是，由于UUV運(yùn)動(dòng)時(shí)將會(huì)出現(xiàn)多普勒效應(yīng)，導(dǎo)致常規(guī)的水聲通信，特別是上述基于偽隨機(jī)序列的水聲擴(kuò)頻通信系統(tǒng)性能將急劇下降。其原因在于①.多普勒效應(yīng)導(dǎo)致通信信號(hào)的相位發(fā)生嚴(yán)重的變化，基于直接序列擴(kuò)頻的水聲通信系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)相位的正確解調(diào)，誤碼率高；②.M元擴(kuò)頻水聲通信系統(tǒng)通常采用一組匹配濾波器的輸出峰值的大小進(jìn)行解調(diào)，而偽隨機(jī)序列調(diào)相信號(hào)具有尖銳的模糊度函數(shù)圖，即較小的多普勒頻移就導(dǎo)致匹配濾波器的輸出信號(hào)幅度極具下降，UUV運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了接收機(jī)的匹配濾波器失配，無法進(jìn)行正確解調(diào)；③.水聲信道復(fù)雜的多徑傳播導(dǎo)致嚴(yán)重的碼間干擾，利用相干方法解調(diào)需要精確地估計(jì)水聲信道，系統(tǒng)復(fù)雜度高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)由于多普勒效應(yīng)導(dǎo)致水聲通信系統(tǒng)性能將急劇下降的不足，本發(fā)明提供一種雙曲調(diào)頻擴(kuò)頻水聲通信方法，利用雙曲調(diào)頻信號(hào)對多普勒效應(yīng)不敏感以及優(yōu)良的相關(guān)特性，可獲得較高速率、低復(fù)雜度的移動(dòng)擴(kuò)頻水聲通信方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟(1).由2個(gè)分別為正負(fù)調(diào)制率的雙曲調(diào)頻信號(hào)組成基本波形，其中，正調(diào)頻雙曲調(diào)頻信號(hào)用作載波信號(hào)f (t)，負(fù)調(diào)頻雙曲調(diào)頻信號(hào)用作導(dǎo)頻信號(hào)p(t)，這兩個(gè)信號(hào)近似正
交，其互相關(guān)函數(shù)可表示為
權(quán)利要求
1. 一種雙曲調(diào)頻擴(kuò)頻水聲通信方法，其特征在于包括以下步驟(1).由2個(gè)分別為正負(fù)調(diào)制率的雙曲調(diào)頻信號(hào)組成基本波形，其中，正調(diào)頻雙曲調(diào)頻信號(hào)用作載波信號(hào)f(t)，負(fù)調(diào)頻雙曲調(diào)頻信號(hào)用作導(dǎo)頻信號(hào)P (t)，這兩個(gè)信號(hào)近似正交，τ其互相關(guān)函數(shù)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙曲調(diào)頻擴(kuò)頻水聲通信方法，由2個(gè)分別為正負(fù)調(diào)制率的雙曲調(diào)頻信號(hào)組成基本波形，根據(jù)待發(fā)送的信息及預(yù)先設(shè)定的移位步長確定載波信號(hào)移位大小，并對載波信號(hào)進(jìn)行循環(huán)移位，實(shí)現(xiàn)多元調(diào)制；加導(dǎo)頻信號(hào)至循環(huán)移位后的載波信號(hào)上，形成復(fù)合信號(hào)，并將復(fù)合信號(hào)通過發(fā)射換能器發(fā)送入水聲信道；在接收端采用復(fù)本相關(guān)技術(shù)估計(jì)導(dǎo)頻信號(hào)和載波信號(hào)相關(guān)輸出峰值位置；將導(dǎo)頻信號(hào)相關(guān)輸出峰值位置和載波信號(hào)相關(guān)輸出峰值位置之差，與移位步長進(jìn)行比較，并根據(jù)發(fā)射端預(yù)先設(shè)定的多元調(diào)制進(jìn)行查表譯碼。本發(fā)明提高了穩(wěn)定性，計(jì)算量低，接收機(jī)簡單。
文檔編號(hào)H04B1/69GK102170314SQ20111004514
公開日2011年8月31日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者何成兵, 張群飛, 黃建國 申請人:西北工業(yè)大學(xué)