基于多径分集的啁啾扩频正交频分复用水声通信系统 - 物理学报.PDFVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 4 (2014) 044302 基于多径分集的啁啾扩频正交频分 复用水声通信系统 王逸林 马世龙 梁国龙 范展 (哈尔滨工程大学, 水声技术重点试验室, 哈尔滨 150001) ( 2013 年7 月8 日收到; 2013 年11 月16 日收到修改稿) 针对传统正交频分复用系统在具有复杂多途和深度频率选择性衰落特点的水声信道中性能下降的问题, 提出了啁啾扩频正交频分复用水声通信方案. 该方案对原信息码扩频, 子载波变为相同调频斜率、不同中心频 率、频带相互重叠的正交啁啾信号. 经过水声相干多途信道后在接收端解扩, 使多个途径信号在频域上拓展, 多径信号彼此分离. 结合虚拟时间反转镜技术, 聚焦多途信道能量, 完成信道多径分集接收, 不仅可以抑制频 率选择性衰落的影响, 还充分利用信道多径分集增益提高系统性能. 通过仿真研究和湖试验证, 表明该方案 具有较好的有效性和可靠性. 关键词: 正交频分复用, 频率选择性衰落, 啁啾扩频, 多径分集接收 PACS: 43.30.+m DOI: 10.7498/aps.63.044302 技术主要为多载波直接序列扩频技术9−11 和多 1 引 言 12 载波频率跳变扩频技术 . 而CSS 技术具有低复 杂度、低功耗、较高的抗多径和抗干扰能力等特点, 不同于现代视距传输的无线电信道, 水声信道 因此本文提出一种啁啾扩频与OFDM 技术相结合 被视为缓慢时变的相干多途信道, 具有深度频率选 的多载波扩频技术, 称为CSS-OFDM. CSS-OFDM 12 择性衰落和时变特性 . 传统正交频分复用(or- 在发射端对OFDM 信号扩频, 以相同调频斜率、不 thogonal frequency division multiplexing, OFDM) 同中心频率、频带相互重叠的正交啁啾信号作为子 多载波通信体制在频域内将所给的信道分成多个 载波. 经过水声相干多途信道后将多径信号在频域 子信道并行传输. 但如果某个子载波处于频率选 上拓展, 使得各个途径信号在频率上分离, 由此抑 择性深衰落点附近, 则子载波携带的数据信息就 制频率选择性衰落的产生. 会被破坏, 很难通过纠错或均衡等手段恢复, 信道 谱零点严重影响了OFDM 系统性能3 . 扩频通信 时间反转镜(time reversal mirror, TMR)近年 13 4 由于其良好的鲁棒性和抗干扰能力而被广泛应 来被引入水声信号处理领域 , 并且在水声通信 用, 可以提高水声通信的传输可靠性5−7 . 为了提 领域有了广泛的应用14−16 . 时间反转镜技术最大 高多载波系统的传输可靠性, 同时提高扩频系统