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基于空时处理的水声扩频通信

周锋 张文博 张宝胜 聂东虎 王洋 刘兵

周锋, 张文博, 张宝胜, 聂东虎, 王洋, 刘兵. 基于空时处理的水声扩频通信[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(6): 2006-2013. doi: 10.11999/JEIT211398
引用本文: 周锋, 张文博, 张宝胜, 聂东虎, 王洋, 刘兵. 基于空时处理的水声扩频通信[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(6): 2006-2013. doi: 10.11999/JEIT211398
ZHOU Feng, ZHANG Wenbo, ZHANG Baosheng, NIE Donghu, WANG Yang, LIU Bing. Underwater Acoustic Spread Spectrum Communications Based on Space-Time Cluster Processing[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(6): 2006-2013. doi: 10.11999/JEIT211398
Citation: ZHOU Feng, ZHANG Wenbo, ZHANG Baosheng, NIE Donghu, WANG Yang, LIU Bing. Underwater Acoustic Spread Spectrum Communications Based on Space-Time Cluster Processing[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(6): 2006-2013. doi: 10.11999/JEIT211398

基于空时处理的水声扩频通信

doi: 10.11999/JEIT211398
基金项目: 国家自然科学基金(11974090)
详细信息
    作者简介:

    周锋:男,1980年生,教授,研究方向为水声通信与网络技术

    张文博:男,1992年生,博士生,研究方向为水声通信

    张宝胜:男,1998年生,硕士生,研究方向为水声通信

    聂东虎:男,1978年生,博士,副教授,研究方向为水声通信与网络技术

    王洋:女,1999年生,博士生,研究方向为水声通信与网络技术

    刘兵:女,1996年生,硕士,研究方向为水声通信与网络技术

    通讯作者:

    聂东虎 niedonghu@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TN929.3; TN914.42

Underwater Acoustic Spread Spectrum Communications Based on Space-Time Cluster Processing

Funds:  The National Natural Science Foundation of China (11974090)
  • 摘要: 由于海洋干扰严重,水声通信十分困难。扩频通信技术具有良好的抗干扰性能,能够保证在复杂的海洋环境中进行可靠的通信,常被用于水声通信中。水声信道是典型的相干多径信道。沿不同路径到达的信号具有不同的传播时延和到达角,因此接收信号具有时空特性。即接收信号具有时延扩展和角度扩展。多径信号的相干叠加导致接收信号中存在严重的符号间干扰。为了充分利用水声信号的时空聚类特性,该文设计了一个空时处理器,分别对沿每条路径到达的信号进行滤波。结合时空簇的多样性,可以有效提高通信系统的可靠性。提出了一种基于空时聚类处理的水声扩频通信方案。并在仿真和实验中对该通信方案进行了比较和分析,以验证其性能优势。
  • 图  1  多路径信号模型和系统布局图

    图  2  基于空时处理的水声扩频通信系统框图

    图  3  空时处理器的框图

    图  4  DOA估计出的仿真信道对应的空间谱图

    图  5  多径信号的时空分布

    图  6  不同接收模式下的星座图

    图  7  通过DOA估计获得的空间谱

    图  8  误码率曲线的比较

    图  9  利用多径信号时空分布的通信方法误码率性能比较

    图  10  信号帧结构示意图

    图  11  UWA信道的脉冲响应

    图  12  估计的空间谱

    图  13  不同接收模式下M元CSK判决归一化相关输出结果

    表  1  仿真参数

    采样频率载频通信带宽扩频序列长度
    48 kHz3 kHz2 kHz15
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    表  2  仿真模拟的多径信道参数

    路径归一化振幅相对延迟(ms)角度(°)
    1100
    20.9003.16722.020
    30.8508.563–14.480
    40.80011.71022.020
    50.75018.7100
    60.60023.380–14.480
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    表  3  多径信道参数

    路径幅度(10–4)时延(s)角度(°)
    12.857143122.333333250.00000000
    22.747211262.4267032115.9453955
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    表  4  不同接收模式下MCSK调制的平均判决矩阵峰均比与误码率

    调制方式MCSK单阵元接收阵列接收后同相叠加阵列接收后空时处理
    判决矩阵峰均比均值3.07514.84665.0433
    平均误码率0.43000.21000.0900
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-01
  • 修回日期:  2022-03-29
  • 网络出版日期:  2022-04-17
  • 刊出日期:  2022-06-21

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