水声直接序列扩频通信中的同步和自适应均衡技术

发布时间：2019-11-20 06:33

【摘要】：直扩码分多址技术是水声通信组网时常用的手段之一,不同于大部分无线电扩频系统,水声信道的多途扩展可以达到数十个符号甚至上百个符号,因此其码间干扰是不可忽略的,信道的时变性要求接收机的参数的更新在码片速率而不是符号速率。自适应判决反馈均衡已经成功的运用在单用户的水声通信当中,但是由于在解扩过程当中的延迟和缺少可靠的码片判决,所以它不能直接的应用在扩频信号当中。为了解决这个问题,本文提出了一种接收机结构是把假设结果而不是实际的判决结果作为反馈的方式,大量的事实证明在传统的符号速率的自适应方法失效的情况下,这种方式能够很好的应对时变的信道环境。为验证以上算法对通信系统的有效性和可靠性的改善,本文以Bellhop产生的南海一月份浅海和深海信道以及G.Proakis提出的B信道为仿真信道进行接收机相关算法的性能仿真,同时文章最后给出了松花湖试验数据的处理结果和分析。仿真结果表明,假设反馈均衡(CHF)算法有不同的滤波器系数的更新形式,相对于LMS算法,RLS算法具有更好的性能,但是具有较高的复杂度,这限制了它的应用;将锁相环和多普勒补偿技术相结合能有效的跟踪时变的信道;分数阶均衡器比符号阶均衡器具有更低的多普勒敏感性;扩频长度的增加会给系统带来更高的信噪比增益,但是同时由于符号长度的增加,信道的时变性会降低系统的性能。为了提高通信速率可以采取高阶调制的方法,但是调制阶数越高,相位敏高性就越高,相应的系统的性能就会有一定程度的下降。相对于RAKE接收机,CHF接收机更适合缓慢时变信道,这种信道的带宽内展现出频谱零点。RAKE接收机要求在一个符号周期内,信道是时不变的,但是复杂度比CHF接收机要低很多。松花湖试验处理结果表明,CHF接收机可以应对大部分的水声信道,并且可以通过特定方法找到最佳的均衡器参数,但是对于突发的干扰或者快变的环境,接收机表现出了局限性。
【图文】：

水声信道,扩展损失,柱面扩展

图１．１典型的水声信道逡逑通信的有限带宽的主要是受传播损失的限制，两个最主要的影响传播损和衰减。扩展损失是几何损失，由于在声传播过程中的波阵面的扩张导扩展，扩展损失和Ｉ／／？２呈正比，柱面扩展，扩展损失和１／及呈正比，在，波阵面的扩展介于球面扩展和柱面扩展之间，扩展损失和１／／？３／２呈ＪＫ射和接收之间的距离［３］。逡逑在水下传播过程中会以波阵面扩张、介质吸收和散射的形式衰减掉Ｍ。模型和传播有关。吸收损失是最主要的损失，它主要是以热量的形式进传播距离呈正比，而且声吸收系数会在不同的频段范围内随频率呈不同直接导致水声信道可利用的频段严重受限，就这一点而言，水声在海电的传播要困难的多。散射发生在海面、海底以及海水的不均匀性。在失时，区分两者几乎是不可能的，所以它们一般合起来计算。计算传播用式（１－１）来表示：逡逑ＴＬ邋＝邋＼５＼ｏｇＲ邋＋邋ａＲｘ＼0－３

算法,码片速率,符号,扩展因子

并对比了其性能，后者对时变的信道具有更强的跟踪能力。为了验证两者的性能，在２００３逡逑年秋天，美国Ｗｏｏｄｓ邋Ｈｏ丨ｅ海洋研究所的Ｍｉｌｉｃａ等人，在意大利的Ｅｌｂａ岛进行了声学试逡逑验。图１．２给出了试验的方位。试验的方位在４２．９２°Ｎ，９．９９°Ｅ，接收和发射之间的距离逡逑为２．３ｋｍ，水深为１００ｍ，发射端距离水面２０ｍ，接收端是一个１２元垂直阵距离水面３０ｍ，逡逑每个阵元之间的间隔为０．１５ｍ，载波频率为３３ｋＨｚ，采样率为９６ｋＨｚ，码片速率为１９．２ｋｃ／ｓ，逡逑试验结果表明，在时变的水声环境条件下，码片速率的假设反馈均衡接收机具有更强的逡逑跟踪能力，，但是计算复杂度更高。在多用户通信当中，为了支持低概率检测（ＬＰＤ）通信逡逑需要较大的扩展因子，这种情况下信道在一个符号周期内很可能已经发生变化，应该选逡逑择码片速率更新的ＣＨＦ。为了减少运算复杂度，因为扩展因子比较大，符号周期比较长，逡逑很可能在训练符号还没有运算完成己经达到收敛，在这种情况下，可以舍去后面的训练逡逑符号。逡逑［＼逦＼邋＼
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.3;TN914.42

【参考文献】