移动水声通信的3种帧同步方法性能分析

移动水声通信中收发两端的相对运动会导致通信信号出现时间压缩或扩展而产生多普勒效应,较大的多普勒频偏将引起严重的载波频率偏移,影响通信系统性能。通过帧同步进行多普勒因子准确估计与补偿,是实现移动水声通信的重要基础。本文分别研究了利用LFM信号、m序列信号、HFM信号的3种帧同步方法,给出了实现原理,并针对AWGN信道和实测多途衰落信道,分别从信噪比、信道特性、相对多普勒速度、计算复杂度等方面,对比分析了3种方法在不同条件和应用环境的多普勒因子估计性能。仿真结果表明,3种方法各有优势,均可适用不同的移动水声通信应用环境。相对而言,双HFM信号同步方法多普勒估计精度高、数据传输速率快、计算复杂度低、稳健性强,可以实现复杂信道移动水声通信的帧同步。     

基于双曲调频信号的水声通信帧同步方法

水声通信中收发两端的相对运动会引起多普勒效应,严重的多普勒效应将极大地影响通信系统性能。针对多普勒效应对水声通信信号的影响问题,利用双曲调频信号对多普勒频移的不敏感性,提出了一种基于时域叠加上扫频和下扫频双曲调频信号作为前导信号的水声通信帧同步方法。通过接收端配置2个并行相关器对带有前导信号的接收信号进行匹配滤波,并根据2个相关峰的偏移时延差实现精确的多普勒因子估计,利用线性插值方法进行重采样,减弱多普勒效应对水声通信性能的影响。仿真结果表明,在实测多途信道条件下,该方法可以实现多普勒因子精确估计,有效提高收发端相对高速运动条件下的水声通信性能。     

浅海水声通信中纠错编码的应用

针对复杂多变、强多途和起伏干扰的浅海水声信道,建立了基于BELLHOP射线模型的时变衰落水声信道模型。在此基础上通过系统仿真的方法,分析了卷积码、RS码和串行级联码3种纠错编码方案在水声跳频通信系统中的性能,给出了信道下的仿真结果并进行了对比分析;研究了交织器位置对串行级联码纠错性能的影响。结果表明,交织器位于串行级联码编码之后具有更强的纠错能力,适合复杂多变的水声衰落信道。     

分集技术在水声跳频通信中的应用

研究了等增益合并频率分集M进制频移键控快跳频(FFH/MFSK)系统和编码M进制频移键控慢跳频(SFH/MFSK)系统在水声多途衰落信道中的性能,给出了频率2重和3重分集FFH/MFSK系统,以及采用(2,1,3)卷积码与(3,1,3)卷积码联合比特交织编码调制( BICM)的SFH/MFSK系统误比特率性能曲线,并进行了比较分析.仿真结果表明,FFH/MFSK提供的频率分集以及信道编码FH/MFSK所提供的时频隐分集都可以有效抵抗水声信道的时频双选择性衰落.但在相同编码效率下,基于BICM与软判决译码的信道编解码方式比快跳频显分集方式能提供更大的分集阶数,从而具有更优的抗衰落性能.     

基于MC-FH/DPSK水声通信信道编码研究

基于多载波跳频差分相移键控(multi-carrier frequency-hopping/DPSK,MC-FH/DPSK)的水声通信系统,与四进制频移键控(4FSK)跳频通信系统相比,频带利用率成倍提升,但系统误码率仍达不到10-5级。通过将信道编解码技术与MC-FH/DPSK通信系统相结合,使误码率达到10^-5级。在实测水声信道下进行了Turbo码及准循环低密度奇偶校验码(QC-LDPC)码的纠错性能仿真,结果表明：实测信道中,2种编码方式在一定信噪比下都能达到10^-5的误码率要求,但QC-LDPC码比Turbo码具有更强的纠错性能。在符号持续时间为8 ms,编码速率为1/2,信息长度为840 bit情况下,采用SOVA译码方式的Turbo码,在Eb/N0≥22 dB时误码率低于10^-5,而采用BP译码方式的QC-LDPC码,在Eb/N0≥20 dB时即可使误码率降至10^-5以下,获得了2 dB的信噪比增益。