基于扩频码的单载波迭代频域均衡水声通信 - 物理学报.PDFVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 23 (2013) 234301 基于扩频码的单载波迭代频域均衡水声通信* † 何成兵 黄建国 孟庆微 张群飞 史文涛 ( 西北工业大学航海学院, 西安 710072 ) ( 2013 年6 月8 日收到; 2013 年9 月9 日收到修改稿) 单载波时域均衡在长时延扩展水声信道中计算量大, 并对接收机参数的选择较为敏感, 可靠性低, 而正交频分 复用信号峰均功率比高、对频率偏移敏感. 针对这些问题, 提出基于扩频码的单载波块传输高速率水声通信方法和 基于T 4 分数间隔迭代频域均衡的接收机算法. 该接收机利用已知扩频码进行信道估计以及对由多普勒偏移引起 的旋转相位进行估计, 并通过一种低复杂度迭代频域均衡算法改善系统性能. 开展了湖上实验研究, 结果表明在浅 水1.8 km 距离且复杂多径干扰条件下, 利用BPSK/QPSK 调制可实现102—104 的误码率并达到1500—3000 bit/s 的有效数据率. 关键词: 水声通信, 单载波, 频域均衡, 迭代处理 PACS: 43.30.+m DOI: 10.7498/aps.62.234301 对均衡器和二阶数字锁相环参数的选择非常敏感. 1 引言 另一类方法是采用正交频分复用技术(orthog- onal frequency division multiplexing, OFDM) 进行高 伴随着海洋开发和海洋环境监测的发展, 应用 数据率水声通信. 多载波传输把高速数据流分解为 于各种水下设备的高数据率水声通信具有重要意 若干个独立的低速数据流并行发送, 将频率选择性 义. 水声信道具有声速小、传播损失大、可用带宽 衰落信道转化为平坦衰落信道. OFDM 是一种特殊 有限、多径传播复杂且背景噪声高等特点, 是现有 的多载波传输体制. 理论上, OFDM 有两个主要的 数字通信中最困难的信道之一. 调制解调技术是水 优点: 1) 通过快速傅立叶变换实现低复杂度单抽头 声通信中的核心技术, 它决定着水声通信系统的性 1 频域均衡; 2) 在发射端已知信道状态的情况下, 通 能、带宽利用率和接收机复杂度等 . 近二十年来 过“注水” 算法, 根据每个子信道的情况, 对衰减小 调制解调技术和接收机算法始终贯穿着水声通信 的子载波分配较高的比特数, 对衰减高的子载波分 技术的发展, 如从上世纪80 年代的多频移键控技 1 2 配较低的比特数. 但是由于采用多载波传输体制, 术 , 90 年代的多相移键控技术 到本世纪初的 34 59 OFDM 具有两个主要缺点, 即峰均功率比高及对频 正交频分复用 和扩频技术 . 目前为止, 国 内外文献针对高数据率水声通信的方法主要归为 率偏移敏感. 特别地, 在水声通信系统中, 功率放大 两类: 一类是基于Stojanovic 等人提出的内嵌二阶 器需要在大功率情况下工作时, 高峰均