水下高速信息传输关键技术研究

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1、水下高速信息传输关键技术研究＋乔钢桑恩方王明华朱彤哈尔滨工程大学（哈尔滨市南岗区南通大街145号150001）摘要：高速、可靠的水下无线信息传输技术在海洋资源开发、海洋环境监测等领域的需求是迫切和多方面的；本文分析了自适应均衡的相位调制和正交频分复用（OFDM）技术在水声通信中的应用问题，给出了这两种通信方法的湖上试验结果。结果表明OFDM技术具有良好的稳健性，在水声通信有良好的应用前景。关键词：水声通信OFDM均衡相位调制Thestudyofhigh-speedunderwateracousticco

2、mmunicationGangQiaoEnfangSangMinghuaWangTongZhuHarbinEngineeringUniversity(Nantongstreet145NangangdistrictHarbinChinaPS.150001)Abstract:Theapplicationofhighspeedunderwaterwirelessinformationtransmissioninseadeployingandinspectingisveryurgent.Inthispaper,

3、theapplicationofphasemodulationwithadaptequalizationandOFDMinunderwateracousticcommunicationwereresearched.Theexperimentalresultsoflaketrialweredemonstrated.TheresearchresultsindicatedthattheperformanceofOFDMwassteady,whichcouldbeusedinUWAcommunication.K

4、eyword：UWAcommunication，OFDM，equalization，phasemodulation1.引言〔1〕〔2〕水声通信是水声技术的重要研究领域之一，是实现水下信息远程传输唯一有效的技术手段。民用上，海洋资源开发、海洋环境监测等对水下信息传输的需求是迫切和多方面的；军事上，随着信息化战争的推进及水下防卫的需要，也对水声通信技术提出越来越高的要求。相对于空间无线通信技术来说，由于信道条件的限制，设计一个高效、稳定的水声通信系统则要复杂和困难的多。因此如何在水声信道中高速可靠地传输数据

5、，成为水声通信工作者的重要研究课题。上世纪九十年代，在水声通信中较广泛采用相位调制技术代替频率调制方式，提高了通信带宽利用率。并通过与自适应均衡和载波恢复相结合，通信的可靠性几百可以得+863资助课题(2006AA09Z105)到保障。近年来，正交频分复用(OFDM)技术由于频带利用率高，具有良好的抗多径传播能力，信道均衡实现简单，为实现高速水声通信提供了一种可行的选择。本文结合实际科研工作，主要已取得的一些高速水声通信的试验结果。2.QPSK和OFDM通信方式2.1QPSK的基本原理在相移键控方式中，

6、最常用的是四进制相移键控(QPSK）,QPSK信号可表示为[3]：，1,2,3,4(1)其中：为单位符号的信号能量，为码元间隔，为载波频率。QPSK信号可以看成是载波相位相互正交的BPSK信号之和，其系统调制器方框图如图1所示。图1QPSK正交调制器Fig.1QPSKmodulation2.2OFDM的基本原理〔4〕假设要发送的一组二进制数据流映射成为复数序列｛｝，其中。对这一复数序列进行IDFT变换，得到N个复数结果组成的新序列｛｝，其中，(2)图2基于OFDM的水声通信系统Fig.2OFDMcomm

7、unicationsystem如果令，，式中是任一时间长度，则式(2)可写作如下形式：(3)显然，这是一个多个载波调制信号和的形式。其各子载波间的频率差为:(4)如果把这个序列｛｝以的时间间隔通过D/A转换器并滤波输出，就会转化为连续信号：(5)在接收端进行时间间隔为的采样，并进行DFT变换，就可以恢复出复数序列｛｝。由上面可以看出，OFDM调制解调可以通过发射端的IFFT变换来实现，同样接收端可以通过FFT变换来实现3.试验研究2003～2005年间在吉林省松花湖水域进行了多次的高速水声通信试验。水域

8、宽度为600－1000m，长8000m，水深40－60m。发射船和接收船在水面上自由漂泊，收发换能器皆为无指向性，分别放置于两条船上，吊放于水下7－8m。两船分别用GPS定位，测定的通信距离。为直观起见，湖试数据以图像数据为主。试验系统框图如下：图3湖试通信系统原理框图Fig.3UWAcommunicationsystemforlaketrial3.1QPSK试验结果通信速率为4kbps，码元间隔0.5ms，发射的QPSK调制信号的载波频率